Molecular diversity, epidemiology and evolution of viruses infecting wild carnivores in the Serengeti ecosystem, Tanzania
Buch in deiner Nähe kaufen
Beschreibung
Obwohl die derzeitigen Kenntnisse über virale Infektionen bei freilebenden Wildtieren begrenzt sind, zeichnet sich zunehmend ab, dass Wildtiere eine Schlüsselrolle beim Aufkommen neuer Krankheiten spielen, die eine Bedrohung für die menschliche Bevölkerung wie Wildtierpopulationen sein können. Ungeachtet der Bedeutung, die demnach der Entdeckung und Charakterisierung von Viren in Wildtieren zugestanden werden müsste, sind die meisten Studien auf eine kurzzeitige, spontan veranlasste Probennahme von nur einer oder einer geringen Anzahl von Wirtsarten begrenzt, die typischerweise bei Ausbrüchen von Viruserkrankungen mit erhöhter Morbidität und Mortalität der Wildtierpopulationen erfolgt. Da die Wechselwirkungen zwischen Viren und ihren Wildtierwirten komplex sind, ist eine langfristig angelegte, interdisziplinäre Forschung essentiell, um die genomische Diversität, Evolution und Übertragungsdynamik von Wildtierviren innerhalb und zwischen Arten zu verstehen. Der Untersuchungsplan füt diese Dissertation wurde so gestaltet, dass eine umfassendere Sicht auf die genetische Diversität und molekulare Epidemiologie von Viren, die in im Freiland lebenden afrikanischen Raubtieren (Ordnung Carnivora) zirkulieren, möglich wird. Meine Forschung ist Teil eines Langzeit-Forschungsprogramms im Serengeti Ökosystem in Ostafrika. Ich arbeitete mit nicht-invasiven Proben aus dem Kot der Wirtstiere sowie mit Gewebe aus Tierkadavern von Karnivoren, die zufällig gefunden wurden. Dabei verwendete ich konventionelle Methoden sowie neueste Methoden der Molekularbiologie und Sequenzierungs-Technologien für Virusnachweis, Sequenzierung und der Bestimmung molekularer Eigenschaften. Ich untersuchte Virusinfektionen in sieben freilebenden Raubtierarten, davon die zwei Arten Tüpfelhyäne (Crocuta crocuta) und Löwe (Panthera leo), die nicht zu den Hundeartigen (Familie Canidae) zählen, sowie fünf wilde Hundeartige – Löffelhund (Otocyon megalotis), Schabrackenschakal (Canis mesomelas), Goldschakal (Canis aureus), Streifenschakal (Canis adustus), afrikanischer Wildhund (Lycaon pictus) – und der Haushund (Canis lupus familiaris). Die wilden Raubtiere bewohnten Schutzgebiete innerhalb des Serengeti Ökosystems, während die Haushunde in Dörfern in der Nachbarschaft der Schutzgebiete lebten.
Hochdurchsatz-Sequenzieransätze werden zunehmend zur Entdeckung und dem eindeutigen Nachweis für neue, bisher unbekannte Viren eingesetzt. Sie sind besonders nützlich, wenn Probenmaterial auf Viren untersucht werden soll, das unter Bedingungen gesammelt wurde, die für die genetische Arbeit suboptimal sind. Dazu gehören Gewebeproben von Kadavern, die bereits mehrere Stunden tropischer Hitze ausgesetzt waren, sowie für Proben, die vor langer Zeit gesammelt und seitdem in Probenarchiven aufbewahrt wurden, insbesondere solche, die nicht in den Genuß von RNA-schützenden Reagenzien kamen. Der Nachweis und die Charakterisierung vollständiger viraler Genome aus Haustier- und Wildtierarten wird unsere Kenntnis viraler genetischer Diversität und genetischer Faktoren verbessern, die bei Pathogen-Wirts-Interaktionen eine Rolle spielen. In Kapitel II nutze ich Hochdurchsatzsequenzierungen, genomische und phylogenetische Analysen, um erstmalig das vollständige Genom von Hundekobusviren (Familie Picornaviridae) zu entschlüsseln, die bei Haushunden sowie wildlebenden Raubtierarten auftretenden zu den Hundeartigen zählenden Goldschakal und Schabrackenschakal und der zu den Hyänenartigen zählenden Tüpfelhyäne. Die Ergebnisse erweitern das Wirtsartenspektrum sowie die bekannte geografische Verbreitung von Hundekobusviren beträchtlich.
Die Langzeit-Untersuchungen an Tüpfelhyänen im Serengeti Nationalpark zeigten, dass diese Art der Wirt für mehrere Viren ist und die Wahrscheinlichkeit einer Infektion von demografischen und sozialen Faktoren sowie Aspekten der Lebensgeschichte abhängt. In Kapitel III stelle ich den ersten Bericht überhaupt über Infektionen von drei wildlebenden afrikanischen Raubtieren mit Sapoviren (Familie Caliciviridae) vor, dem afrikanischen Löwen, dem Löffelhund und der Tüpfelhyäne. Genetische Untersuchungen zeigen substantielle genetische Diversität der bei diesen Wirtsarten gefundenen Stämme, die sich phylogenetisch erheblich von Stämmen unterschieden, die bereits bekannt sind, auch solchen, die vom Haushund isoliert wurden. Langzeituntersuchungen zum Vorkommen von Sapoviren bei Tüpfelhyänen zwischen 2011 und 2012 zeigten, dass die Prävalenz von Sapoviren erheblich zwischen Jahren mit Sapovirenausbrüchen und solchen ohne Ausbrüche variierten. Prävalenz war unabhängig vom Alter des Wirtstieres. Wiederholte Infektionen des gleichen Tieres zeigten, dass diese Viren keine lang andauernde Immunität in ihren Wirten erzeugen. Prävalenz nahm mit zunehmender Gruppengröße des Tüpfelhyänenclans ab, was sich durch eine Abnahme der Kontaktrate sowie einer relativ hohen Herdimmunität während der Ausbrüche erklären lässt. Die Ergebnisse dokumentierten, wie wertvoll Langzeituntersuchungen für das Verständnis der viralen Epidemiologie bei Wildtieren sind.
Ein hochvirulenter Ausbruch der Hundestaupe (Familie Paramyxoviridae) in den Jahren 1993/94 führte zu einer hohen Mortalität bei Löwen und Tüpfelhyänen im Serengeti Ökosystem. In Kapitel IV untersuche ich, ob der Ausbruch durch einen Stamm verursacht wurde, der von Haushunden stammte, oder auf einen Stamm zurückzuführen ist, der an diese nicht-hundeartigen Raubtierarten angepasst ist. Ich sequenzierte 13 ‚Serengeti‘-Isolate, davon fünf vollständige virale Genome, die aus Proben stammten, die zwischen 1993 und 2011 gesammelt wurden. Phylogenetische sowie Haplotypen-Netzwerk Analysen zeigten, dass die während des Ausbruchs gesammelten Isolate der nicht-hundeartigen Wirtstiere enger miteinander verwandt waren als mit Isolaten, die von Haushunden oder wilden Caniden stammten. Alle nicht-hundeartigen ‚Serengeti‘-Isolate kodierten eine neue Substitution G134S im CDV-V Protein; sowie die seltene Aminosäurenkombination 519I/549H an zwei Orten der Bindungsregion des CDV-H Proteins, mit dem es an den SLAM-Rezeptor (CD 150) des Wirtes bindet und die nachweislich unter positiver Selektion stehen. Weltweit kodieren nur einige wenige nicht-hundeartigen Stämme der ‚America II‘ Linie CDV-H 519I/549H. Alle ‚Serengeti‘-Isolate, die während des Ausbruchs aus Hundeartigen gesammelt wurden, kodierten CDV-V 134G sowie CDV-H 519R/549Y oder 519R/549H. Meine Ergebnisse passen zu der Vorstellung, dass der Ausbruch in Löwen und Tüpfelhyänen durch Isolate erfolgte, die besser an die nicht-hundeartigen Wildtierarten angepasst waren, aber sind konträr zu der Idee, dass es sich um ein Überschwappen eines Haushundisolates handelt.
Coronaviren (Familie Coronaviridae) infizieren Menschen, Haustiere und einige wildlebende Säugetier- und Vogelarten. Angesichts der großen Vielfalt der Wirtsarten ist es notwendig, die Rolle von Wildtierarten bei der molekularen Epidemiologie und Evolution von Coronaviren zu erforschen. Im Kapitel V fokussiere ich mich auf die Gattung Alphacoronavirus, zu denen gut untersuchte Coronaviren gehören, die häufig Raubtiere infizieren. Langzeituntersuchungen der Infektionsanfälligkeit einer Population von individuell bekannten Tüpfelhyänen deckten große Schwankungen über Jahre hinweg auf und die genetischen Auswertungen ergaben, dass unterschiedliche genetische Varianten während jedes Infektionsausbruchs zirkulierten. Langzeit-Untersuchungen an einer Population von individuell bekannten Tüpfelhyänen zeigten starke Schwankungen in der Infektionsprävalenz zwischen verschiedenen Jahren; die genetischen Untersuchungen dokumentierten, dass während jedes Ausbruches neue genetische Varianten zirkulierten. Zusätzlich sequenzierte ich das komplette 3`-Ende des Genoms (~9 Kilobasen), welches die Strukturgene enthält, und führte umfangreiche vergleichende genetische und phylogenetische Analysen durch, um die Rolle der Selektion, Rekombination und Deletion/Insertion in der Gestaltung der genetischen Diversität von Alphacoronaviren zu bewerten, welche zwei afrikanische Raubtier-Wildarten infizieren. Außerdem sequenzierte ich das Gen, das den Rezeptor für Alphacoronaviren (Aminopeptidase N) kodiert, in 10 Spezies wilder afrikanischer Raubtierarten aus fünf verschiedenen Familien. Ich verwendete eine vergleichende genetische Analyse sowie die veröffentlichte Tertiärstruktur der Virus-Wirt-Schnittstelle, um den möglichen Mechanismus der Anpassung des Wirtsrezeptors an die diversen Raubtierwirte aufzudecken.
Autor*in
Ximena Andrea Olarte Castillo
Themen in »Molecular diversity, epidemiology and evolution of viruses infecting wild carnivores in the Serengeti ecosystem, Tanzania«
Africa Alphacoronavirus Canine distemper virus Canine distemper virus Serengeti ecosystem Virus evolution canine kobuvirus domestic dog in Africa sapovirus strains viral infection wild animals wild carnivores