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Das Wissen über fledermausassoziierte Lyssaviren in Hinblick auf die Diversität, Abundanz, geographische Verbreitung, Wirtsspezifität, Pathogenität und mögliche Übertragungswege ist lückenhaft. In Europa wird zur Überwachung der Fledermaustollwut die Untersuchung von moribunden oder toten Tieren (passive Surveillance) und/oder die Beprobung von freilebenden Fledermauspopulationen (aktive Surveillance) empfohlen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den derzeitigen Kenntnisstand zum Vorkommen von fledermausassoziierten Lyssaviren in Deutschland zu erweitern und mit Daten anderer europäischer Länder zu vergleichen. Die Untersuchungen stützten sich dabei auf drei Teilprojekte: 1) Die initiale Statuserhebung und Analyse der Fledermaustollwut-Surveillance in Europa hat gezeigt, dass trotz internationaler Empfehlungen die Tollwut-Überwachung bei Fledermäusen uneinheitlich durchgeführt wird. Diese Unterschiede sind unter anderem die Folge (i) fehlender Zusammenarbeit zwischen Fledermausbiologen und Veterinär- sowie Gesundheitsbehörden, (ii) fehlender Netzwerke von Fledermaussachverständigen, (iii) länderspezifischer Regelungen, aber auch (iv) fehlenden Bewusstseins sowie Kenntnisstandes für die Fledermaustollwut in der Bevölkerung. 2) In Deutschland wurde zusätzlich zur Tollwut-Routinediagnostik eine intensivierte passive Tollwut-Surveillance (retrospektive Studie, 1998 – 2013) durchgeführt, bei der 5478 Tiere aus insgesamt 21 einheimischen Arten akquiriert und auf das Vorliegen einer Lyssavirusinfektion untersucht wurden. Insgesamt konnten 52 EBLV-1 Infektionen (E. serotinus (n=49), P. pipistrellus, P. nathusii, Pl. auritus) sowie drei EBLV-2 Infektionen (M. daubentonii) diagnostiziert werden. Die Untersuchungen verdeutlichen, dass diese retrospektive Studie im Vergleich zur Routinediagnostik entscheidende Vorteile in Bezug auf den Stichprobenumfang, das Artenspektrum sowie die Fehlerfreiheit von artbezogenen biologischen und epidemiologischen Daten und somit entscheidende Voraussetzungen für eine gezielte Risikobewertung einer potentiellen Gesundheitsgefährdung des Menschen durch fledermausassoziierte Lyssaviren bietet. 3) Im Rahmen der aktiven Tollwut-Surveillance (1998 – 2012) erfolgte an 42 Standorten in Deutschland die Beprobung von Fledermauspopulationen. Es wurden 4546 Maultupfer- und 1226 Serumproben von 18 Fledermausspezies untersucht. EBLV-1-spezifische RNA wurde in Maultupfern von fünf Breitflügelfledermäusen, einer Fransen- und einer Mopsfledermaus detektiert. In dieser Arbeit konnte erstmalig EBLV-1 aus einer RT-PCR-positiven Maultupferprobe von einer scheinbar gesunden Breitflügelfledermaus isoliert werden. Bei der serologischen Testung von Serumproben gegen EBLV-1 wurden virus-neutralisierende Antikörper in acht verschiedenen Spezies festgestellt, wobei hauptsächlich Seren von Breitflügelfledermäusen höhere Titer aufwiesen. Ein Vergleich von Ergebnissen verschiedener Sero-Surveillance-Studien ist durch das Fehlen standardisierter Testverfahren und durch kreuzneutralisierende Antikörper gegenüber Lyssaviren gleicher Phylogruppen kaum möglich. Die Daten der aktiven Surveillance liefern im Gegensatz zur passiven Surveillance nur begrenzte Erkenntnisse zum Vorkommen, der Prävalenz und Dynamik von Fledermaustollwut in einheimischen Fledermauspopulationen. Die Form der intensivierten passiven Surveillance sollte daher als Standard für eine zukünftige Surveillance der Fledermaustollwut in Deutschland und anderen europäischen Ländern betrachtet werden. Darüber hinaus wurde bei natürlich infizierten Fledermäusen (E. serotinus, M. daubentonii, P. nathusii) die Virusverteilung und -last in Geweben verschiedener Organe unter dem Aspekt möglicher Ausscheidungswege untersucht. Virus-spezifische RNA wurde in allen untersuchten Organen nachgewiesen; bedingt durch die neurotropen Eigenschaften der Lyssaviren wurde die höchste Viruslast im Gehirn festgestellt. Signifikant hohe Viruslasten waren zudem in der Speichel¬drüse nachweisbar. Zusätzlich zur Speicheldrüse scheint die Zunge ein Organ zu sein, in dem Virusreplikation und -ausscheidung stattfindet, da in verschiedenen zellulären Strukturen des Zungengewebes Lyssavirusantigen bzw. virale RNA histologisch nachgewiesen wurden. Die Ausscheidung und Übertragung von fledermausassoziierten Lyssaviren über den Harntrakt oder die Atemwege ist wissenschaftlich umstritten und konnte in dieser Studie immunhistochemisch nicht bestätigt werden.
Rabies virus (RABV) is an ancient, highly neurotropic rhabdovirus that causes lethal encephalitis. Most RABV pathogenesis determinants have been identified with laboratory-adapted or attenuated RABVs, but details of natural RABV pathogenesis and attenuation mechanisms are still poorly understood. To provide a deeper insight in the cellular mechanism of pathogenies of field RABV, this work was performed to assess virus strain specific differences in intra-neuronal virus transport, to identify cell culture adaptive mutations in recombinant field viruses and to explore shRNA-expressing RABVs as research tools for targeted host manipulation in infected cells.
Comparison of chimeric RABVs with glycoprotein (G) ecto-domains of different lyssaviruses, together with field RABVs from dog and fox in dorsal root ganglion (DRG) neurons revealed no detectable differences in the axonal accumulation of the viruses. This indicates that previously described G-dependent transport of newly formed RABV in axons can occur both in laboratory-adapted and field RABV. Moreover, partial overlap of nucleoprotein (N) and G protein particles in field virus infected DRG axons supported the hypothesis of the “separate model” for anterograde RABV transport.
Serial passages of recombinant dog and fox field clones in different cell lines led to the identification of general (D266N) and cell line specific (K444N) adaptive mutations in the G ecto-domain of both viruses. In BHK cells, synergistic effects of D226N, K444N and A417T on field dog virus G protein surface localization led to the loss of endoplasmic reticulum (ER) retention of G and increased virus titers in the supernatant, indicating that limited virus release by ER retention is a major bottleneck in cell culture adaptation. In addition, selection of mutations within the C-terminus of the RABV phosphoprotein (P) (R293H and R293C in fox and dog viruses, respectively) led to the hypothesis of altered binding affinities to nucleoprotein and RNP complexes. Identification of the above mentioned amino acid substitutions together with alterations in a suboptimal transcription stop signal in the P/M gene border indicated that adaptation to cell culture replication occurs on both levels, RNA transcription/replication and virus release.
To evaluate the possibility of an expression of a functional microRNA-adapted short-hairpin RNAs (miR-shRNA) expressing RABV, recombinant RABVs encoding miR-shRNAs against cellular Dynein Light Chain 1 (DYNLL1) and Acidic Nuclear Phosphoprotein 32 family member B (ANP32B) were generated. In spite of cytoplasmic transcription of the respective mRNAs, downregulation of DYNLL1 and ANP32B mRNA and respective protein levels in infected cells revealed correct processing to functional shRNAs. Specific downregulation of the cellular genes at 2, 3 and 4 days post infection further demonstrated feasibility of the approach in standard cell lines. However, it remained open whether miR-shRNA expressing RABV can be used to study neuro-infection in vivo. Since first attempts in primary rat neuron cultures failed, it has to be clarified in further experiments whether this strategy can be used in mature, non-dividing neurons or whether breakdown of the nucleus in the course of cell division is a requirement for the processing of cytoplasmically expressed miR-RNA by nuclear RNases.
By providing novel insights in axonal RABV transport and cell culture adaptive mutations this work extends the current understanding of RABV pathogenesis in natural and non-natural cell environments. Moreover, it provides a basis for further pathogenicity studies in which the impact of cell culture adaptation through increased virus release on RABV virulence can be investigated. With successful expression of functional miR-shRNAs from RABV vectors, this work also provides a tool for RABV gene targeting in infected cell lines and thus may contribute to the further investigation of RABV-host-cell-interactions.
