Ticks and Tick-borne Encephalitis Virus

From Nature to Infection

Asghar, Naveed

2016

Vektorburna sjukdomar är ett växande globalt hot mot både människor och djur. De pågående klimatförändringarna kan leda till förhöjda risker för infektioner överförda av myggor, fästingar och andra leddjursvektorer. Ixodes ricinus är en vanlig fästing i Europa som överför fästingburna patogener som är farliga för människor. Fästingburen encefalit (TBE) är en vektorburen sjukdom som orsakas av TBE-virus (TBEV). De pågående klimatförändringarna har bidragit till en ökning både av vektorn och sjukdomsfrekvensen. Mellan 10 000 och 15 000 mänskliga TBE-fall rapporteras årligen i Europa och Asien. Den geografiska fördelningen av TBEV visar ett ojämnt fördelningsmönster där viruset är koncentrerat till vissa fokusområden. TBEV återfinns i naturen i en livscykel där viruset hela tiden överförs mellan fästingar och däggdjur. Spridningen sker dels från en infekterad fästing till ett ryggradsdjur när fästingen äter på värddjuret. Spridning mellan fästingar sker troligen främst genom så kallad “co-feeding”, det vill säga att flera fästingar suger blod samtidigt från samma värddjur. Viruset kan då passera från en infekterad fästing, genom värddjuret till oinfekterade fästingar.

Virus kan identifieras och studeras med genetiska metoder. Det ökande antalet TBE-fall i Skandinavien styrker vikten av att hitta och karakterisera ytterligare TBEV-stammar och identifiera nya naturliga fokusområden. Vi har sekvenserat och fylogenetiskt beskrivit fyra TBEV-stammar: Saringe-2009 (blodfylld nymf), JP-296 (födosökande vuxen hane), JP-554 (födosökande vuxen hane) och Mandal-2009 (födosökande nymfer, n = 10). Mandal-2009 är ett TBEV från ett naturligt fokusområde i södra Norge. Saringe-2009 kommer från ett naturligt fokusområde i norra Stockholms län, Sverige. JP-296 och JP-554 härstammar från Torö som är ett naturligt fokusområde i södra Stockholms län, Sverige.

Förutom den genetiska sekvenseringen av TBEV har vi också studerat effekten av olika biotiska och abiotiska faktorer på populationsdynamik av I. ricinus i södra Stockholm och observerade variation i fästingsaktivitetsmönster både temporalt och spatialt. Förekomstmönster av fästinglarver, nymfer och vuxna honor, och det totala antalet fästingar är viktiga faktorer för sannolikheten för horisontell överföring av TBEV mellan fästingar. Vi fann att sannolikheten för synkron förekomst av larver, nymfer och honor var högst under försommaren. Vegetationshöjd, mängden skog och mängd öppet vatten runt undersökningsområden hade signifikanta negativa effekter på sannolikheten för att larver, nymfer och honor skulle förekomma samtidigt.

Den variabla delen av den icke-kodande 3 ́regionen (3'NCR) av TBEV-genomet innehåller ofta en intern poly(A)-sekvens. Liksom andra RNA-virus, förekommer TBEV som så kallade ”quasispecies” vilka definieras som grupper av olika genetiska varianter av virus. Genom analysen av TBEV-stam Saringe-2009 avslöjades variation i poly(A)-sekvensen vilket indikerar förekomst av ”quasispecies”. Eftersom Saringe-2009 kom från en blodfylld nymf som hade sugit blod i > 60 timmar, föreslår vi att Saringe-2009 visar en förändring i ”quasispecies”-poolen när viruset överförs från exoterm fästingmiljö till endoterm däggdjursmiljö. Vi undersökte poly(A)-ekvensens variabilitet och dess roll vid replikering och för virulens hos TBEV, genom att skapa två infektiösa kloner av Torö-2003 stammen; en med en kort/vild-typ (A)3C(A)6 poly(A)-sekkvens, och en med en lång (A)3C(A)38 poly(A)-sekvens. Den infektiösa klonen med lång poly(A)-sekvens replikerade sämre än vildtypklonen i cellkultur, men (A)3C(A)38 poly(A) var mer virulent i C57BL/6-möss än (A)3C(A)6 poly(A). Datasimulering av TBEV-genomets sekundär-RNA-struktur visade att de längre poly(A)-sekvenserna påverkar veckningen av en specifik sekundärstruktur (SL14) i början av 3 ́NCR. Djupsekvenseringsanalys av TBEV-gnomen avslöjade skillnader för specifika gener och ”quasispecies”-strukturen efter passering i cellkultur och/eller mushjärna. Dessa förändringar föreslås bidra till de observerade skillnaderna i virulens. Våra resultat indikerar att den långa poly(A)-sekvensen ger instabilitet i TBEV-genomet, vilket resulterar i ökad mångfald av ”quasispecies”-populationen som i sin tur kan bidra till TBEV-virulens.

Fylogenetisk analys av Saringe-2009, JP-296, JP-554 och Mandal-2009 visade på ett nära släktskap mellan de fyra skandinaviska TBEV-stammarna. De nya stammarna formerade ett kluster med en tidigare TBEV-stam identifierad på Torö (Toro-2003), vilket skapade ett skandinaviskt klad. Genetisk analys visade att Mandal-2009 innehåller en trunkerad 3 ́NCR som liknar den högvirulenta stammen HYPR. JP-296 och JP-554 hade däremot samma genetiska struktur som den längre Torö-2003 stammen från samma fokusområde. Djupsekvensering visade höge mångfald av ”quasispecies”-populationen för JP-296 och JP- 554 jämfört med Mandal-2009. Analys av enkel nukleotid polymorfism (SNP) visade att 40 % av alla SNP var gemensamma mellan ”quasispecies”-populationen för JP-296 och JP-554. Detta indikerar att TBEV-”quasispecies”-strukturen kan vara konserverad för närbesläktade virus vilken kan leda till att den bevaras inom specifika fokusområden.

Sammantaget så visar dessa studier att miljöfaktorer påverkar förekomsten av fästingvektorn och dess olika livsstadier, vilket är en bakomliggande faktor för utbredning av TBEV i naturliga fokusområden. Det visar även på att värdmiljön påverkar strukturen för ”quasispecies”-populationen. Dessutom visar våra studier att evolution och utveckling av ”quasispecies”-strukturen kan påverka virulensen för TBEV i möss. 

Huddinge : Södertörns högskola, 2016. s. 73.

ISBN 978-91-87843-70-9

Södertörn Doctoral Dissertations, 1652-7399; 127

Ladda ner som pdf

Mer information i DiVA

Låna boken