Genetic Determinants for Adaptation and Virulence of Avian Influenza Viruses in Birds and Mammals

Dr. El-Sayed M. Abdel-Whab (Autor)

Buch | Hardcover

448 Seiten

2025
VVB Laufersweiler Verlag
978-3-8359-7251-3 (ISBN)

Infos

Avian influenza viruses (AIV) infect a wide range of birds and mammals causing asymptomatic to fatal infections. They cause severe economic losses in the poultry industry, and threaten public health. One of the most powerful tools for the evolution of AIV is its segmented RNA genome, which is composed of eight gene segments. These gene segments can be changed or exchanged due to errors (i.e. mutations) of the viral polymerase during replication or upon coinfection of cells with different AIV strains (i.e. reassortment), respectively. Mutations of AIV evolve rapidly under selective pressure exerted by the application of antivirals (e.g. amantadine) and vaccines or jumping from species to species. The development of genetic manipulation tools, such as reverse genetics, made it possible to insert specific mutations or to rearrange gene segments of two different AIV strains and characterize the resulting phenotypes. We used reverse genetics to study the genetic determinants for efficient replication of AIV in amantadine¬treated or vaccinated poultry, the transition of low pathogenicity (LP) AIV to high pathogenicity (HP) AIV in different bird species, and mutations linked to the transmission of AIV from poultry to seals and humans. Under antiviral or vaccination pressure, AIV acquired 1 and 4 mutations in the matrix-2 (M2) and hemagglutinin (HA) proteins, respectively which increased virus fitness in poultry. Similarly, we showed that the genetic determinants for the transition of some LPAIV to HPAIV are virus- and host-specific. While some AIV required a few mutations in the HA to exhibit high virulence in chickens, other AIV required mutations in almost all gene segments. Interestingly, virulence determinants and host responses in turkeys and ducks were completely different compared to chickens. After bird-to-seal transmission, AIV acquired mutations in the HA receptor binding domain, which conferred high affinity to mammal-type receptors. Increased replication of different AIV in human cells and mammal models was associated with mutations in the neuraminidase (NA), which is responsible for virus release from infected cells, and non-structural protein 1 (NS1), which is the main AIV protein to antagonize the host innate immune response. Our results reflect the high plasticity of the influenza virus genome and the ability to adapt to different birds and mammals by different mechanisms. These studies are helpful to control AIV in poultry and to predict viruses with considerable potential to infect mammals including humans. Aviäre Influenzaviren (AIV) infizieren ein breites Spektrum von Vögeln und Säugetieren und verursachen asymptomatische bis tödliche Infektionen. Sie verursachen große wirtschaftliche Verluste in der Geflügelindustrie und stellen eine Bedrohung für die öffentliche Gesundheit dar. Eines der wichtigsten Werkzeuge für die Evolution von AIV ist sein segmentiertes RNA-Genom, das aus acht Gensegmenten besteht. Diese Gensegmente können aufgrund von Fehlern (d.h. Mutationen) der viralen Polymerase während der Virusreplikation oder während der Koinfektion von Zellen mit verschiedenen AIV-Stämmen verändert oder ausgetauscht werden (d.h. Reassortment). AIV-Mutationen entwickeln sich schnell unter dem Selektionsdruck, der durch den Einsatz von Virostatika (z. B. Amantadin) und Impfstoffen oder durch das Springen von einer Spezies zur anderen entsteht. Die Entwicklung von Werkzeugen zur Genmanipulation wie der reversen Genetik hat es ermöglicht, spezifische Mutationen einzufügen oder Gensegmente von zwei verschiedenen AIV-Stämmen neu anzuordnen und die daraus resultierenden Phänotypen zu charakterisieren. Mit Hilfe der reversen Genetik untersuchten wir die genetischen Determinanten für die effiziente Replikation von AIV in mit Amantadin behandeltem oder geimpftem Geflügel, den Übergang von niedrigpathogenem (LP) zu hochpathogenem (HP) AIV in verschiedenen Vogelarten sowie Mutationen, die mit der Übertragung von AIV von Vögeln auf Robben und Menschen assoziiert sind. Unter antiviralem oder Impfdruck hat AIV 1 bzw. 4 Mutationen in den Proteinen Matrix-2 (M2) und Hämagglutinin (HA) erworben, die die Fitness des Virus in Geflügel erhöhen. In ähnlicher Weise haben wir gezeigt, dass die genetischen Determinanten für den Übergang einiger LPAIV zu HPAIV virus- und wirtsspezifisch sind. Während einige AIV nur wenige Mutationen im HA benötigten, um eine hohe Virulenz in Hühnern zu zeigen, benötigten andere AIV Mutationen in fast allen Gensegmenten. Interessanterweise waren die Virulenzdeterminanten und Wirtsreaktionen bei Puten und Enten völlig anders als bei Hühnern. Nach der Übertragung von Vögeln auf Robben haben die AIV Mutationen in der HA-Rezeptorbindende Domäne erworben. Dadurch haben sie eine hohe Affinität zu Säugetierrezeptoren. Die erhöhte Replikation verschiedener AIV in humanen Zellen und Säugetiermodellen wurde mit Mutationen in der Neuraminidase (NA), die für die Virusfreisetzung aus infizierten Zellen verantwortlich ist, und im Nichtstrukturprotein 1 (NS1), das die angeborene Immunantwort des Wirtes antagonisiert, in Verbindung gebracht. Unsere Ergebnisse spiegeln die hohe Plastizität des Influenzavirus-Genoms und seine Fähigkeit wider, sich durch verschiedene Mechanismen an unterschiedliche Vögel und Säugetiere anzupassen. Diese Studien sind nützlich für die Kontrolle der aviären Influenza bei Geflügel und für die Vorhersage von Viren mit hohem Infektionspotenzial für Säugetiere, einschließlich des Menschen.

Produkt-Details

• Erscheinungsdatum: 13.08.2025
• Reihe/Serie: Edition Scientifique
• Verlagsort: Gießen
• Sprache: englisch
• Maße: 148 x 210 mm
• Gewicht: 1070 g
• Themenwelt: Veterinärmedizin ► Allgemein
• Schlagworte: avian influenza • Aviäre Influenza • Genetic determinants • genetische Determinanten • Host specificity • Reverse Genetics • Reverse Genetik • virus evolution • Virusevolution • Virus transmission to mammals • Virusübertragung auf Säugetiere • Wirtsspezifität
• ISBN-10: 3-8359-7251-0 / 3835972510
• ISBN-13: 978-3-8359-7251-3 / 9783835972513
• Zustand: Neuware