Geschichte der Pockenkrankheit (Smallpox)

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1 Geschichte der Pockenkrankheit (Smallpox) Mahalingam, S. et al., 2004, TRENDS Im.,

2 Poxviridae Variolavirus Harrison, SC. et al., 2004, PNAS 101,

3 Poxviridae Harrison, SC. et al., 2004, PNAS 101, Übertragbar von Tier auf Mensch Nur beim Menschen

4 Variolavirus Varianten Poxvirus variola maior 30-40% Mortalitätsrate Poxvirus variola minor ca. 1% Mortalitätrate Nur ca. 2% Unterschied zwischen beiden Genomsequenzen (ca Bp).

5 Pockenviren Struktur: Modell Vaccinia Virus IMV 350 nm DNA-abhängige RNA Polymerase; RNA-Prozessierungsenzyme Harrison, SC. et al., 2004, PNAS 101, nm

6 Verschiedene Formen von Vaccinia-Viren IMV: Intracellular mature virion IEV: Intracellular enveloped virion EEV: Extracellular eveloped virion CEV: Cell-associated enveloped virion Enthalten eine Lipid- Dopplemembran mehr als die IMV Form. Weniger empfindlich ggü neutralisierende AK, Complementfaktoren als die IMV; EEV EEV IMV CEV

7 Vaccinia-Virus Morphogenese Smith, GL et al.,2002, JGenVirol. 83,

8 Vaccinia-Virus DNA Komplette Sequenz der Kopenhagen und WR-Stämme bekannt. ITR ITR 191 kbp Virulence Proteine, Host-range Proteine, Immune Modulatoren Strukturproteine, Essentielle Enzyme Harrison, SC. et al., 2004, PNAS 101,

9 Replikation der Pockenviren. Die Replikation der Pockenviren läuft vollständig im Zytoplasma ab; Pockenvirus-Proteine werden an zelluläre Ribosomen synthetisiert;

10 Proteine für die Transkription von Vaccinia Virus Genen Host Host Host Broyles S.S. 2003, JGenVirol 84,

11 Auswahl von Pockenvirus-Enzymen für die DNA Synthese Enzym DNA-Polymerase Processivity factor DNA Ligase Thymidinkinase Thymidylatkinase Uracil-DNA-Glycosylase Funktion Synthese des viralen dopplesträngigen DNA Genoms Synthese des viralen dopplesträngigen DNA Genoms Replikation der viralen DNA; Bildung der kovalent geschlossenen Enden des DNA Genoms; Phosphorylierung von Thymidin- Nukleosiden zu TMP TMP -> TTP Teil des Reparatursystems; Entfernt Uracilreste aus der DNA;

12 Vergleich der Thymidin-Kinasen von HSV-1 und Vaccinia Virus HSV-1 TK Vaccinia Virus TK Typ I II Größe (kda) Quartär-Struktur Dimer Tetramer Feedback Regulation (Hemmung durch dtdp bzw. dttp) Substratspezifität Nein Gering: Phosphorylierung von Guanosine- Analoga (z.b. Acyclovir, Gancyclovir) Ja Hoch: Nur Thymidine, bzw. Bromdeoxyuridine;

13 Vaccinia-Virus Replikationszyklus: Frühe Phase 1. Viruseintritt Fusion von vir. und zellul. Membrane Enthüllung des Virus; Freisetzung des viralen Kerns. 2. Synthese von frühen mrna im Virus-Kern 3. Produkt. der frühen Proteine 4. Sekretion von Proteinen: Immunmodulatoren und Proteine die das Wachstum von umliegenden Zellen beeinflussen. 5. Freisetzung der viralen DNA aus dem Virus-Kern; Ende der Expression von frühen viralen Genen; Harrison, SC. et al., 2004, PNAS 101,

14 6./7. Replikation des viralen Doppelstrang DNA-Genoms Vaccinia-Virus Replikationszyklus: Mittlere ( intermediate ) Phase 8. Transkription von intermediate Phase mrnas; Relokation des Wirtsproteins Vitf2 in das Zytoplasma 9, 10. Synthese von Proteinen für die Spät- Phase: RNA polymerase; Transkriptionsfaktoren; Virus-Bestandteile; Harrison, SC. et al., 2004, PNAS 101,

15 Vaccinia-Virus Replikationszyklus: Frühe Phase Harrison, SC. et al., 2004, PNAS 101, Synthese von Virionproteine Synthese des IMV 15. Freisetzung des IMV nur durch Zellyse. 16. Erwerbung einer zweiten Doppelmembran und Bildung des IEVs; 17. Transport zur Zelloberfläche; und Aktinpolymerisation: CEV; 18. Transfer des CEV zu Nachbarzelle oder Freisetzung als EEV

16 Virale Proteine für das Überleben Infizierter Zellen Johnston JB, and McFadden G, 2003, JVi Proteine für das Überleben der infizierten Zelle Virorezeptoren: Imitate von Rezeptoren für Zytokine, und andere proinflam- Matorische und antivirale Moleküle Virokine: Imitate von Zytokinen, Complementfaktoren und anderen Immunmolekülen des Wirtes Virale Proteine zur Tarnung der infizierten Zellen

17 Pocken als Krankheit Die letzten bekannten Fälle: 1949 USA 1972 Yugoslavian 1977 Somalia Ab 1980 galt die Pockenkrankheit offiziell als ausgelöscht (WHO) Verbreitung des Virus: über Tröpfchen und Kontakt;

18 Sollen alle offiziellen Variola-Bestände weltweit vernichtet werden? Standorte von offiziell gelagerte Variola Bestände (seit 1980) Centers for Disease Control and Prevention, USA (Atlanta, GA): 450 Variola Isolate State Research Center of Virology and Biotechnology, Russland (Koltsovo, Novosibirsk Oblast): ~150 Proben (120 Stämme; davon einige mit erhöhter Virulenz die als potentielle Biowaffen selektiert wurden)

19 Progression of Smallpox Source: Foege, Lane, and Millar, Am J. Epi,

20 Typical Progression of Smallpox Incubation Period Pre-eruptive Stage Macules Papules Vesicles Pustules Scabs Scars

21 Smallpox Eruption Over Time A major diagnostic characteristic of smallpox is that lesions in a given area are similar in appearance and feel. Progression occurs, however, from area to area: Pharynx, Palate. Face. Proximal Extremities. Hands and Feet.

22 Variolation Gesunde werden dem Schorf aus Pusteln erkrankter Personen ausgesetzt VORTEIL 10-fache Abnahme der Mortalität bei Pockenerkrankung ABER 2.5% der Menschen starben bei der Variolation (Cotton Mather und Zabdiel Boyleston(e) ca in Boston: Variolation von 244 Menschen: 6 Todesfälle) Variolierte Menschen sind infektiös. TROTZDEM Befahl George Washington 1776, dass die gesamte Continental Army sich der Variolation unterzog.

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24 Vaccinia Virus Origin of vaccinia virus unknown. Genetically distinct from cowpox and variola. May be a virus now extinct in nature.

25 Smallpox Vaccine 1796 Edward Jenner develops vaccine 1805 Use of cows to produce vaccine 1940 s Freeze-drying technology 1965 Licensure of bifurcated needle 1971 Routine vaccination stopped in US 1975 Attenuated strains - Japan 1983 Vaccine removed from civilian market

26 Vaccine Production Grown on skin of calves, sheep, water buffalo. Lesions harvested before crusting: Maximizes viral titer. Pulp ground. Mixed with 40%-60% glycerol. Distributed in glass capillary tubes.

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28 Dryvax Smallpox (Vaccinia) Vaccine Administration Schedule Schedule: 1 Successful Dose >18 years of age. Revaccination: 10 Years - nonhighly-attenuated vaccinia and recombinants. 3 Years highly attenuated orthopoxviruses.

29 New Smallpox Vaccines, 2003 Live vaccinia virus produced using cell culture technology. Distributed as a freeze-dried powder. Do not contain antibiotics. Diluent contains glycerin and phenol.

30 Smallpox Vaccine Administration Vaccinia virus may be cultured from the site of a primary vaccination from 2-3 days after vaccination until the scab separates. Care must be taken to prevent spread of the virus to other parts of the body or other persons. Hands must be washed after every contact with the vaccination site or any materials (clothing, dressing, etc.) that has come into contact with the vaccination site.

31 Smallpox Vaccine Adverse Reaction Rates* Reaction Primary Vaccination Inadvertent inoculation Generalized vaccinia Eczema vaccinatum Progressive vaccinia Post-vaccinial encephalitis 3-12 Death 1 *Rates per million primary vaccinations

32 Gründe für die erfolgreiche Ausrottung der Pockenkrankheit Mahalingam, S. et al., 2004, TRENDS Im.,

33 Vaccinia Virus: Viele offene Fragen Was ist (sind) der Zelloberflächen- Rezeptor (e)? Wie wird die Transkription reguliert? Wir werden die mrnas prozessiert? Wie bewegt sich das Virus? Warum kann sich das Virus in einigen Zelltypen vermehren, in anderen aber nicht? Kann man antivirale Therapien gegen Pockenviren entwickeln? Kann die Impfung gegen Pockenviren evtl. auch die Immunität gegen andere Viren beeinflussen?