Das zoonotische Potenzial feliner und boviner Foamyviren (Spumaretrovirinae) : Etablierung und Anwendung serologischer Nachweisverfahren und Identifikation einer zellulären antiretroviralen Restriktion

Abstract

Foamy- oder Spumaretroviren (FV) gehören in die Retrovirus Unterfamilie Spumaretrovirinae. Sie sind in Primaten, Katzen, Rindern und Pferden weltweit verbreitet und erreichen teilweise einen hohen Durchseuchungsgrad. Beim Menschen hat man sie bislang nur vereinzelt – indikativ für eine Inter-Spezies-Übertragung ausschließlich bei Personen, die intensiven Kontakt zu Primaten hatten - gefunden. Zur Zeit weiß man nur wenig über die Übertragungs- und Abwehrmechanismen der FV- Infektionen. Zur Entwicklung eines Diagnosesystems für das feline und bovine FV (FFV und BFV), wurden mittels Immunoblot Experimenten die Gag Strukturproteine als diagnostische Antigene identifiziert. Anschließend wurde ein „GST-capture“ ELISA mit den FV Antigenen Gag, Bet und der Ektodomäne von Env etabliert und validiert. Die ELISAs wurden für die Durchführung von Studien mit Katzen- und Rinder-Feldseren eingesetzt. Dies ergab bei Schweizer Katzen eine Prävalenz von 36%. Für FFV wurde für die Bestimmung des Stadiums einer Infektion ein modifizierter Assay zur spezifischen Unterscheidung von IgG und IgM Antikörpern entwickelt. FFV Infektionen waren nicht mit einer Erkrankung der Tiere assoziiert. Rinder aus Polen waren zu 42% FV-positiv. In Deutschland lag die BFV-Prävalenz bei 7%. Antikörper gegen Antigene des bovinen FV wurden neben dem Serum auch in Rohmilch detektiert. Dies vereinfacht die Überwachung großer Herden von Milchkühen. Zusätzlich zur Sero-diagnostik wurde BFV-Infektiösität direkt aus Blutzellen und aus Milch, nicht aber aus Speichel infizierter Rinder isoliert. Milch könnte demnach als Überträger von Infektiösität für Interspezies-Übertragungen in Betracht kommen. Groß angelegte Untersuchungen von humanen Proben sind derzeit in Vorbereitung. Parallel wurde untersucht, ob auf FV ein zellulärer, antiretroviraler Abwehr-mechanismus auf Basis von APOBEC3 einwirkt, wie er bei HIV-Infektionen entdeckt wurde. Wir zeigen, dass feline FV mit defektem Bet Protein ebenfalls gezielt durch eine hier erstmals identifizierte feline APOBEC3-Cytidin-Desaminase supprimiert werden. Virusgenom-Sequenzierung und biostatistische Auswertung zeigten eine signifikante Genomhypermutation. Das akzessorische Protein Bet übernimmt - wie die vorliegende Studie zeigt - bei FV die Rolle von HIV-1 Vif und wirkt APOBEC3 entgegen. Über den Mechanismus der APOBEC3 Inhibition ist bislang fast nichts bekannt, er unterscheidet sich jedoch von dem bei HIV-1. Die Inhibition von APOBEC3-Proteinen durch die FV Bet-Proteine ist spezies-spezifisch. Diese Spezifität ist ein weiterer Faktor den FV, die von Nicht-Primaten zum Menschen übertragen werden, überwinden müßten.

Foamy- or Spumaretroviruses (FV) belong to the retrovirus subfamily Spumaretrovirinae. They infect primates, cats, cattle and horses worldwide and reach partially high prevalences. In humans they were detected only sporadically in persons with intensive contact to primates indicative of a zoonotic infection. At present, little is known about the biology of FVs in their authentic host or after inter-species transmission. For the development of diagnostic systems for the feline and bovine FV (FFV and BFV) the Gag structural proteins were identified by immunoblotting as the best diagnostic antigens. Subsequently GST-capture ELISAs with the FV antigens Gag, Bet and the ectodomain of Env were established and validated. These ELISAs were used to detect serological markers of FV infection in field samples from cats and cattle. The studies showed a prevalence of FFV-specific antibodies of 36% in Swiss cats. The ELISAs were adapted to allow distinction of IgG and IgM antibodies in order to determine the stage of an infection. FFV infections were not associated with a disease. Cattle from Poland was to 42% BFV-positive. In Germany the BFV prevalence was at 7%. Antibodies directed against the antigens of BFV were in addition to serum also detected in raw-milk. This facilitates the monitoring of large dairy herds. To complement the serodiagnostics, BFV infectivity was directly isolated from blood cells and raw-milk but not from saliva of infected cows. Milk could therefore be considered as carrier of infectivity for inter-species transmissions. Large scale studies with human samples are planned. In parallel, it was investigated whether FVs are targeted by the recently discovered cellular antiretroviral defence mechanism on the basis of APOBEC3. We show that Bet deficient FFV is efficiently suppressed by a newly identified feline APOBEC3 cytidin-deaminase. Viral genome sequencing and biostatistical analysis revealed extensive genome hypermutation. The FFV accessory protein Bet adopts the role of Vif in HIV and counteracts feline APOBEC3. Little is known about the mechanism of APOBEC3 inhibition, it is however certainly different than in HIV infections. The inhibition of APOBEC3 proteins by FV Bet proteins is species-specific. This specificity is an additional hurdle that FVs crossing the species barrier from non-primate FV to humans have to overcome.