Infektionsimmunologie 2. Teil: Ebola - Herbstsemester 2014
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Infektionsimmunologie
2. Teil: Ebola
Herbstsemester 2014
Zeitplan
2
Handouts: 17. Oktober; Testat: 29. Oktober ab 8:15 Uhr
Aufgabe/Ziele • Jede Gruppe soll die Unterlagen konsultieren um je eine der Fragen (1 bis 12) kompetent beantworten zu können. • Jede Gruppe soll ein Poster erstellen, welches dazu dient, den erfragten Sachverhalt den anderen Gruppen zu erklären. • Jede Gruppe erarbeitet ein Handout, damit die anderen den Stoff daraus lernen können • Jeder Teilnehmer soll am Ende der Veranstaltung alle Fragen kompetent beantworten können 3
Unterlagen
• Virus-Handbuch, pp157-163.
• Sammelmappe mit relevanter Literatur
– Anhand von Titel, Abstract, Abschnittsüberschriften
• Allgemeine Virologie; Virustaxonomie
• Eigene Quellen
• Beispiele anderer Sammelmappen auf unserer
Homepage (Lehre)
4
Poster, Handout, Plagiat
• Das Poster soll die wichtigsten Sachverhalte zur Lösung der Aufgabe
enthalten.
• Die Darstellung soll so erfolgen, dass alle Informationen auch aus einer
Entfernung von 4 bis 5 Metern aufgenommen werden können (Grösse
und Dicke der Schrift bzw. der Zeichnungen).
• Es werden handschriftliche Darstellungen und eigene Zeichnungen
verlangt. Computer-Darstellungen sind nur in Ausnahmefällen möglich
und bedürfen einer hinreichenden Begründung.
• Für die Poster-Produktion werden Packpapier und Buntstifte zur
Verfügung gestellt.
• Ein Handout ist zu erstellen, welches den Mitstudierenden für die
Vorbereitung des Testats dient. (Regeln und downloads bezüglich
Plagiaten beachten, siehe homepage der UZH
http://www.lehre.uzh.ch/plagiate.html
• Jedes Gruppenmitglied muss in der Lage sein, sein Poster zu erklären.
5
Zusammenfassung
• Am Beispiel Ebola können sie an einem
hochaktuellen Fall sehr viel Virologie und
sehr viel Immunologie lernen
• Kinofilm Outbreak (1995) mit Dustin
Hoffman
• Lernen sie die Grundlagen und arbeiten
sie damit
6Infektionsimmunologie 2014 (Virologie-Teil)
Die Ebolavirus (EBOV) Epidemie in Westafrika hat in diesem Sommer die Schlagzeilen
beherrscht. Es gibt weder zugelassene Impfstoffe noch antivirale Mittel zur Behandlung.
Muss sich die Welt vor einer Ebola-Pandemie fürchten? Wir wollen uns mit diesem Thema
vertieft befassen.
Aufgaben/Ziele
• Jede Gruppe soll die Unterlagen konsultieren um je eine der Aufgaben (1 bis 12)
kompetent lösen und darstellen zu können.
• Jede Gruppe soll ein Poster erstellen, welches dazu dient, den erfragten Sachverhalt den
anderen Gruppen zu erklären. Zu jedem Poster ist zudem ein Handout zu erstellen, das
den Kolleg/innen eine sorgfältige Vorbereitung auf die Testatprüfung erlaubt.
• Jeder Teilnehmer soll am Ende der Veranstaltung alle Aufgaben kompetent lösen können.
Aufgabenkatalog
1. Ebola Virus, innen und aussen
Beschreiben sie das Ebola Virus: Morphologie, Genom, Replikation, wichtigste Proteine und
ihre Funktion. Erklären sie anhand dieser Grundlagen die Diagnostik für EBOV. Erläutern sie
Begriffe, die im Zusammenhang wichtig sind.
2. Taxonomischer Status des Ebola Virus
Skizzieren sie die taxonomische Stellung des EBOV, beginnend bei der Ordnung bis hinunter
zur Spezies. Welches sind die Ausschluss/Einschluss Kriterien? Wie unterscheiden sich die
verschiedenen Spezies des Ebola Virus und welche Bedeutung kommt den Unterschieden zu?
3. Unterschiede und Gemeinsamkeiten
Welche Unterschiede und Gemeinsamkeiten auf struktureller (Aufbau) und biologischer
Ebene (Vermehrung, Genexpression, Pathogenese) haben die Ebola Viren mit Rhabdoviren,
FIP-Coronaviren bzw. Afrikanischem Schweinepestvirus? Welche Relevanz hat dies für die
Übertragung, Pathogenese, Impfung?
4. Wirtsspektrum, Reservoir, Epidemiologie
Welche Tierarten sind zum Wirtsspektrum von EBOV zu rechnen? Welche Tierarten bilden
das Reservoir? Erklären sie die Unterschiede zwischen Reservoirwirten und
Amplifikationswirten. Wie erfolgt die Übertragung von EBOV, innerhalb der Reservoirwirte,
vom Reservoir zum Amplifikator, von Tier zu Mensch, von Mensch zu Mensch?
5. Ebola 2014
Geben sie einen Überblick über die Situation im Jahr 2014 und vergleichen sie diese zu
früheren Ausbrüchen. Wo sind die Gemeinsamkeiten? Wo liegen die Unterschiede? Was sind
die Erklärungen für die Unterschiede? Wie lautet ihre Prognose?
6. Vermehrung des Ebola Virus im Organismus und Klinik
Wo liegt die Eintrittspforte? Wie lange dauert die Inkubationszeit? Wie verbreitet sich EBOV
im Organismus? Welche Organe sind besonders betroffen? Wie können Virusvermehrung und
Ausbreitung die Entstehung der klinischen Symptome erklären? Welche Grundlagen ergeben
sich daraus für die Übertragungsmöglichkeiten? Welche Faktoren entscheiden über Leben
oder Tod?
7. Pathogenese auf zellulärer und molekularer Ebene
Welche Virusproteine werden mit krankmachenden Eigenschaften in Verbindung gesetzt?
Auf welchen molekularen Prinzipien basiert die krankmachende Wirkung? Welche Zelltypenwerden vom Virus infiziert; welche werden nicht infiziert, aber dennoch in Mitleidenschaft gezogen? Wie lassen sich solche "bystander" Effekte erklären? 8. Antikörper und zelluläre Immunreaktion Gegen welche Virusproteine entstehen Antikörper? Unterscheiden sie "schädliche" Antikörper gegenüber "schützenden". Beschreiben sie beobachtete Probleme bezüglich passiver Immunisierung; nehmen sie Bezug zu anderen ihnen bekannten Viruskrankheiten. Beschreiben sie die Rolle der zellulären Immunität bezüglich der Krankheit als auch bezüglich der Überwindung der Krankheit. Berücksichtigen sie dabei das Phänomen eines "Superantigens" und erklären sie dessen Wirkmechanismus. 9. Innate Immunreaktion Beschreiben sie die innate Immunreaktion, welche die Infektion mit EBOV begleitet. Leiten sie davon positive und negative Effekte ab; berücksichtigen sie bestimmte Viruskomponenten, welche in diese Abläufe eingreifen. Setzen sie dies in Bezug zu Pathogenese und Therapie. 10. Ansätze zur Behandlung von Ebola Besprechen sie die Vorteile und Nachteile der folgenden Therapie-Optionen: Antikörperbehandlung; Hemmung der viralen Transkription; Entzündungsmodulatoren; Postexpositionelle Impfung. Wie kann man auf antivirale Mittel gegen das Ebolavirus testen? 11. Ansätze zur Impfstoffentwicklung Besprechen sie die Möglichkeiten und Risiken von folgenden Impfstofftypen: mlv EBOV; inaktiviertes EBOV; Subunit Impfstoff (gereinigte Antigene oder via Vektor; welche Viruskomponenten würden sie sicher mit einschliessen bzw. keinesfalls einschliessen? Welchen Vektor würden sie wählen und weshalb?) 12. Veterinärmedizinische Bedeutung von Ebola Rolle und Potential von EBOV bei Wildtieren und Haustieren? Prognostizieren sie den weiteren Verlauf der heutigen Epidemie. Skizzieren und begründen sie ein "worst-case"- Szenario. Schlüssel-Elemente zur erfolgreichen Bekämpfung bzw. zum "worst case". Probleme/Prinzipien, die wir auf die veterinärmedizinische Situation übertragen können?
Zeitplan
Wann Was Wo
Mi 1. Oktober 8- 10 Uhr Einführung GHS
- Aufgabenbesprechung
- Downloaden und Sichtung
der Unterlagen
Fr 3. Oktober 8-10 Uhr - Studium der Unterlagen AHS
- Fragen an den Tutor
Mo 6. Oktober 13-15 Uhr Poster erstellen AHS
Di 7. Oktober 10-12 Uhr Poster diskutieren Mikroskopiehörsaal
Diagnostikzentrum
Poster
• Das Poster soll die wichtigsten Sachverhalte zur Lösung der Aufgabe enthalten.
• Die Darstellung soll so erfolgen, dass alle Informationen auch aus einer Entfernung von 4
bis 5 Metern aufgenommen werden können (Grösse und Dicke der Schrift bzw. der
Zeichnungen).
• Handschriftliche Darstellungen und eigene Zeichnungen sind Computer-Darstellungen bei
Weitem vorzuziehen. Ausnahmen sind möglich, bedürfen aber einer hinreichenden
Begründung.
• Für die Poster-Produktion werden Packpapier und Buntstifte zur Verfügung gestellt.
• Häufig ist es nützlich, das Poster mit einem Handout zu begleiten.
• Jedes Gruppenmitglied muss in der Lage sein, sein Poster zu erklären.Bibliografie
1. Bray M, Geisbert TW (2005) Ebola virus: the role of macrophages and dendritic
cells in the pathogenesis of Ebola hemorrhagic fever. Int J Biochem Cell Biol
37: 1560-1566.
2. Casillas AM, Nyamathi AM, Sosa A, Wilder CL, Sands H (2003) A current review
of Ebola virus: pathogenesis, clinical presentation, and diagnostic
assessment. Biol Res Nurs 4: 268-275.
3. Groseth A, Feldmann H, Strong JE (2007) The ecology of Ebola virus. Trends
Microbiol 15: 408-416.
4. Groseth A, Marzi A, Hoenen T, Herwig A, Gardner D, et al. (2012) The Ebola virus
glycoprotein contributes to but is not sufficient for virulence in vivo. PLoS
Pathog 8: e1002847.
5. Hoenen T, Groseth A, Callison J, Takada A, Feldmann H (2013) A novel Ebola
virus expressing luciferase allows for rapid and quantitative testing of
antivirals. Antiviral Res 99: 207-213.
6. Hoenen T, Groseth A, Falzarano D, Feldmann H (2006) Ebola virus: unravelling
pathogenesis to combat a deadly disease. Trends Mol Med 12: 206-215.
7. Peters CJ, LeDuc JW (1999) An introduction to Ebola: the virus and the disease. J
Infect Dis 179 Suppl 1: ix-xvi.
8. The Lancet Infectious D (2014) Ebola in west Africa. Lancet Infect Dis.
9. McElroy AK, Erickson BR, Flietstra TD, Rollin PE, Nichol ST, et al. (2014) Ebola
hemorrhagic Fever: novel biomarker correlates of clinical outcome. J Infect Dis
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10. Bausch DG, Towner JS, Dowell SF, Kaducu F, Lukwiya M, et al. (2007)
Assessment of the risk of Ebola virus transmission from bodily fluids and
fomites. J Infect Dis 196 Suppl 2: S142-147.
11. WHO: Ebola-faq1. Ebola Virus, innen und aussen Morena Amsler, Nicolas Michel, Sarah Züblin, Simone Jucker, Fabienne Dürr Beschreiben Sie das Ebola Virus: Morphologie, Genom, Replikation, wichtigste Proteine und ihre Funktion. Erklären Sie anhand dieser Grundlagen die Diagnostik für EBOV. Erläutern Sie Begriffe, die im Zusammenhang wichtig sind. Morphologie & Genom 1,2 Die Filoviridae, zu welchen das Ebola Virus gehört, sind fadenförmige Viren, was für animale Viren ungewöhnlich ist. Es sind Viren, die bis zu 1400nm lang sind. Durch die Interaktionen des Glykoproteins (GP) mit dem Matrixprotein (VP40) und dem Ko-‐Faktor des Polymerase Komplexes (VP35) besitzen sie einen konstanten Durchmesser von 80nm. Das Genom des Ebolavirus ist eine ss-‐RNA mit negativer Polarität und hat eine Grösse von 18.8kb. Abbildung 1: Selbitz, Hans-‐Joachim; Truyen, Uwe; Valentin-‐Weigand, Peter; Tiermedizinische Mikrobiologie, Infektions-‐ und Seuchenlehre. Enke, 2011, S.544 Sie besitzen ein helikales Nukleokapsid, welches von einer Hülle umgeben ist. Das Nukleokapsid besteht aus den Nukleoproteinen (NP und VP30) mit den viralen ss-‐RNA und den Phosphoprotein (VP35). In der Hülle sind die Glykoproteine (GP-‐Proteine) als Trimere verankert. Das Matrixprotein (VP40) vermittelt die Verbindung zu den Glykoproteinen. Dann gibt es noch das Membran-‐assoziierte Protein (VP24). Die RNA-‐anhängige-‐RNA-‐Polymerase (L) ist kovalent an das 5’-‐Ende des Genoms gebunden. Abbildung 1: Selbitz, Hans-‐Joachim; Truyen, Uwe; Valentin-‐Weigand, Peter; Tiermedizinische Mirkobiologie, Infektions-‐ und Seuchenlehre. Enke, 2011, S.544 Replikation 1, 2,3,4 Das GP-‐Protein der Hülle vermittelt die Rezeptorbindung an die Wirtszelle und besitzt fusogene Aktivität, was zu einer rezeptorvermittelten Endozytose des Virus führt. Dabei wird das Nukleokapsid durch die Verschmelzung der Virushülle mit der Zellmembran ins Zytoplasma geschleust, wo dann die Replikation stattfindet. Die negative genomische ss-‐RNA des Virus hat zwei unterschiedliche Funktionen. Zum einen dient sie als Vorlage zur Transkription von subgenomischer mRNA, andererseits als Vorlage für die Transkription von mRNA mit genomischer Länge, welche dann zu genomischer ss-‐RNA mit negativer Polarität transkribiert wird. Die subgenomischen RNAs werden dann zu Proteinen für neue Virionen translatiert, wobei die GP über ER und Golgi-‐Apparat an die Zellmembran gelangen, während sich die anderen Virionproteine an die frisch gebildete genomische RNA binden, wodurch das Nukleokapsid entsteht. Die Nukleokapside wandern dann zur äusseren Zellmembran, wo sich unterdessen GP angesammelt hat. Die Bindung des Nukleokapsids an die GP wird durch das Matrixprotein VP40 vermittelt und bewirkt die Bildung und Freisetzung der Virionen durch Budding.
Wichtige Proteine und ihre Funktion VP40: VP40 ist ein Matrixprotein, welches eine zentrale Rolle beim Assembly und Budding an der Plasmamembran der Wirtszelle spielt, indem es das Nukleokapsid mit dem zytoplasmatischen Ende des GP verbindet.5 VP24: Dieses membran-‐assoziierte Protein stört die Signalkaskade des Interferon Systems.6 GP: Das GP ist das einzige Oberflächenprotein des Ebolavirus und dementsprechend Ziel für neutralisierende Antikörper und Inhaltstoff von Vakzinen. Damit es überhaupt entstehen kann, bedarf es einem editing Vorgang der mRNA. Als Oberflächenprotein ist GP an der unterschiedlichen Pathogenität verschiedener Virusspezies beteiligt. Es bewerkstelligt das Attachment des Virus an die Wirtszelle und katalysiert die Endozytose sowie die Membranfusion.7 sGP: Das secreted GP (sGP) ist eine sezernierte Variante des GP und wird vom primären Transkriptionsprodukt des GP Genes translatiert. Zahlenmässig kommt es häufiger vor als das GP. Welche Rolle sGP für die Pathogenese hat, ist weitgehend unklar. Es ist aber in grossen Mengen im Blut einer infizierten Person zu finden, weshalb ihm eine gewisse Wichtigkeit zugerechnet wird. Man nimmt an, dass es der Immunevasion dient, da Antikörper mit grösserer Wahrscheinlichkeit an die in grosser Zahl frei im Blut befindlichen sGP binden, als dass sie auf ein Virus treffen und an dessen Oberflächenprotein GP binden und das Virus damit neutralisieren. Ausserdem scheint sGP eine anti-‐inflammatorische Wirkung zu besitzen.7 NP: Dieses Protein ist für die Nukelokapsidbildung zuständig und spielt damit eine zentrale Rolle in der Replikation.8 VP35: Das VP35 unterdrückt die IFNα/β-‐Produktion durch blockieren der IRF-‐3 Aktivierung (Interferon regulatory factor 3 = Transkriptionsfaktor)9,10 VP30: VP30 ist ein RNA bindender Transkriptionsfaktor, welcher durch Phosphorylierung aktiviert wird. Ist das Protein phosphoryliert, senkt es die Transkriptionsrate und steigert die Replikationsrate. Nicht-‐phosphoryliert verhält es sich gegenteilig. Diese Funktion wird erreicht, indem Replikase resp. Transkriptase geformt wird.11 L: Das L Protein ist eine RNA-‐abhängige RNA-‐Polymerase und somit für die Virustranskription und –replikation essentiell. Es befindet sich an letzter Stelle des viralen Genoms und wird somit am wenigsten häufig transkribiert. Infolge der geringen Zahl an entsprechender mRNA entsteht auch nur wenig L-‐Protein.12 Diagnostik Da klinisch keine eindeutige Diagnose gestellt werden kann, muss der Ebolaverdacht mit labordiagnostischen Mitteln bestätigt werden. 13 Durch ELISA (Enzyme linked immunosorbet assay) kann der Nachweis von Antigenen oder Antikörpern erfolgen. Es können sowohl IgM als auch IgG nachgewiesen werden, wobei erstere vom 2.-‐9. Tag nach dem Auftreten erster Symptome im Blut erscheinen und ab dem 30.-‐168. Tag wieder zu verschwinden beginnen, letztere erst ab dem 6.-‐18. Tag erscheinen und während vielen Monaten im Blut persistieren. Die Unterscheidung zwischen IgG und IgM lässt daher Schlüsse über die bisherige Dauer der Infektion zu.13 Können wir vor allem IgM nachweisen liegt die Infektion kurz zurück, hingegen wenn wir viele IgG nachweisen können besteht die Infektion bereits länger. Antigen kann bereits vom 3.– 6. Tagen nach auftreten der ersten Symptome im Blut durch einen ELISA-‐Test nachgewiesen werden. Allerdings wird der Nachweis aufgrund der einsetzenden Immunantwort vom 7.-‐16. Tag zunehmend schwieriger. 13
Laut Saijo et al.14 ist der Antikörpernachweis auf Basis der rekombinanten Proteine rNP und rGP zuverlässig, beim Antigennachweis werden ebenfalls die entsprechenden viralen Proteine nachgewiesen. Als weitere sichere Diagnosemethode würde sich die Virusisolation anbieten, die aber in den betroffenen Regionen oft nicht praktikabel ist, da sie ein Biosicherheitslabor der Stufe 4 erfordern würde.14 Der direkte Virusnachweis ist aber ebenfalls mittels RT-‐PCR (Reverse transcribase polymerase chain reaction) möglich, wobei Virus-‐RNA nachgewiesen wird. 13 Da die Arbeit mit dem inaktivierten Virus auch ohne Hochsicherheitslabor möglich ist, bietet sich im Endemiegebiet insbesondere die RT-‐PCR, der Antigen-‐ELISA und im späteren Krankheitsverlauf der Nachweis von IgG und IgM mittels Antikörper-‐ELISA an;15,16 beide Methoden sind auch in entsprechend eingerichteten Spitälern oder Feldlabors schnell durchführbar17 und haben eine hohe Sensitivität.13 An verstorbenen Patienten kann das Virus in Hautbiopsien nachgewiesen werden, diese Hautbiopsien könnten auch an lebenden Patienten entnommen werden. Anschliessend werden die Hautbiopsien mit Formalin fixiert, wodurch das Virus inaktiviert wird und die Proben gefahrlos zu einem geeigneten Labor versandt werden können. Dort werden die Formalin fixierten Präparate mittels Immunhistochemie untersucht. 13 Wir vermuten, dass die Hautbiopsien nicht an lebenden Patienten genommen werden, weil das Eintreffen des Resultats zu lange dauern würde und somit die anderen Methoden (ELISA, RT-‐PCR) sich besser eignen wegen ihrer Schnelligkeit und Sensitivität. 1 Michael Rolle/ Anton Mayr: Medizinische Mirkobiologie, Infektions-‐ und Seuchenlehre. Enke, 2007, S. 287-‐288 2 Selbitz, Hans-‐Joachim; Truyen, Uwe; Valentin-‐Weigand, Peter: Tiermedizinische Mikrobiologie, Infektions-‐ und Seuchenlehre. Enke, 2011, S. 543-‐545 3 Mathias Ackermann; Virus-‐Handbuch für Veterinärmediziner. UTB, 2013, S.157-‐163 4 Mathias Ackermann; Virus-‐Handbuch für Veterinärmediziner. UTB, 2013, S.211-‐213 5 Matrix Protein VP40, Sarah Cleeton '09 and Rebecca Cleeton '09 (http://biology.kenyon.edu/BMB/Jmol2007/1H2C/) 6 Biochemical and Functional Characterization of the Ebola Virus VP24 Protein: Implications for a Role in Virus Assembly and Budding (http://jvi.asm.org/content/77/3/1793.full) 7 Ebolavirus glycoprotein structure and mechanism of entry (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2829775) 8 Functional mapping of the nucleoprotein of Ebola virus. (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16571791) 9 The Importance of the NP: VP35 Ratio in Ebola Virus Nucleocapsid Formation (http://m.jid.oxfordjournals.org/content/204/suppl_3/S878.full) 10 Ebola Virus VP35 Protein Binds Double-‐Stranded RNA and Inhibits Alpha/Beta Interferon Production Induced by RIG-‐I Signaling (http://jvi.asm.org/content/80/11/5168.abstract) 11 Phosphorylation of Ebola Virus VP30 Influences the Composition of the Viral Nucleocapsid Complex *IMPACT ON VIRAL TRANSCRIPTION AND REPLICATION* (http://m.jbc.org/content/288/16/11165.abstract) 12 Infection Mechanism of Genus Ebolavirus (https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Infection_Mechanism_of_Genus_Ebolavirus) 13 A Current Review of Ebola Virus: Pathogenesis, Clinical Presentation, and Diagnostic Assessment, Casillas et al. 2003 14 Laboratory Diagnostic Systems for Ebola and Marburg Hemorrhagic Fevers Developed with Recombinant Proteins, Saijo et al. 2006 15 Virus-‐Handbuch für Veterinärmediziner, Ackermann et al., Haupt Verlag, 2013 16 http://www.cdc.gov/vhf/ebola/diagnosis/index.html, Stand: 14. 10. 2014 17 Assessment of the Risk of Ebola Virus Transmission from Bodily Fluids and Fomites, Bausch et al. 2007
2) Skizzieren sie die taxonomische Stellung des EBOV, beginnend bei der Ordnung bis
hinunter zur Spezies. Welches sind die Ausschluss/Einschluss Kriterien? Wie unterscheiden
sich die verschiedenen Spezies des Ebola Virus und welche Bedeutung kommt den
Unterschieden zu?
Ordnung: Mononegavirales
Familie: Filoviridae
Gattung: Ebolavirus
Genom: (–)ssRNA linear
Symmetrie: helikal
Hülle: vorhanden
Mononegavirales:
-‐ Bornaviridae:
o Bornavirus
-‐ Paramyxoviridae:
o Paramyxovirinae
§ (z.B. Genus Respirovirus, Henipavirus)
o Pneumovirinae
§ (z.B. Genus Pneumovirus)
o und weitere, die noch keinem Genus zugeordnet sind
-‐ Rhabdoviridae: [rhabdos = Stab à stäbchenförmige/zylindrische Gestalt]
o Gattung Vesiculovirus
§ (z.B. Vesicular Stomatitis Virus)
o Gattung Lyssavirus
§ (Rabiesvirus u.a.)
-‐ Filoviridae: [filus = faden, fadenförmig, behüllt], Systematik hat vor Kurzem geändert
o Gattung Marburgvirus
§ Spezies Marburg Marburgvirus
• Virus 1: Marburg Virus (MARV)
• Virus 2: Ravn Virus (RAVV)
o Gattung Ebolavirus
§ Spezies Taï Forest Ebolavirus
• Virus: Taï Forest Virus (TAFV) – früher „Côte d’Ivoire“
§ Spezies Reston Ebolavirus
• Virus: Reston Virus (RESTV)
§ Spezies Sudan Ebolavirus
• Virus: Sudan Virus (SUDV)
§ Spezies Zaire Ebolavirus
• Virus: Ebola Virus (EBOV)
§ Spezies Bundibugyo Ebolavirus
• Virus: Bundibugyo Virus (BDBV)
o Gattung Cuevavirus
§ Spezies Lloviu Cuevavirus
• Virus: Lloviu Virus (LLOV)
Einschlusskriterien für Mononegavirales:
• Lineares, nicht segmentiertes, einzelsträngiges (nicht-infektiöses) RNA-Genom mit negativer
Polarität
• Das Genom ist nach dem Schema „3'-UTR–core protein Gene–Hüllproteingene–RNA-
abhängige RNA-Polymerase Gene–5'-UTR“ aufgebaut
• Das Virus produziert 5-10 mRNAs aus seinem Genom, ausgehend von einem Promotor am
3'-Ende
• Die Replikation des Virusgenoms basiert auf der Produktion von antigenomischer RNA
• Das Virus bildet infektiöse Ribonukleokapside• Die einzelnen Viren dieser Ordnung haben stark homologe RNA-Polymerase-Gene und bilden
alle behüllte Virionen einer vergleichbaren molekularen Masse
Einschlusskriterien für die Familie Filoviridae:
• Das Virus verursacht hämorrhagisches Fieber in gewissen Primaten und infiziert in der Natur
Primaten, Schweine oder Fledermäuse
• Um in Nagetieren eine Krankheit auszulösen, muss das Virus durch serielle Passagen
adaptiert werden
• Es repliziert ausschliesslich im Zytoplasma einer Wirtszelle
• Das RNA-Genom ist ca. 19 kb lang und stellt etwa 1.1% der Virionenmasse dar, es hat ein
6
Molekulargewicht von 4.2x10 und beinhaltet eine oder mehrere Gen-Überlappungen
• Das Genom enthält 7 Gene in einer bestimmten Reihenfolge
• Das VP24-Gen sowie gewisse Transkriptionssignale sind nicht homolog zu den Genen
anderer Mononegavirales
• Der Aufbau und die Grösse der Nukleokapside ist vergleichbar unter allen Filoviridae, sowie
auch die Form (filamentös) und Grösse des gesamten behüllten Virions
• Das Virus exprimiert ein Fusionsglykoprotein das stark glykosyliert und acetyliert ist sowie ein
Matrixproteine das nicht glykosyliert ist
• Die Virionen erhalten ihre Hülle durch Knospung an der Plasmamembran
• Die Virionen lassen sich schlecht durch Antikörper neutralisieren
Differenzierung der Gattungen Cuevavirus, Marburgvirus und Ebolavirus:
• Bei Cuevavirus handelt es sich um ein vermutlich nicht humanpathogenes Virus, das bei
Fledermäusen gefunden wurde. Das Genom ist bekannt, die Struktur jedoch noch nicht. Die
Pathogenität für Fledermäuse ist ebenfalls ungeklärt
• Die beiden Marburgvirusspezies verursachen in Menschen und Primaten hämorrhagisches
Fieber
• Das Ebolavirus verursacht ebenfalls hämorrhagisches Fieber in Menschen und Primaten
(exkl. Die Spezies Restonvirus)
Einschlusskriterien der Gattung Ebolavirus:
• Das Genom enthält mehrere Gene overlaps [Marburgvirus: nur eine Überlappung]
• Das vierte Gen (GP) codiert für 4 Proteine (durch RNA-Editing), das s-Glykoprotein hat
eventuell eine immunmodulatorische Funktion [Marburgvirus: das vierte Gen codiert für nur
ein Protein]
• Die höchste Infektiosität haben Virionen mit einer Partikellänge von 805nm [Marburgvirus:
665nm]
• Die Genome von Marburg- und Ebolaviren weichen um über 50% voneinander ab und ihre
antigenetischen Muster zeigen so gut wie keine Kreuzreaktivität miteinander
Differenzierung der einzelnen Ebolaspezies:
• Nach Ort (geographisch) des Auftretens und mittels neighbor-joining method (Untersuchung
der Ähnlichkeit der Glykoproteine) – die geographische Distanz repräsentiert die
phylogenetische Distanz
• 1976: Sudan Ebolavirus und Zaïre Ebolavirus• Restonvirus: Bei Makaken und Schweinen wurde eine Pathogenität beobachtet, beim
Menschen jedoch noch nicht (bloss eine subklinische Infektion). Im Gegensatz zu den
anderen Ebolaviren dient nicht die Fledermaus als Reservoir
• 1994: Taï Forest Ebolavirus (früher: Côte d’Ivoire Ebolavirus)
• 2007: Bundibugyo Ebolavirus (Uganda)
• 2014: ? – erste Untersuchungen weisen darauf hin, dass es sich beim aktuellen Virus um eine
separate Spezies handelt. Es bestehen Hinweise, dass es von der Linie des Zaïre Ebolavirus
ausgeht und sich vor 10 Jahren abgesetzt hat
• Zaïre und Taï Forest Ebolavirus sind eher mit trockenem Klima assoziiert, das Sudan
Ebolavirus tritt eher in den Regenmonaten auf, bei feuchterem Klima
Quellen:
Easton, C. R.; Pringle (2011), "Order Mononegavirales", in King, Andrew M. Q.; Adams, Michael J.; Carstens, Eric
B. et al., Virus Taxonomy—Ninth Report of the International Committee on Taxonomy of Viruses, London, UK:
Elsevier/Academic Press, pp. 653–657, ISBN 978-0-12-384684-6
Kuhn, J. H.; Becker, S.; Ebihara, H.; Geisbert, T. W.; Johnson, K. M.; Kawaoka, Y.; Lipkin, W. I.; Negredo, A. I.;
Netesov, S. V.; Nichol, S. T.; Palacios, G.; Peters, C. J.; Tenorio, A.; Volchkov, V. E.; Jahrling, P. B. (2010).
"Proposal for a revised taxonomy of the family Filoviridae: Classification, names of taxa and viruses, and virus
abbreviations". Archives of Virology 155 (12): 2083–2103. doi:10.1007/s00705-010-0814-x. PMC 3074192.
PMID 21046175
Pigott, D.M.; Golding, N.; Mylne, A.; Huang, Z.; Henry, A.J.; Weiss, D.J.; Brady, O.J.; Kraemer, M.U.G.; Smith,
D.L.; Moyes, C.L.; Bhatt, S.; Gething, P.W.; Horby, P.W.; Bogoch, I.I.; Brownstein, J.S.; Mekaru, S.R.; Tatem,
A.J.; Khan, K.; Hay, S.I.. (2014). "Mapping the zoonotic niche of Ebola virus disease in Africa"
Groseth A, Marzi A, Hoenen T, Herwig A, Gardner D, et al.(2012).The Ebola virus glycoprotein contributes to but
is not sufficient for virulence in vivo.PLoS Pathog 8: e1002847.
Groseth A, Feldmann H, Strong JE (2007) The ecology of Ebola virus. Trends Microbiol 15:408-416.Poster
3:
Unterschiede
und
Gemeinsamkeiten
Berenice
Bönhof,
Sophie
Fischer,
Katrin
Planzer,
Salomea
Stalder,
Ramona
Keiser
Virus
Struktureller
Vermehrung
&
Pathogenese
Übertragung
Impfung
Aufbau
Genexpression
EBOLA
(EBOV)
(-‐)ssRNA
-‐im
Zytoplasma
-‐Inkubationszeit
2-‐21
Tage
[1]
-‐Meist
von
Mensch
zu
Mensch
-‐Keine
verfügbar
1250nm
(bis
-‐Infizieren
DZ
&
Makrophagen
1.
Infiziert
Makrophagen
&
DZ
-‐Via
Sekrete
(Speichel),
Exkrete,
Blut
[2]
-‐zwei
vielversprechende
Familie:
Filoviridae
14000nm)
[2]
2.
Virämie
-‐
Spermien
(bis
zu
7
Wochen
nach
klinischer
Ansätze:
Einzeldosis
Impfung
Ordnung:
behüllt
3.
Virusvermehrung
in
Leber,
Milz,
Niere,
Lnn,
Hoden,
Ovarien
Abheilung)
[4]
mit
2
verschiedenen
Mononegavirales
[1]
Helikales
Klinik:
Hämorrhagien
-‐
Organgewebe
(bei
Sektion)
rekombinanten
Viren.
Nukleokapsid
-‐Auch
Konjunktiva
und
Hautläsionen
[2]
[2]
-‐Letalität
50-‐90%
-‐Natürliches
Reservoir:
Flughunde
[2]
-‐Tod
6-‐16d
nach
Auftreten
der
Symptome
[2]
-‐Biosafety
Level
4
[3]
-‐Überlebende
beginnen
nach
7-‐10d
sich
zu
erholen
(Rekonvaleszenz
bis
5
Wochen)
[3]
Umstrittene
Wirksamkeit
der
Antikörper-‐Therapie
(Berichte
von
Heilung;
Berichte
von
ADE)
[5,6]
FIP
vs.
feline
(+)ssRNA
Viren
-‐im
Zytoplasma
-‐Mutationen
&
Rekombinationen
im
Wirtstier
Keine
wirksamen
Impfstoffe
80-‐160nm
-‐infizieren
Monozyten
&
aus
enteralen
Coronaviren
zu
FIP
Viren
zur
Prävention
von
FIP
enterale
-‐-‐dem
zu
Folge
vertikale
&
horizontale
-‐seit
1994
fraglicher
mlv
behüllt
Makrophagen
Coronaviren
FeCV
-‐helikaler
Aufbau
[3]
-‐subgenomische
mRNA
&
Übertragung
Impfstoff
verfügbar
[3]
Familie:
Coronaviridae
-‐dadurch
sporadisch
familiäre
Häufung-‐>
Cave:
genomische
RNA
fäkale
Ausscheidung
und
in-‐utero
Infektionen
Ordnung:
Nidovirales
-‐Polyprotein
(16
Fragmente)
-‐>Virusreservoir:
Enterales
FeCoV
in
gesund
[3]
-‐ribosomaler
Frameshift
[3]
erscheinenden,
Katzen
(ev.
auch
Hund;
Rekombination
mit
Caninem
Coronavirus;
allenfalls
Schwein,
Wildfeliden)
[3]
-‐Inkubationszeit:
3
Monate
bis
Jahre[3]-‐Bildung
&
Ablagerung
von
Immunkomplexen
(zb.
in
Niere)
-‐abgekürzter
Weg,
wenn
Infektion
parenteral
oder
in
utero
[3]
Nasen/Rachenraum:
1.
Replikation
lokal
in
enteralen
Epithelzellen
&
in
entsprechenden
regionalen
Lymphknoten
-‐durch
Opsonisierung
der
Oberflächen-‐AG:
Infektion
von
Monozyten
&
Makrophagen
-‐2.
Replikation
in
Monozyten
&
Makrophagen
-‐Virämie
-‐
Verschleppung
zu
Zielorganen
(Leber,
Peritoneum,
Pleura,
Uvea,
Meningen,
Ependymzellen)
-‐starke
zelluläre
Immunität
-‐>günstigen
Einfluss:
Schutz
vor
Krankheit
-‐humorale
AK-‐Bildung
-‐>ungünstig:
seropositive
Tiere
erkranken
fulminanter
als
Tiere
ohne
AK
(vermehrte
Infektion
Makrophagen,
wenn
AK
gegen
virale
Oberflächenstrukturen
vorhanden
sind)
-‐hohe
Letalität[3]
Rhabdoviren
-‐(-‐)ssRNA
-‐im
Zytoplasma
-‐Inkubationszeit
3-‐9
Wochen
-‐Biss
(Speichel)
-‐attenuierte
Familie:
-‐180nm
-‐Neuronen
im
PNS
&
ZNS
1.
lokale
Virusvermehrung
im
Gewebe
(keine
Immunantwort)
-‐SH
des
Nasen-‐Rachen-‐Raumes
Lebendimpfstoffe
(Fuchs)
Rhabdoviridae
-‐behüllt
-‐subgenomische
mRNA
[3]
2.
axonaler
Transport
(ZNS-‐Symptome)
-‐Reservoir:
Carnivoren
(Füchse)
&
blutleckende
-‐Vaccinia
Rekombinanten
Ordnung:
-‐
helikales
3.
via
periphere
Nerven
Befall
verschiedener
Organe:
u.a.
Fledermäuse
[3]
(Fuchs)
Mononegavirales
Nukleokapsid
[3]
Speicheldrüse
-‐inaktivierte
Impfstoffe
Bsp:
Tollwutvirus
[3]
(Haussäugetiere)
-‐100%
Letalität
[3]
-‐passive
&
aktive
Immunisierung
(Mensch)
[3]
Afrikanische
-‐dsDNA-‐Virus
-‐im
Zytoplasma
-‐Inkubationszeit:
2-‐14d
-‐direkt
(zugekaufte
Tiere
in
Inkubationszeit)
-‐keine
Impfung
-‐200-‐300nm
-‐Monozyten
&
Makrophagen
1.
p.o.
Infektion
via
Tonsillen
in
Lymphe:
Zielzellen
-‐durch
Zecken
(Virämie)
àImpfprophylaxe
verboten
Schweinepest
-‐behüllt
Monozyten
&
Makrophagen
-‐
iatrogen
in
der
CH
Familie:
Asfarviridae
-‐Ikosaedral
2.
Vermehrung
(Opsonisierung
begünstigt
=
ADE)
-‐durch
Verfütterung
ungekochter
Küchenabfälle
Ordnung:
Asfivirus
3.
Virämie
-‐Verfütterung
von
Fleischwaren
aus
verseuchten
4.
immunbedingte
Hämolyse
(Viren
haften
an
EC’s)
Gebieten
an
Schweine
(illegaler
Import)
5.
Hämorrhagien
-‐Reservoir:
afrikanische
Busch-‐&
Warzenschweine,
Zecken
Letalität:
abhängig
vom
Virussstamm
(0
bis
100%)
[3]
Gemeinsamkeiten
-‐
EBOV
Morphologie
sehr
ähnlich
zu
Rhabdovirus:
-‐EBOV
Pathogenese
ähnlich
zu
FIP
&
ASP:
Aufnahme,
Virämie
-‐
Übertragung
durch
direkten
Kontakt
-‐
keine
Impfung
bei
EBOV
(-‐)ssRNA,
beide
helikal
und
Befall
verschiedener
innerer
Organe
-‐
EBOV
&
FIP.
vertikale
Übertragung
möglich
und
FIP
-‐
alle
behüllt
-‐
Hämorrhagien
bei
ASP
-‐
alle
replizieren
im
Zytoplasma
-‐
hohe
Letalität
bei
allen!
-‐
EBOV,
FIP
&
ASP
infizieren
Monozyten
&
Makrophagen
Unterschiede
-‐
EBOV
deutlich
grösser
-‐
bei
FIP
Krankheitsform
abhängig
von
Stärke
der
-‐FIP:
Pathogener
Virus
entsteht
im
Tier
selbst
-‐
FIP
mit
(+)ssRNA
direkt
infektiös
Immunantwort:
humorale
(ungünstige
Prognose),
zellulär
-‐keine
Persistente
Infektion
bekannt
bei
EBOV
-‐
ASP
hat
dsDNA
(günstig)
und
Tollwut
-‐
Rhabdovirus
(Tollwut)
replizieren
v.a.
in
Neuronen
-‐bei
EBOV
wird
die
zelluläre
Immunantwort
als
günstig
erachtet.
Die
humorale
Immunantwort
kann
sich
positiv
oder
negativ
auswirken.
[5,6]
Quellenangaben
• [1]
Casillas
AM,
Nyamathi
AM,
Sosa
A,
Wilder
CL,
Sands
H
(2003)
A
current
review
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Ebola
virus:
pathogenesis,
clinical
presentation,
and
diagnostic
assessment.
Biol
Res
Nurs
4:
268-‐275.
• [2]
Hoenen
T,
Groseth
A,
Falzarano
D,
Feldmann
H
(2006)
Ebola
virus:
unravelling
pathogenesis
to
combat
a
deadly
disease.
Trends
Mol
Med
12:
206-‐215.
• [3]
Mathias
Ackermann:
Virus-‐Handbuch
für
Veterinärmediziner.
UTP,
2013
• [4]
WHO,
Frequently
asked
questions
on
Ebola
virus
disease,
Updated
7
August
2014
• [5]
Takada
A,
Ebihara
H,
Feldmann
H,
Geisbert
TW,
Kawaoka
Y
(2007)
Epitopes
required
for
antibody-‐dependent
enhancement
of
Ebola
virus
infection.
J
Infect
Dis
[
196
Suppl
2:
S347-‐356.
• [6]
Takada
A,
Feldmann
H,
Ksiazek
TG,
Kawaoka
Y
(2003)
Antibody-‐dependent
enhancement
of
Ebola
virus
infection.
J
Virol
77:
7539-‐7544.
Abbildungen
aus:
Mathias
Ackermann:
Virus-‐Handbuch
für
Veterinärmediziner,
UTP,
2013
!Wirtsspektrum Ebola – Wirtsspektrum & Übertragungswege (Gruppe 4)!
1
- Mensch, Primaten → meist fataler Verlauf
- Schweine
- Antilopen
- Stachelschweine
- Hunde
- Mäuse, Meerschweinchen, Hamster
!Reservoirwirt 2
- Flughunde; inapparente Infektion = kaum Symptome, aber Virusvermehrung
• Virustiter während und nach/vor Ebola-Ausbrüchen beim Msch. gefunden!
• geographische Verteilung von Flughunden & Outbreaks überschneiden sich
- Nagetiere; in 1 Studie erwähnt, bis jetzt keine weiteren Hinweise
- Hund; wenn inapparent infiziert
!
Amplifikationswirt2,3 = Vermehrungswirt
- „Zwischenstation“ zw. Reservoir & sehr empfänglichem/bedrohtem Wirt
- Überschneidung des Lebensraums
- Hund; natürliche asymptomatische Infektion, durch nahen Kontakt zum Menschen evtl. sehr
bedeutend, aber Art der Virus-Ausscheidung noch nicht bekannt, weitere Untersuchungen4
- Affen (sicher Gorillas und Schimpansen), Affe ≠ Affe, weitere Untersuchungen nötig
- Schwein (bestätigt bei ZEBOV = Zaire Ebolavirusstamm)5
- waldbewohnende Antilopen, „Ducker“
!
Übertragungswege2
- Reservoir- Reservoir
• Stress (z.B. trächtig), geringes Nahrungsangebot während Trockenzeit (grosse Flugh-
unddichte)
- Reservoir – Amplifikationswirt
• horizontal: Körpersekret/-exkret, Organgewebe (Essen, Jagen), Kontakt mit Kada-
vern, Plazenta, Aerosole
• noch unklar wie Flughund Affen infiziert, grosse Unterschiede scheinen zu bestehen
bei der Rolle als Amplifikationswirt zwischen den verschiedenen Affenarten
- Tier – Mensch
• horizontal: Blut, Körpersekret/-exkret, Organgewebe, Kontakt mit Kadavern, Sek-
tionen
- Mensch – Mensch
• horizontal: Blut, Körpersekret/-exkret, Organgewebe, Sperma (auch noch 7 Wo.
nach Symptomen!), Beerdigungen mit Kontakt zum Toten (Traditionen)
• vertikal: Abort oder Geburt lebensschwacher Babys mit hoher Sterblichkeit
• oft nosokomial: z.B. unhygienische Arbeitsmethoden in Hilfscamps
!
Bedeutung dieser Reservoirwirte
Virus ist schwierig auszurotten, weil ein natürliches Reservoir besteht. ( Pocken)
Da der Flughund ein inapparenter Virusträger ist, sind Trägertiere nur mit grossem Aufwand zu iden-
tifizieren.
1 Ackermann, M.. Virushandbuch für Veterinärmediziner, Haupt-Verlag (2013), S. 160!
2 Groseth, A., Feldmann, H., Strong, J. E., 2007, The ecology of Ebola virus. Trends in microbiology 15 (9), S. 408-416!
3 Ackermann, M., mündliches Gespräch, 06.10.2014!
4 Allela, L., Bourry, O., 2005, Ebola Virus Antibody Prevalence in Dogs and Human Risk. Emerging Infectious Diseases 11 (3), !
S. 385-390!
5 Kobinger, G. P., Leung, A., 2011, Replication, Pathogenicity, Shedding, and Transmission of Zaire ebola virus in Pigs. The !
Journal of Infectious Diseases 204 (2), S. 200-208. Oxford Journals. Web. 06.10.2014Sie können auch lesen
