Beyond CCHFV : characterization of orthonairovirus infections in ruminants

Hartlaub, Julia

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Beyond CCHFV : characterization of orthonairovirus infections in ruminants

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Das Genus Orthonairovirus (Ordnung Bunyavirales) umfasst verschiedene durch Zecken übertragene Arboviren, die Erkrankungen bei Tieren und Menschen hervorrufen können. Das Krim-Kongo-Hämorrhagische-Fieber Orthonairovirus (CCHFV, BSL 4) kann zu einem teils letal verlaufenden hämorrhagischen Fieber beim Menschen führen, wohingegen Nairobi Sheep Disease Orthonairovirus (NSDV, BSL 3) hochpathogen für kleine Wiederkäuer ist. Andere nahverwandte, aber weniger pathogene Viren wie Hazara Orthonairovirus (HAZV, BLS 2, CCHFV Serogruppe) und Dugbe Orthonairovirus (DUGV, BSL 3, NSDV Serogruppe) sind bisher kaum charakterisiert, obwohl sie als geeignete Modellviren dienen können. Im Rahmen dieser Dissertation wurden experimentelle Infektions- und Immunisierungsstudien mit HAZV, DUGV und NSDV in Wiederkäuern durchgeführt um ein besseres Verständnis für die Pathogenese dieser Virusinfektionen zu gewinnen. Für die molekularen Nachweise von HAZV, DUGV und NSDV wurden spezifische RT-qPCRs etabliert. Für die spezifischen serologischen Nachweise von Antikörpern wurden indirekte ELISAs basierend auf rekombinanten N Proteinen, indirekte Immunfluoreszenztests (iIFA) und zwei verschiedene Neutralisationstests (micro-Virus-Neutralisationstest (mVNT) und Plaque-Reduktions-Neutralisationstest (PRNT)) neu entwickelt. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit war die Untersuchung von serologischen Kreuzreaktionen zwischen HAZV, DUGV, NSDV und CCHFV. Kein Tierversuchsserum (HAZV, DUGV, NSDV) führte zu einem positiven Ergebnis in CCHFV ELISAs, wohingegen deutliche Kreuzreaktionen in einem CCHFV iIFA auftraten. Die Kreuztestung aller HAZV, DUGV und NSDV Immunisierungs- und Infektionsseren führte zu vergleichbaren Ergebnissen. Zuletzt wurden Nigerianische Rinderseren untersucht um die serologischen Tests für DUGV zu validieren. Kreuzreaktivitäten (DUGV vs. CCHFV) traten hier wieder in dem iIFA, aber nicht in den ELISAs auf. Dies zeigt, dass die experimentellen Daten die Situation im Feld gut repräsentieren.

The genus Orthonairovirus (order Bunyavirales) comprises several tick-borne arboviruses associated with special impact on human and animal health, respectively. Crimean-Congo hemorrhagic fever orthonairovirus (CCHFV, BSL 4) can induce a fatal hemorrhagic fever in humans, whereas Nairobi sheep disease orthonairovirus (NSDV, BSL 3) is highly pathogenic for small ruminants. Other closely related, but less pathogenic viruses such as Hazara orthonairovirus (HAZV, BSL 2, CCHFV serogroup) and Dugbe orthonairovirus (DUGV, BSL 3, NSDV serogroup) are not well characterized yet, despite they might serve as suitable surrogates. In this thesis, several experimental infections and immunization trials in sheep and cattle were carried out involving HAZV, DUGV and NSDV. A classical pathogenesis study in ruminants was conducted in order to increase the understanding for these neglected viral infections. Specific RT-qPCRs for the detection of HAZV, DUGV and NSDV genomes were established and the virus-specific seroconversion was demonstrated by different newly developed assays, including ELISAs based on recombinant N proteins, indirect immunofluorescence assays (iIFA) and two different neutralization tests (micro-virus neutralization test (mVNT) and plaque reduction neutralization test (PRNT)). Moreover, serological cross-reactions between HAZV, DUGV, NSDV and CCHFV were analyzed. Whereas no HAZV, DUGV or NSDV post-infection serum led to a positive test result in CCHFV ELISAs, significant cross-reactivities were observed in a CCHFV iIFA. The cross-testing of all HAZV, DUGV and NSDV post-immunization and post-infection sera led to comparable results. Finally, Nigerian cattle sera were used to validate the DUGV serological assays. Cross-reactivities between DUGV and CCHFV were again observed in the iIFA, but not in ELISAs – supporting that our experimental data mimic the situation in the field.