The effect of the intra-host specific selection of eastern equine encephalitis virus (EEEV) variants on fitness in vertebrate systems

Abstract

Das Virus der Östlichen Pferdeenzephalitis (engl. Eastern equine encephalitis virus (EEEV); Familie Togaviridae, Gattung Alphavirus) ist ein zoonotisches, durch Arthropoden übertragenes RNA-Virus, das in Amerika vorkommt. Symptomatische Fälle können schwere neurologische Erkrankungen mit einer Sterblichkeitsrate von 30 – 70 % bei Menschen und 80 – 90 % bei Pferden verursachen. EEEV wird primär zwischen Singvögeln und der Stechmücke Culiseta melanura übertragen (Go et al., 2014; Smith et al., 2020). Studien haben gezeigt, dass auch Ae. albopictus, Ae. japonicus und Ae. aegypti dieses Virus übertragen können (Collins et al., 1966; Sardelis et al., 2002). Allerdings ist wenig über die Vektorkompetenz von europäischen Stechmückenarten, besonders der Gattung Culex, bekannt. Während der systemischen Infektion von Mücken stellen anatomische und biologische Barrieren Engpässe dar, welche die genetische Diversität des Virus reduzieren (Bottleneck-Effekte). Aufgrund der niedrigen Genauigkeit der RNA-abhängigen RNA-Polymerase, der schnellen Replikationskinetik und der großen Populationsgrößen stellen RNA-Viren wie EEEV die Viruspopulationen mit hoher genetischer Diversität wieder her, was zu einzigartigen Subpopulationen führt, die im Speichel der Mücken übertragen werden können (Lequime et al., 2016). So unterstützt die genetische Diversität im Wirt die Anpassung an Umweltveränderungen oder die Immunabwehr, was zur Entstehung von Epidemien und/oder Epizootien führt (Weaver et al., 2021). Diese Studie untersucht, ob einheimische Mückenarten in Europa den EEEV Stamm H179/99 übertragen können und ob Bottleneck-Effekte zur Entstehung von Viruspopulationen mit epidemiologischer Relevanz in Europa führen können. Die Vektorkompetenz der weit verbreiteten europäischen Mückenarten Cx. pipiens Biotyp pipiens und Cx. torrentium wurde getestet, wobei Ae. aegypti als Referenz verwendet wurde. Die Vektorkompetenz für Cx. pipiens Biotyp pipiens und Cx. torrentium konnte ausgeschlossen werden. Jedoch wurde erstmals nachgewiesen, dass Infektion und Übertragung von EEEV in Ae. aegypti unabhängig von den Temperaturbedingungen auftreten. Im Rahmen der Untersuchung zur Diversifizierung von EEEV H179/99 wurden Viruspopulationen in Ae. aegypti analysiert, wobei eine dynamische Entwicklung während der systemischen Infektion in Stechmücken beobachtet wurde. Das genetische Profil der Viruspopulation in Ae. aegypti wurde untersucht, wobei Mutationen identifiziert wurden, welche im Verdacht standen, die virale Fitness zu beeinflussen. Letztendlich wurde die EEEV/nsP3-M508T/C-P75S-Variante, die eine M508T- und eine P75S-Mutation im nsP3- und Kapsidprotein aufweist, erfolgreich isoliert und in einem zellkulturbasierten Auslesesystem getestet, wobei jedoch keine Veränderungen der Fitness beobachtet werden konnte. Des Weiteren wurden die Eigenschaften und Auswirkungen der Mutationen auf die Proteinstrukturen mittels in silico-Vorhersagemodellen (AlphaFold2) analysiert, was neue Einblicke in die strukturelle Landschaft des EEEV nsP3 und des Kapsidproteins ermöglichte. Zusammenfassend wurde in der vorliegenden Arbeit demonstriert, dass die Integration verschiedener methodischer Ansätze die Risikobewertung für das Auftreten neuer Arboviren verbessern kann.