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Molekulare Charakterisierung des neu aufgetretenen Schmallenberg-Virus

  • Das durch Gnitzen übertragene Schmallenberg-Virus (SBV) wurde erstmals im Herbst 2011 nahe der deutsch-niederländischen Grenze nachgewiesen und hat sich in der Folge rasant in Europa ausgebreitet. SBV gehört zur Simbu-Serogruppe innerhalb des Genus Orthobunyavirus, Familie Bunyaviridae, und stellt das erste in Europa nachgewiesene Virus dieser Serogruppe dar. SBV infiziert hauptsächlich Wiederkäuer, in denen schwere fetale Missbildungen und Aborte ausgelöst werden können, wenn naive Muttertiere in einem kritischen Zeitfenster während der Trächtigkeit infiziert werden. Effiziente Lebendimpfstoffe gegen SBV oder verwandte Simbuviren sind bisher nicht verfügbar. Für die molekularbiologische Charakterisierung des neu aufgetretenen Virus wurde im Rahmen dieser Arbeit ein reverses genetisches System entwickelt, welches unter anderem für die Generierung von geeigneten attenuierten Lebendvakzinen genutzt werden sollte. In Anlehnung an einen sicheren und effizienten Impfstoffkandidaten gegen das Bunyavirus Rift Valley Fever-Virus wurden SBV-Mutanten mit Deletionen der Nichtstrukturproteine NSs und NSm generiert. Dabei zeigte sich, dass beide Nichtstrukturproteine von SBV für die Entstehung infektiöser Virionen nicht essentiell sind. In einer Impfstudie wurde gezeigt, dass eine einmalige Vakzinierung mit der ΔNSs/ΔNSm-Doppelmutante eine effiziente Immunantwort in Rindern induziert und zum vollständigen Schutz vor einer SBV-Belastungs-Infektion führt. Damit bietet die Doppel-Deletionsmutante eine Basis für die Entwicklung sicherer und effizienter SBV-Lebendimpfstoffe und könnte auch als Modell für weitere Viren der Simbu-Serogruppe und verwandte Orthobunyaviren dienen. Mit Hilfe zahlreicher neu generierter NSm-Deletionsmutanten wurde das NSm, dessen Funktion bei Orthobunyaviren weitestgehend ungeklärt ist, näher charakterisiert. Dabei konnte gezeigt werden, dass das reife NSm (Domäne II bis V) für das Viruswachstum in Mammalia-Zellkulturen nicht essentiell ist und dass Domäne I die Signalsequenz von Domäne V ersetzen kann. Mit dem im Rahmen dieser Arbeit etablierten SBV-spezifischen NSm-Antikörper konnte erstmals das NSm eines Virus der Simbu-Serogruppe intrazellulär nachgewiesen werden. Dabei wurde eine Lokalisation des NSm im endoplasmatischen Retikulum und eine von Domäne IV abhängige Ko-lokalisation von SBV-NSm mit dem Glykoprotein Gc im Golgi-Apparat beobachtet
  • The insect-transmitted Schmallenberg virus (SBV) was detected for the first time in autumn 2011 near the German/Dutch border and subsequently spread rapidly across Europe. SBV belongs to the Simbu serogroup within the genus Orthobunyavirus, family Bunyaviridae and represents the first Simbu virus detected on the European continent. SBV infects predominantly ruminants and can cause abortions, stillbirth and congenital malformation after infection of naïve dams during a critical phase of gestation. To date, there are no efficient live attenuated vaccines for SBV or related Simbu viruses available. Here, a reverse genetics system for SBV was established and used for the characterization of the novel Simbu virus and for the generation of suitable attenuated live vaccine candidates. In analogy to a safe and efficient vaccine candidate against the bunyavirus Rift Valley Fever Virus, SBV mutants with deletions of the nonstructural proteins NSs and NSm were generated and tested in vitro and in vivo. Both nonstructural proteins of SBV are not essential for the generation of infectious virus and a single vaccination with the ΔNSs/ΔNSm-double deletion mutant induced an efficient immune response and protection against challenge infection with virulent SBV. Therefore, the double deletion mutant provides the basis for safe and efficacious modified live SBV vaccines and could be also a model for further Simbu viruses and related orthobunyaviruses. Since the role of the nonstructural protein NSm in the orthobunyaviral life cycle is still unknown, further investigations focused on the characterization of SBV-NSm. By means of a series of NSm-deletion mutants it was revealed that mature NSm (domain II – V) is not essential for the generation of replicating virus in mammalian cell lines. Domain I acts as an internal signal peptide for the mature NSm and can replace the signal peptide function of domain V, when domains II – V are deleted. By using a newly generated monoclonal antibody against SBV-NSm, the intracellular distribution of this protein was analyzed. The localization within the endoplasmic reticulum and a domain IV-dependent co-localization of NSm and the glycoprotein Gc within the Golgi complex was observed.

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Metadaten
Author: Franziska Kraatz
URN:urn:nbn:de:gbv:9-opus-20942
Title Additional (English):Molecular characterization of the newly emerged Schmallenberg virus
Referee:Prof. Dr. Friedemann Weber
Advisor:Prof. Dr. Dr. h.c. Thomas C. Mettenleiter
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2017
Date of first Publication:2018/02/27
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2018/02/07
Release Date:2018/02/27
Tag:Orthobunyavirus, Reverses genetisches System
GND Keyword:Schmallenberg-Virus
Pagenumber:129
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Abteilung für Mikrobiologie und Molekularbiologie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 570 Biowissenschaften; Biologie