Shuni-Virus: Charakterisierung der neurologischen Erkrankung im Tiermodell und Entwicklung serologischer Tests

Sick, Franziska

doi:10.5282/edoc.30530

published

Shuni-Virus: Charakterisierung der neurologischen Erkrankung im Tiermodell und Entwicklung serologischer Tests

German
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Shuni-Virus (SHUV), ein Orthobunyavirus der Simbu-Serogruppe, wurde erstmals in den 1960er Jahren in Nigeria aus einem Rind isoliert. SHUV ist in Afrika endemisch und wird durch Gnitzen der Gattung Culicoides übertragen. Das breite Wirtsspektrum umfasst Haus- und Wildwiederkäuer, Pferde, verschiedene Wildtiere und den Menschen. Wie bei den meisten Viren der Simbu-Serogruppe sind auch bei SHUV zwei Krankheitsbilder beschrieben: akute Infektionen von Wiederkäuern verlaufen meist asymptomatisch oder sind mit milden Symptomen wie Fieber, Diarrhö oder einem Rückgang der Milchleistung verbunden. Werden aber naive Tiere in einer kritischen Phase der Trächtigkeit infiziert, kann es zu schweren kongenitalen Missbildungen, die unter dem Begriff Arthrogryphose-HydranencephalieSyndrom (AHS) zusammengefasst werden, Aborten, Mumifikationen oder Totgeburten kommen. SHUV kann zudem schwere neurologische Erkrankung bei akut infizierten Pferden und Rindern verursachen und auch bei Menschen wurde SHUV mit neurologischer Erkrankung in Verbindung gebracht. 2014 wurde SHUV erstmals außerhalb des afrikanischen Kontinents in Israel in missgebildeten Lämmern nachgewiesen. Zudem wurde SHUV in diesem Ausbruchsgeschehen mit schwerer neurologischer Erkrankung bei adulten Rindern in Verbindung gebracht. Um den kausalen Zusammenhang zwischen SHUV-Infektionen und neurologischer Erkrankung bei Rindern zu bestätigen, wurden experimentelle Infektionsversuche in zwei neu etablierten SHUV-Infektionsmodellen durchgeführt. In Rindern und in IFNAR (-/-) Mäusen konnte die Neuropathogenität eines SHUV-Isolates aus einem neurologisch erkrankten Rind experimentell bestätigt werden. Beide Tierarten waren hochempfänglich für eine SHUV-Infektion. Die Tiere waren virämisch und serokonvertierten. Trotz weitgehend fehlender neurologischer Klinik wurde bei beiden Tierarten histopathologisch eine nichteitrige Meningoenzephalitis diagnostiziert und Neuronen, Gliazellen sowie Makrophagen der Milz wurden als Zielzellen der Infektion identifiziert. Für ein SHUV-Isolat, das aus einem missgebildeten Fetus isoliert wurde und das ein verkürztes, dysfunktionales NSs-Protein aufweist, konnte eine in vivo Attenuierung in Rindern demonstriert werden. Die NSs-Deletionsmutante konnte in Rindern keine Virämie auslösen. Das deutet darauf hin, dass genetisch variable Virusvarianten, die in missgebildeten Feten entstehen, „dead-end Artefakte“ sind, die durch ihre Attenuierung nicht mehr am natürlichen Infektionszyklus teilnehmen können. In IFNAR (-/-) Mäusen konnte die NSs-Deletionsmutante einen Krankheitsverlauf inklusive Serokonversion vergleichbar wie bei dem SHUV-Isolat mit intaktem NSs-Protein auslösen. Die Effekte des Virulenzfaktors NSs (Interferon Inhibition) können in IFNAR (-/-) Mäusen aufgrund der fehlenden IFNAR1 Rezeptoren, die bei Vorhandensein von Interferon einen antiviralen Status der Zelle induzieren, nicht untersucht werden. Es bietet aber die Möglichkeit, andere Virulenzfaktoren neben NSs zu studieren. Mit den neu etablierten Tiermodellen Rind und IFNAR (-/-) Maus stehen Modelle für weitere Pathogenesestudien und Vakzinetestungen im natürlichen Wirt und im Kleintiermodell zur Verfügung. In den vorliegenden Studien wurden zudem neue serologische Untersuchungsmethoden vorgestellt, die eine Unterscheidung von Antikörpern gegen nahe verwandte Viren der SimbuSerogruppe erlauben. Ein Mikroneutralisationstest ermöglicht dabei den sensitiven und spezifischen Nachweis neutralisierender anti-Shuni-Virus Antikörper. Ein Gc-Protein-basierter Triplex ELISA erlaubt zudem eine schnelle und sichere Diskriminierung zwischen antiSchmallenberg-Virus, anti-Akabane-Virus und anti-Shuni-Virus Antikörpern. Diese serologischen Untersuchungsmethoden können für die Diagnostik in Ausbruchsgeschehen und die serologische Überwachung genutzt werden.

Shuni virus (SHUV) belongs to the Simbu serogroup within the genus Orthobunyavirus and was firstly isolated in the 1960s in Nigeria from cattle. SHUV is endemic in Africa and is transmitted by Culicoides biting midges. The broad host spectrum comprises domestic and wild ruminants, horses, several wild animal species and humans. Like most Simbu serogroup viruses, SHUV can cause two different types of clinical manifestation: acute infection of ruminants are either asymptomatic or mild, with clinical signs like fever, diarrhoea or loss in milk yield. When naïve dams are infected during a critical phase of gestation, severe congenital defects referred to as arthrogryphosis-hydranencephalie-syndrom (AHS), abortion, mummification or stillbirth can occur. Besides, acute SHUV infection may induce severe neurological disease in horses and cattle. Moreover, human neurological disease was associated with SHUV. In 2014, SHUV was detected for the first time outside of the African continent in malformed lambs in Israel. During this outbreak, SHUV was associated with severe neurological disease in adult cattle. To confirm a causal relationship between SHUV infection and neurological disease in cattle, experimental infection was performed using two newly established SHUV infection models. In cattle and IFNAR (-/-) mice, neuropathogenicity of a SHUV isolate from a heifer with neurological disease was demonstrated experimentally. Both species were highly susceptible for SHUV infection. The animals were viremic and seroconverted. Even though neurological clinical signs were not observed, histopathology revealed a nonsuppurative meningoencephalitis and neurons, glial cells and macrophages of the spleen were identified as target cells of the infection. For a SHUV isolate from a malformed foetus that expresses a truncated, dysfunctional NSs protein, attenuation in vivo was demonstrated in cattle. The NSs deletion mutant did not induce any viremia in cattle. This indicates that genetically variable virus variants evolving in malformed foetuses may represent “dead-end artefacts” that are not fit for the natural transmission cycle. In IFNAR (-/-) mice, the NSs deletion mutant caused a course of disease with seroconversion similar to the SHUV isolate with an intact NSs protein. The impact of virulence factor NSs (interferon inhibition) cannot be studied using the IFNAR (- /-) mouse model, due to the lack of IFNAR1 receptors, which induce an antiviral state of the cell in presence of interferon. However, other virulence factors besides NSs can be studies using the IFNAR (-/-) mouse model.

The newly established animal models cattle and IFNAR (-/-) mouse can be used for further pathogenesis studies and vaccine testing in the natural host and in a small animal model. Moreover, the studies in this thesis present newly established serological diagnostic tests that enable a differentiation of antibodies directed against closely related viruses of the Simbu serogroup. A microneutralization test allows a sensitive and specific detection of neutralizing antibodies against SHUV. A Gc protein based triplex ELISA allows a safe discrimination of antiSchmallenberg virus, anti-Akabane virus and anti-Shuni virus antibodies. These serological tests can be used for diagnostic investigation in disease outbreaks and for serological surveillance studies.