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Surveillance for avian influenza viruses in the environment

  • Until today, more than 100 years after its first description in Italy, the highly pathogenic avian influenza virus (HPAIV) has not lost its fearsome character for wild birds, poultry and humans. On the contrary, the number of outbreaks with high casualty rates in wild birds and poultry has multiplied in recent years and cases of zoonotic infections are also increasingly reported from HPAI endemic areas. The epidemiology of these infections is complex and also involves surface water and possibly sediments of shallow standing waters, which could play a role as a vector medium and/or virus reservoir. The goal of this project was to expand current knowledge of the influence of water on the spread of AIV. As part of this project, we were able to ... 1. ...improve AIV detection methods using real time RT-PCR in terms of sensitivity and breadth of viruses detected. In addition, we succeeded in economizing the procedure so that fewer resources are required and results are obtained faster (publication I: [173]). 2. ...develop an ultrafiltration-based enrichment method for AIV from surface water and evaluate it with field samples from HPAI outbreak areas in wild bird habitats (Wadden Sea coast of Schleswig-Holstein) and previously unaffected regions (Antarctic Weddell Sea) (publication II: [174]). Furthermore, protocols for testing different environmental sample matrices for AIV screening were tested and compared to results of passive monitoring by dabbing diseased or dead wild birds. AIV was detected in more than half (61%) of 44 water samples. We received additional sediment samples from 36 of the 44 water samples. In 18 of 36 of the sediments tested, as well as in 4.16% of 1705 fecal samples tested AIV was detected. However, the studies of the environmental samples mostly yielded only generic AIV detections, with viral loads in the range of the detection limit. This massively hampered further investigations for sub- and pathotyping. In contrast, 79.41% of 68 samples from passive monitoring showed high to very high HPAIV viral loads which also allowed sub- and pathotyping. 3. ...demonstrate in animal experiments that even very low titers (0.1 TCID50 ml-1) of HPAI viral infectivity in water can induce productive infection in susceptible but clinically largely resistant mallard ducks (publication III: [175]). Furthermore, we were able to develop evidence that there is a difference in virus spread that depends on the type of (contaminated) water source. This means that infections on poultry farms with inverted or nipple drinkers may follow a different course than infections in the wild, which are mediated via larger surface waters. Overall, the results of this project highlight the important role of surface and drinking water, as well as aquatic sediments, in the spread of AIV. The methods developed here for AIV detection extend the possibilities for surveillance of AIV infections; however, passive remains superior to active surveillance of HPAIV infections in several aspects. Examination of various environmental samples did not yield a significant advantage in terms of an early warning system that would indicate the presence or spread of HPAIV in wild bird habitats prior to the occurrence of lethal infections in wild birds.
  • Bis heute, mehr als 100 Jahre nach seiner Erstbeschreibung in Italien, hat das hoch pathogene aviäre Influenzavirus (HPAIV) seinen furchterregenden Charakter für Wildvögel, Geflügel und Menschen nicht verloren. Im Gegenteil, die Zahl der Ausbrüche mit hohen Opferzahlen bei Wildvögeln und Geflügel hat sich in den letzten Jahren vervielfacht, und auch Fälle von zoonotischen Infektionen werden zunehmend aus HPAI-Endemiegebieten gemeldet. Die Epidemiologie dieser Infektionen ist komplex und bezieht auch Oberflächenwasser und möglicherweise Sedimente flacher stehender Gewässer mit ein, die als Überträger und/oder Virusreservoir eine Rolle spielen könnten. Ziel dieses Projekts war es, das derzeitige Wissen über den Einfluss von Wasser auf die Verbreitung von AIV zu erweitern. Im Rahmen dieses Projekts konnten wir… 1. …AIV-Nachweisverfahren mittels Echtzeit-RT-PCR in Bezug auf Empfindlichkeit und Breite der nachgewiesenen Viren verbessern. Darüber hinaus ist es uns gelungen, das Verfahren zu rationalisieren, so dass weniger Ressourcen benötigt werden und schneller Ergebnisse erzielt werden (Publikation I: [173]). 2. …eine auf Ultrafiltration basierende Anreicherungsmethode für AIV aus Oberflächenwasser zu entwickeln und mit Feldproben aus HPAI-Ausbruchsgebieten in Wildvogellebensräumen (schleswig-holsteinische Wattenmeerküste) und bisher nicht betroffenen Regionen (antarktisches Weddellmeer) zu evaluieren (Publikation II: [174]). Darüber hinaus wurden Protokolle für die Untersuchung verschiedener Umweltprobenmatrices für das AIV-Screening getestet und mit den Ergebnissen der passiven Überwachung durch Abtupfen erkrankter oder toter Wildvögel verglichen. AIV wurde in mehr als der Hälfte (61 %) der 44 Wasserproben nachgewiesen. Von 36 der 44 Wasserproben erhielten wir zusätzliche Sedimentproben. In 18 von 36 der untersuchten Sedimente sowie in 4,16 % der 1705 untersuchten Kotproben wurde AIV nachgewiesen. Die Untersuchungen der Umweltproben ergaben jedoch meist nur generische AIV-Nachweise mit Viruslasten im Bereich der Nachweisgrenze. Dadurch wurden weitere Untersuchungen zur Sub- und Pathotypisierung massiv behindert. Im Gegensatz dazu wiesen 79,41% der 68 Proben aus dem passiven Monitoring hohe bis sehr hohe HPAIV-Viruslasten auf, die auch eine Sub- und Pathotypisierung ermöglichten. 3. …im Tierversuch zeigen, dass bereits sehr niedrige Titer (0,1 TCID50 ml-1) der HPAI-Virusinfektiosität im Wasser eine produktive Infektion bei empfänglichen, aber klinisch weitgehend resistenten Stockenten auslösen können (Publikation III: [175]). Darüber hinaus konnten wir nachweisen, dass es einen Unterschied in der Virusausbreitung gibt, der von der Art der (kontaminierten) Wasserquelle abhängt. Das bedeutet, dass Infektionen auf Geflügelfarmen mit Stülp- oder Nippeltränken möglicherweise einen anderen Verlauf nehmen als Infektionen in freier Wildbahn, die über größere Oberflächengewässer vermittelt werden. Insgesamt unterstreichen die Ergebnisse dieses Projekts die wichtige Rolle von Oberflächen- und Trinkwasser sowie von Gewässersedimenten bei der Verbreitung von AIV. Die hier entwickelten Methoden zum AIV-Nachweis erweitern die Möglichkeiten zur Überwachung von AIV-Infektionen; die passive Überwachung ist jedoch der aktiven Überwachung von HPAIV-Infektionen in mehreren Aspekten überlegen. Die Untersuchung verschiedener Umweltproben erbrachte keinen signifikanten Vorteil im Hinblick auf ein Frühwarnsystem, das das Vorhandensein oder die Ausbreitung von HPAIV in den Lebensräumen von Wildvögeln anzeigen würde, bevor es zu tödlichen Infektionen bei Wildvögeln kommt.

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Metadaten
Author: Ann Kathrin Ahrens
URN:urn:nbn:de:gbv:9-opus-83956
Title Additional (German):Überwachung von aviären Influenzaviren in der Umwelt
Referee:Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Thomas C. Mettenleiter, Prof. Dr. Stephan Ludwig
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2023
Date of first Publication:2023/05/10
Granting Institution:Universität Greifswald, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Date of final exam:2023/02/20
Release Date:2023/05/10
Tag:aviäre Influenza
avian influenza
GND Keyword:Virologie, Umwelt, Transmission, Vögel, Grippe
Page Number:120
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Abteilung für Mikrobiologie und Molekularbiologie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 570 Biowissenschaften; Biologie