Untersuchungen zum Tropismus von Hantaviren im natürlichen Wirt und in Tieren nach Übersprüngen

1.Im Gegensatz zum Menschen durchlaufen natürlich PUUV-infizierte Rötelmäuse eine persistente klinisch unauffällige Infektion. Derzeit ist wenig zum Zelltropismus des PUUV in seinem Reservoir, den viralen Übertragungswegen bei Übersprüngen sowie zur potentiellen Bedeutung von parasitären Koinfektionen für den Verlauf einer PUUV-Infektion im Reservoir bekannt. Daher sollte in dieser Arbeit der Tropismus von PUUV-Stämmen in natürlich infizierten Rötelmäusen charakterisiert werden. Weiterhin wurde der Frage nach potentiellen mit einer PUUV-Infektion assoziierten pathologischen Befunde sowie parasitären Koinfektionen nachgegangen und Nicht-Reservoir Nagetiere auf Übersprung-Infektion untersucht.
2.Es wurden insgesamt 466 Nagetiere untersucht. Dazu zählten 452 wildgefangene Nagetiere (192 Rötelmäuse (Clethrionomys glareolus, syn. Myodes glareolus), 221 Gelbhalsmäuse (Apodemus flavicollis), 39 Waldmäuse (Apodemus sylvaticus) aus dem Puumala orthohantavirus (PUUV)-Endemiegebiet Osnabrück (LK OS) sowie 13 PUUV-infizierte Rötelmäuse und eine nicht infizierte Rötelmaus (Negativkontrolle) aus Laborhaltungen.
3.Es kamen pathologisch-anatomische, histopathologische, immunhistologische, serologische und molekularbiologische Methoden sowie die In-situ-Hybridisierung (RNAscope®) zur Anwendung.
4.Die PUUV-RNA-Nachweisrate war bei den Rötelmäusen aus dem LK OS im Jahr 2015 am höchsten, gefolgt von den Jahren 2017 und 2016. Die Seroprävalenz hingegen lag 2017 am höchsten, gefolgt von 2015 und 2016. Die niedrige PUUV-Prävalenz im Jahr 2016 korreliert mit der niedrigen Zahl an gemeldeten humanen Hantaviruserkrankungen im gleichen Jahr.
5.190 Rötelmäuse des LK OS wurden der westlichen- und zwei Rötelmäuse der östlichen evolutionären Rötelmauslinie zugeordnet. 10 Rötelmäuse aus der PUUV positiven Haltung konnten der karpatischen Rötelmauslinie zugeordnet wurden. PUUV-RNA wurde ausschließlich bei adulten Rötelmäusen nachgewiesen, wobei die PUUV-Sequenzen aus Niedersachsen in die Klade des Osnabrücker Hügellandes und die der Haltungstiere in die Klade der russischen Sequenzen eingeordnet wurden.
6.Aus dem LK OS wurden insgesamt 36 persistent und 3 akut infizierte sowie 21 serologisch positive Rötelmäuse der westlichen evolutionären Rötelmauslinie diagnostiziert. Bei den 10 persistent infizierten Haltungstieren wurde die karpatische evolutionäre Rötelmauslinie identifiziert.
7.Serologisch positiv waren 18 Gelbhalsmäuse und 7 Waldmäuse; bei keinem der Tiere wurde PUUV-RNA nachgewiesen. Dies wurde deshalb als Übersprung angesehen. Insgesamt lag die Seroprävalenz der Gelbhals- und Waldmäuse unter derjenigen der Rötelmäuse, was damit in Überreinstimmung steht, dass die Arten nicht die natürlichen Wirte für PUUV sind. Ähnlich wie die hohe PUUV-Prävalenz bei den Rötelmäusen in den Jahren 2015 und 2017 lag die Seroprävalenz jeweils 2017 am höchsten, gefolgt von 2015 und 2016.
8.Es wurde ein breiter Organ- und Gewebetropismus von PUUV in Rötelmäusen gezeigt. Hauptsächlich bestand der Virustropismus für die Niere und den Magen und selten für die Lunge. Erstmalig konnte PUUV-RNA in Gehirn, Nasenmuscheln (Conchae), Zunge, Trachea, Oesophagus, Pankreas, Magen, Colon descendens, Harnblase, Uterus, Haut sowie im braunen und weißen Fettgewebe nachgewiesen werden. Bemerkenswert ist der Nachweis von PUUV N-Protein oder Positivstrang-RNA in Kleinhirn, Zunge, Magen, Caecum, Colon, Hoden, braunem Fettgewebe, endokrinem Pankreas sowie in der Nebenniere.
9.N-Protein und Positivstrang-RNA fanden sich überwiegend in Endothelzellen, Fibrozyten, Myozyten, Myoepithelzellen, Itozellen oder Makrophagen und in den Nierenglomeruli, Podozyten oder Mesangiumzellen. Hierbei handelt es sich um Zellen, die nicht zur Se- und Exkretion des Virus fähig sind, was zur Aufrechterhaltung der Viruspersistenz beitragen könnte. Für die Virusausscheidung relevant ist der Nachweis von PUUV-Positivstrang-RNA und des N-Proteins in Speicheldrüsen- und Pankreasgewebe und Hoden. Der Nachweis in den Luftwegen sowie im Magenepithel ist als Folge der aerogenen oder oralen Virusaufnahme zu verstehen.
10.Niere, Lunge und Leber scheinen zu den ersten Organen zu gehören, die nach einer PUUV-Infektion infiziert werden.
11.Diskrepanzen hinsichtlich des Organ- und Zell-spezifischen Nachweises viraler RNA, N-Protein und Positivstrang-RNA wurden bei den Rötelmäusen des LK OS und den Haltungstieren sowie zwischen beiden Tiergruppen nachgewiesen. Immunologische und genetische Faktoren können hierfür ursächlich sein.
12.Die Obduktionen ergaben keine mit einer PUUV-Infektion assoziierten makroskopischen Befunde. Die histologischen Befunde waren insgesamt unspezifisch. PUUV ist als Ätiologie für die mononuklearen Infiltrate in der Harnblase sowie die desquamierten Alveolarmakrophagen, interstitiellen Leukozyteninfiltrate, die BALT-Hyperplasie und Synzytien in der Lunge denkbar, was jedoch in dieser Arbeit nicht verifiziert werden konnte.
13.Bei allen Rötelmäusen, bei denen im Lungengewebe PUUV-RNA oder das N-Protein nachgewiesen wurden, fand sich eine parasitäre Koinfektion mit Hepatozoon spp. in der Lunge bzw. Frenkelia spp. im Gehirn. 1.In contrast to humans, the course of PUUV-infection of naturally infected bank voles is persistent and clinically silent. Little is currently known about the cell tropism of PUUV in its reservoir, the viral transmission pathways during spillover-infections, and the potential importance of parasitic coinfections for the course of PUUV infection in the reservoir. Therefore, the aim of this work was to characterize the tropism of PUUV isolates in naturally infected bank voles. Furthermore, the question of whether there are pathological findings and parasitic coinfections that could be associated with a PUUV-infection was investigated and non-reservoir rodents were examined for spillover-infection.
2.A total of 466 rodents was examined including 452 wild trapped rodents (192 bank voles (Clethrionomys glareolus, syn. Myodes glareolus; group), 221 yellow-necked mice (Apodemus flavicollis) and 39 wood mice (Apodemus sylvaticus) from the district Osnabrück (LK OS) where Puumala orthohantavirus (PUUV) is endemic and 13 PUUV-infected bank voles as well as a non-infected bank vole (negative control) from breeding facilities.
3.The animals were necropsied and examined by histology, immunohistochemistry, serology, molecular biological methods and in-situ-hybridization (RNAscope®) for PUUV infection.
4.The PUUV prevalence was highest in the LK OS bank voles in 2015, followed by 2017 and 2016. The seroprevalence, however, was highest in 2017, followed by 2015 and 2016. The low PUUV-prevalence in 2016 is consistent with the low number of reported human hantavirus cases in the same year.
5.190 bank voles from the LK OS were assigned to the Western evolutionary lineage and two bank voles to the Eastern evolutionary lineage. Ten bank voles from the PUUV positive breeding facility were assigned to the Carpathian evolutionary lineage. PUUV-RNA was only detected in adult bank voles. All PUUV sequences from Lower Saxony were assigned to the clade “Osnabrücker Hügelland” and these from the bank voles from the breeding facility to the clade of Russian sequences.
6.In summary 36 persistent- and 3 acute infected- as well as 21 serologic positive bank voles from the Western evolutionary lineage were detected in the LK OS group and 10 persistent infected bank voles from the Carpathian evolutionary lineage in the breeding facility group.
7.Furthermore, 18 yellow-necked mice and 7 wood mice were serologically positive and RNA-negative, what was interpreted as spillover-infection. The seroprevalence of the yellow-necked mice and wood mice was lower than that of the bank voles which is in line with the fact that these animals are not the natural host for PUUV. Consistent with the high PUUV prevalence in bank voles in 2015 and 2017, the seroprevalence of the yellow-necked mice and wood mice was highest in 2017, followed by 2015 and 2016.
8.A broad organ and tissue tropism was shown for PUUV-infected bank voles. The organ tropism existed mainly for kidney and stomach. The lung was rarely affected. PUUV-RNA was detected in brain, turbinates (conchae), tongue, trachea, esophagus, pancreatic gland, stomach, colon descendens, urinary bladder, uterus, skin as well as in brown and white fat tissue for the first time. Notably, PUUV N-protein or positive-strand RNA were detected in cerebellum, tongue, stomach, caecum, colon, testis, brown fat tissue, endocrine pancreas and adrenal gland.
9.N-protein and positive-strand RNA were mostly found in endothelial cells, fibrocytes, myocytes, myoepithelial cells, Ito cells or macrophages and podocytes or mesangial cells within the renal glomeruli. These cells can not release the virus into the environment what might contribute to maintain the virus persistence. The detection of PUUV N-protein or positive-strand RNA in mandibulary and pancreatic tissue and testis is relevant for virus shedding. The detection in airways and stomach epithelium is regarded as consequence of airborne or oral virus uptake.
10.Kidney, lung and liver appear to be among the first organs to become infected after PUUV infection.
11.Discrepancies regarding the organ and cell-specific detection of viral RNA, N-protein and plus-strand RNA occurred in bank voles from the LK OS and from the breeding facility and was also observed between both bank vole groups. Immunological as well as genetic factors can be the reasons for that.
12.The necropsy revealed no gross lesions that were associated with PUUV-infection. In general, the histological findings were non-specific. PUUV may be a possible cause for the mononuclear infiltrates in the urinary bladder and the desquamated alveolar macrophages, interstitial leukocyte infiltrates, BALT hyperplasia and syncytia in the lungs, but this could not be verified in this study.
13.Every bank vole that has been tested positive for PUUV-RNA in the lung and for N-Protein respectively, had a simultaneous parasitic co-infection with schizonts of Hepatozoon spp. in the lung or cysts of Frenkelia spp. in the brain.