Virusinfektionen der Rinder und Kälber:

Transkript

1 Virusinfektionen der Rinder und Kälber: Rindergrippe / Kälberdurchfall BVD/MD Virologie II, 3.JK/

2 zusätzliche Infos

3 zusätzliche Infos

4 Lernziele Klinische Bilder der BVDV Infektion erkennen und wissen, wie sie entstehen Epidemiologie/Strategie des Virus kennen Ablauf/Status der Bekämpfung von BVDV in der Schweiz kennen Möglichkeiten und Probleme der Diagnostik kennen und wissen, wann welches diagnostische Mittel eingesetzt wird

5 Inhalt Das Virus: Taxonomie, Steckbrief, Strategie Klinik Genom: Entstehung der Biotypen Interaktion mit dem Wirt: Immuntoleranz, Entstehung der Mucosal Disease Epidemiologie und Eradikation Diagnostik Border Disease

6 Genus Pestivirus (lat. pestis = Pest, Seuche) BVDV-1 BVDV-2 Border Disease Virus Klassische Schweinepest Virus Unklassifizierte Pestiviren Taxonomie Familie Flaviviridae Genus Flavivirus (lat. flavus = gelb) Gelbfieber Virus Dengue Virus West Nile Virus Frühsommer-Meningoenzephalitis Virus...und viele mehr! Genus Hepacivirus (lat. Hepatos = Leber) Hepatitis C Virus..und einige vorläufig taxonomierte Viren: z.b. Pegivirus

7 Taxonomie Border Disease Virus (BDV) BDV-2 BDV-3 CH-BD1 Gifhorn CH-BD2 AZ T1801/1 L83/L84 X BDV-1 137/4 CH-BD3 CH-BD4 V2536/2 Chamois BDV-4 Virus der Klassischen Schweinepest (CSFV) BVDV-2 bisher in der Schweiz nicht gefunden! a BVDV-2 Gi-6 b Gi Gi Schweinfurt Alfort-T b Brescia BM01 a C-strain Bovine virus diarrhoe Viruse (BVDV) k CH-Böhni e d CH-Suwa F SH9 CH-R2000/95 26-V639 CH-SM01/11 CH-Maria CH-SM05/27 RIT 4350 Osloss CH-S03/897 b BVDV j Deer-NZ1 100 NADL C24V 519 c C86 a / i J W G A L CH-SM09/20 f g h 100 Tunisian sheep virus Giraffe virus Brasilian water buffalo virus Brz buf 9 CH-KaHo/cont D32/00 HoBi 0.1 Giraffe-1 SN1T PG-2 Unklassifizierte Pestiviren

8 Taxonomie BVD Viren weisen hohe genetische Vielfalt auf! BVDV-1, -2 = verschiedene Spezies, jede Spezies in Untergruppen unterteilt Zur Zeit 16 BVDV-1, 3 BVDV-2 Untergruppen unterschieden In der Schweiz v.a. BVDV-1h, e, b, k BVDV-1k kommt fast ausschliesslich in der Schweiz vor!

9 BVDV Steckbrief Eher kleines, sphärisches Virus Behüllt geringe Tenazität + ssrna, unsegmentiert 100 nm Ca Nukleotide langes Genom 2 Biotypen: zytopathogen (cp) und nicht-zytopathogen (ncp) Weltweit verbreitetes, ökonomisch wichtiges Virus Hauptwirt: Rind; infiziert auch viele andere Wiederkäuer und Schweine (Paarhufer) Wird in vielen Europäischen Ländern bekämpft

10 BVDV 2 Arten der Infektion: Transient und persistent

11 Immuntoleranz Adaptives Immunsystem (IS) Ak + Adaptives Immunsystem funktionstüchtig Virus wird erkannt und bekämpft Abort, Missbildungen, normales Kalb

12 Immuntoleranz Adaptives Immunsystem (IS) Ak - Adaptives Immunsystem in Entwicklung, Virus als «selbst» betrachtet Keine B- oder T-Zell Reaktion, keine Antikörper

13 Immuntoleranz Innates (angeborenes) Immunsystem Angeborenes (=innates) Immunsystem funktionstüchtig Blockierung der Interferon Induktion durch die viralen Proteine E rns und N pro Keine innate Immunreaktion

14 Immune evasion Innates (angeborenes) Immunsystem N pro : Nicht-Strukturprotein, nur intrazellulär Blockiert INDUKTION von IFN-a/b in infizierter Zelle durch Unterbrechung des Signalweges zum Nukleus durch Degradierung des Signalproteins IRF-3 dsrna (PAMP!) N pro intracellular PRR IRF-3 Nukleus IFN-α/β Keine innate Immunreaktion

15 Immune evasion Innates (angeborenes) Immunsystem E rns : Strukturprotein auf Virusoberfläche/sezerniert Blockiert INDUKTION von IFNa/b in (noch) nicht-infizierter Zelle durch Abbau von extrazellulär vorliegender viraler dsrna im Endosom E rns dsrna endosomal PRR Nukleus E rns IFN-α/β Keine innate Immunreaktion

16 Immuntoleranz Innates (angeborenes) Immunsystem Noch keine adaptive Immunreaktion + innate Reaktion blockiert Virus-Ausbreitung im Föten und Persistenz Nur bei Infektion mit NCP virus!!!

17 Strategie Transiente/akute Infektion: Hit-and-run Stategie Kennen Sie typische Beispiele? z.b.: Influenzaviren, Rhinoviren, Ebola

18 Strategie Persistente Infektion: Infect-and-persist Strategie Kennen Sie typische Beispiele? z.b.: Viele Herpesviren, Lentiviren (HIV), Papillomaviren

19 Strategie Transiente Infektion: Alleine nicht sehr effizient, da langlebige Immunabwehr: Herde bald immun Ak+ Ak+ Ak+ Serokonversion Serokonversion Serokonversion Persistente Infektion: Virus kann in PI-Tier jahrelang überleben und hat so bessere Chancen einen immunologisch naiven Wirt zu finden (z.b. während der Alpung). PI-Tiere sichern das Überleben von BVDV in der Wirtspopulation!

20 Transiente Infektion Klinik Normalerweise keine / milde Erkrankung: Durchfall, Husten, Fieber, Lymphopenie Symptome v.a. auf Herden-Niveau sichtbar: Fruchtbarkeitsstörungen, Pneumoenteritis-Komplex Selten: Hämorrhagisches Syndrom (v.a. mit BVDV-2) ITP, Bern bvd-info.ch

21 Persistente Infektion Klinisch unauffällig Kümmerer Klinik Chronische, intermittierende Symptome (Durchfall, Pneumonie) Angeborene neurologische Defekte (z.b. Cerebelläre Hypoplasie), andere Missbildungen (ev. Exophtalmus) bvd-info.ch B. Liess, Hannover bvd-info.ch

22 Klinik Persistente Infektion Musosal Disease Läsionen/Erosionen auf Schleimhäuten (darum Mucosal Disease) Äusserlich: Flotzmaul, Gingiva, Zunge, Vulva, ev. Euter, Zwischenklauenspalt Lahmheit Innerlich: Ganzer GI-Trakt (typisch: Pansenpfeiler) Unstillbarer Durchfall Tod durch Dehydrierung innert Stunden bis Tagen agriculture.gov.ie bvd-info.ch U. Braun, Zürich ITP, Bern Verläuft immer tödlich!

23 Replikationszyklus Gesamter Zyklus findet im Zytoplasma statt Viruspartikel (Virionen) entstehen im endopl. Retikulum und Golgi Apparat Es befinden sich kein Virusproteine auf der Zellmembran * IRES: internal ribosomal entry site Polyprotein * (Nicht-Strukturproteine)

24 Genom Strukturproteine Sind Teil des Virions Hohe Variabilität! Nicht-Strukturproteine Sind nicht Teil des Virions; für Replikation u.ä. benötigt Unterscheiden sich kaum zwischen versch. BVD Viren = konserviert E rns E1 + E2 Lipidmembran C

25 2 Biotypen NS2-3 liegt hauptsächlich ungespalten vor NCP-Virus Zelle stirbt nicht NS2-3 wird hauptsächlich in NS2 und NS3 gespalten CP-Virus Zelle stirbt

26 2 Biotypen Wie wird aus einem NCP ein CP Virus? RNA-abhängige RNA Polymerase ist sehr fehleranfällig (ca. alle1000 Nukleotide 1 Fehler) Punktmutationen Rekombinationen Duplikationen Unkontrollierte Spaltung von NS2-3 in NS2 und NS3 CP Viren entstehen immer wieder neu durch unterschiedliche (zufällige (?) ) Mutationen aus NCP Viren Viruspaar Mucosal Disease!

27 Entstehung der MD WICHTIG: Immuntoleranz ist begrenzt auf persistierendes BVDV! CP entsteht durch Mutation aus NCP antigenetisch nahe verwandt/identisch keine Antikörper Ausbreitung im PI-Tier Zell-Zerstörung spontan, aber wann? ncp cp ncp cp Viruspaar Immun -Toleranz 2-3 Wochen

28 Entstehung der MD z. Bsp.: gleicher Betrieb Weniger häufig: MD durch homologe Superinfektion (z.b. mehrere PI Tiere mit gleichem Virus in einer Herde) PI-Tier 1 ncp A PI-Tier 2 ncp A cp A Homologe Superinfektion mit cp A PI-Tier 1 PI-Tier 1 ncp A 2-3 Wochen 2-3 Wochen PI-Tier 2 PI-Tier 1 Mehrere Tiere sterben an MD in kurzer Zeit!

29 Entstehung der MD - Fazit Heutiger Stand der Forschung: Die Entstehung von CP Virus aus NCP Virus und die damit verbundene Auslösung der MD in PI-Tieren ist ein virologischer Betriebsunfall (keine Vorteile, eher Sackgasse für das Virus). Ursache ist die Kombination von hoher Mutationsrate und langer Persistenz...

30 Epidemiologie PI-Tiere scheiden das Virus lebenslänglich in allen Exkreten und Sekreten aus (v.a. Nasensekret, Speichel) Direkte Übertragung (Nasenkontakt, Belecken), Aerosol Indirekte Übertragung (kontaminierte Schuhe, Kleider etc.) Besonders ideal für die BVD Ausbreitung: Alpung, Viehmärkte Ak+ Ak+ Ak+ Ak- Ak- Ak+ Eigene Herde: keine Ausbreitung mehr möglich Alp: Tiere aus versch. Beständen

31 Epidemiologie PI-Tiere scheiden das Virus lebenslänglich in allen Exkreten und Sekreten aus (v.a. Nasensekret, Speichel) Direkte Übertragung (Nasenkontakt, Belecken), Aerosol Indirekte Übertragung (kontaminierte Schuhe, Kleider etc.) Besonders ideal für die BVD Ausbreitung: Alpung, Viehmärkte Ak+ Ak- Ak- Ak- Ak- Trojanische Kuh bringt PI-Foetus von der Alp zurück Geburt PI-Kalb Virus kann sich im neuen Bestand ausbreiten

32 Epidemiologie BVDV in der Schweiz vor der Eradikation Prävalenz: Antikörper PI-Tiere Tiere ~ 60% ~ 1 % Herden 100% (keine Herde Ak-frei) ~ 12% Epidemiologische Studie (Rüfenacht et al., 2000): 3440 Tiere 21 Herden Jährliche Verluste: ca. 10 Mio CHF (6.6 Mio ) Mio Tiere... Durchschnittliche Herdengrösse: 35 Tiere - Häufig traditionelle Viehhaltung: Sehr aktiver Viehhandel, -Schauen und -Märkte Sommerliche Alpung von ~25% der Population Vertrags-Aufzucht von Rindern Ideale Bedingungen für BVDV-Ausbreitung!

33 Eradikation BVDV Eradikation in der Schweiz Strategie: PI-Tiere erkennen und eliminieren Virusnachweis mittels Ohrstanze / Blut Serologische Überwachung Antikörpernachweis in Blut / Milch (Bestände mit Kontakt zu PI Tier haben viele Ak pos. Tiere) Impfen nicht erlaubt! (Es gibt keinen wirklich zuverlässigen und sicheren Impfstoff gegen BVDV)

34 Eradikation BVDV Eradikation in der Schweiz Sömmerungsphase 2008 BVD-freie Alp-Saison Frühling 2008 Initialphase: Alle Tiere testen Okt.-Dez Virus- Nachweis Kälber- und Überwachungsphase: Alle neugeborenen Kälber testen Jan Dez (Kälberphase) 2013 Überwachungsphase: Jungtiere (6-12 Mt.) serologisch (Blut) und Tankmilch (Antikörper in Milch) testen. Antikörper- Nachweis

35 Eradikation Anzahl PI-Tiere bei neugeborenen Kälbern Sömmerungseffekt Bachofen et al. (2013) Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift 126:11/12,

36 Eradikation Überwachung Quelle: Bundesamt für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen (BLV)

37 Tankmilch-Untersuchung: Eradikation Überwachung Basierend auf dem Resultat im Tankmilch Antikörper-ELISA wird der Bestand in 4 «Risikogruppen» eingeteilt: 0 (kein PI-Tier) bis 3 (PI-Tier wahrscheinlich) Betriebe in Gruppen 2 und 3 müssen nachuntersucht werden! Quelle: Bundesamt für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen (BLV)

38 Eradikation Europa > 90% BVD-frei Österreich, Schottland, Irland: obligatorische BVDV Bekämpfung seit 2004 (A), 2011 (SCO), 2013 (IR) Regionale / freiwillige Kontroll- Programme geplant/gestartet Deutschland: Kontrollprogramm ab Impfung gemäss Behörden. Schweiz: Eradikationsprogramm seit 2008 Adapted from: Irene Greiser-Wilke, 6 th Pestivirus Symposium, Thun, Switzerland, Sept 13-16, 2005

39 Eradikation Risiken bei tiefer Seroprävalenz (viele ungeschützte Rinder) BVD Virusreservoir in anderen Paarhufern? V.a. bei Schafen und Ziegen sind BVDV PI-Tiere bekannt Übertragung von Border Disease Virus von Schafen auf Rinder? 13 Fälle von BDV PI Kälbern gefunden seit 2008 Nachlassende disease awareness bei Besitzern und Tierärzten Nicht Einhalten von Vorschriften (Sperren, Meldungen, etc.) Rasante Ausbreitung von Neuinfektionen!

40 Eradikation : patient zero 1 40

41 Eradikation

42 Diagnostik Allgemeines Aufgrund der nahen Verwandtschaft von BVDV, BDV und KSPV kommt es zu Kreuzreaktionen in der Routinediagnostik! Positives Resultat (Virus/Antikörper) BVDV BDV Ausmerzung (Virus) Nachkontrollen (Antikörper) theoretisch keine Massnahmen Differenzierung möglich: Virus: Spezieller realtime RT-PCR, Sequenzierung Antikörper: Serumneutralisationstest mit BVDV und BDV

43 Diagnostik Allgemeines Die diagnostische Lücke beim Kalb Virusmenge im Blut Ak+ Kolostrum Aufnahme ohne Kolostrum mit Kolostrum Detektionslimite des Tests Geburt t Diagnostische Lücke Virus durch maternale Ak gebunden Falsch negativ im Virusnachweis! Dauer hängt von Test und Ak-Titer ab: 0 3, max. 6 Monate

44 Diagnostik Virusnachweis Test Nachweis Diagnost. Lücke Virusisolation Antigen-ELISA Infektiöses Virus Virusproteine: NS3 oder E rns 3-6 Mte. p.p. 1-3 Mte. p.p. Detektion persist. Inf. Detektion trans. Inf. Probenmaterial Blut, Haut, Organe, Sperma (NS3) + (E rns ) Blut, Haut, (Milch, Sperma) RT-PCR Virale RNA Blut, Haut, Organe, Milch, Sperma,* IHC (Immunhistochemie) Bemerkungen Aufwändig, langwierig, teuer Einfach, schnell, billig Rel. einfach, schnell, teurer als ELISA, sehr sensitiv Virusproteine: Haut, Organe Eher aufwändig, NS3 oder E rns teurer als ELISA * Zu Forschungszwecken RT-PCR auch von Nasen-, Maul-, Augen-, Vaginal-, Präputial-Tupfer und Haarwurzeln möglich Bei Kälbern <3 Monate: RT-PCR oder IHC! Ag-ELISA und RT-PCR: Referenzlabor und mehrere private Diagnostik-Labors Virusisolation: Nur Referenzlabor (Institut für Veterinär-Virologie, Universität Bern) IHC (Immunhistochemie): Institut für Veterinär-Pathologie, Universität Zürich

45 Diagnostik Antikörpernachweis Ak positive Tiere = Marker für Anwesenheit/Kontakt PI Tier Tankmilch-Ak als Indikatoren für Herdenstatus (Überwachung) Test Nachweis Probenmaterial Bemerkungen Antikörper-ELISA Nicht-neutralisierende Ak gegen NS3 Blut (Serum), Milch Einfach, schnell, billig SNT (Serumneutralisationstest) Neutralisierende Ak gegen E2 (Virushülle) Blut (Serum), (Milch - nur zu Forschungszwecken) Aufwändig, langwierig, teuer Ak-ELISA: Referenzlabor und mehrere private Diagnostik-Labors SNT: Nur Referenzlabor (Institut für Veterinär-Virologie, Universität Bern) Persistente Infektion: Tiere sind Ak-negativ (ausser maternale Ak!) Transiente Infektion: Tiere bilden Ak, bleiben lebenslang Ak-positiv

46 Border Disease Quelle:

47 Border Disease Strategie ähnlich wie BVDV; PI-Lämmer aber häufig (aber durchaus nicht immer!) klinisch manifest: Hairy shaker (Tremor, Vlies-Veränderung), MD tritt nicht oder sehr selten auf. Verbreitung in CH: ca. 20% der Schafe sind Ak pos., PI-Tiere sind selten Wirtsspektrum ähnlich wie bei BVDV (+/- alle Paarhufer) Es existieren keine Eradikations-Bemühungen BDV kann Rinder infizieren und zur Geburt von PI-Kälbern führen! Klinische Symptome bei BDV PI-Kälbern ähnlich wie bei BVD-PI

48 Das Wichtigste in Kürze Transiente Infektion während Trächtigkeitsmonat mit ncp Virus kann zu persistenter Infektion des Foeten und Geburt eines PI-Kalbes führen. Um den Föten infizieren und persistieren zu können, umgeht das Virus das adaptive Immunsystem (wird als selbst betrachtet) und hemmt das innate Immunsystem (N pro, E rns ) Immuntoleranz, PI-Tiere sind Ak neg. PI-Tiere sichern das Überleben des Virus in der Wirtspopulation; wenn das persistierende ncp Virus zu einem cp Virus mutiert, entwickeln sie die tödliche Mucosal Disease (MD). Ein ncp Virus wird dann zu einem cp Virus, wenn die Spaltung von NS23 zu NS2 und NS3 durch Mutation aus dem Ruder läuft, wodurch zu viel gespaltenes NS3 vorliegt was zur Apoptose der Zelle führt. BVDV wird in der Schweiz seit 2008 mit gutem Erfolg eradiziert (Detektion und Keulung von PI Tieren). BVD ist im Labor leicht zu diagnostizieren, es ist aber die diagnostische Lücke (durch maternale Ak), sowie Kreuzreaktion mit BDV zubeachten!