Identification and characterisation of emerging viruses in free-ranging bats from sub-Saharan Africa

Abstract

Neuartige zoonotische Krankheitserreger stellen eine wachsende Bedrohung für den Menschen dar und sind eine der größten Herausforderungen des modernen globalen Gesundheitsmanagements. Tropische Regionen bergen aufgrund der dort vorhandenen Artenvielfalt ein besonderes Potential an unbekannten Erregern, und Fledertiere sind für eine ganze Reihe dieser zoonotischen Pathogene die natürlichen Wirte. Aufgrund ihrer Fähigkeit zu aktivem Flug und ihrer Resistenz gegen viele – für andere Säugetiere tödliche – Erreger kommt ihnen hierbei eine besondere Rolle zu. Im Rahmen der vorliegenden Studie wurden Proben von wildlebenden Fledertieren aus dem tropischen Afrika auf ein breites Spektrum an neuartigen Viren untersucht. Unter anderem wird das erste fledermauseigene Hantavirus beschrieben. Ein Teil der gewonnenen Fledertierproben wurde auf unbekannte Viren untersucht und ein Virusisolat im Rahmen der vorliegenden Arbeit beispielhaft weiter charakterisiert. Hierbei handelt es sich um ein neuartiges Virus aus der Familie der Reoviren, welches als Taï Forest Reovirus bezeichnet wurde. Es zeigt nächste Verwandtschaft zu dem humanpathogenen Colorado Zeckenfieber Virus und ist in der Lage in vitro humane Zellen zu infizieren. Während über das tatsächliche humanpathogene Potential dieser neuartigen Viren bisher keine verlässliche Aussage getroffen werden kann, ist die Relevanz anderer Fledertier-assoziierter Virusfamilien unstrittig: Filoviren und Paramyxoviren. Die Verbreitung dieser Viren in Afrikanischen Fledertieren wurde näher untersucht: In zwölf Fledertierarten konnten Antikörper gegen Ebola- oder Marburgvirus nachgewiesen werden; einige dieser Arten waren bisher nicht als Wirte für Filoviren bekannt. Antikörper gegen Marburgvirus wurden auch in Tieren aus Westafrika nachgewiesen, einer Region, aus der es bisher keine Berichte über das Vorkommen dieses Virus gab. Die Epidemiologie von Paramyxoviren (PMVs) wurde auf mehrere Aspekte hin untersucht: PMVs unterschiedlichen Ursprungs wurden in drei Fledertierarten detektiert. Tiefergehende phylogenetische Untersuchungen weisen darauf hin, dass trotz der extrem hohen Variabilität der detektierten Viren Fledertiere und Primaten gleichermaßen der Ursprung der meisten heute zirkulierenden PMVs zu sein scheinen. Ein besonderes Risiko zur Erregerübertragung von Wildtieren auf den Menschen besteht beim Umgang mit Wildfleisch. Um dies zu untersuchen, wurden Proben von zum Verzehr bestimmten Tieren gewonnen. In mehr als einem Drittel dieser Tiere konnten PMVs nachgewiesen werden, von denen einige nah verwandt mit den für den Menschen hochpathogenen Henipaviren sind. Aufgrund der hohen Infektionsrate der Tiere ist von einer andauernden Exposition der lokalen Bevölkerung auszugehen. Das immer weitere Eindringen von Menschen in bisher unberührte Ökosysteme führt regelmäßig zu lokalen Krankheitsausbrüchen, die durch bisher unbekannte Erreger hervorgerufen werden. Deren Verbreitung wird durch den globalen Reiseverkehr zunehmend erleichtert, wie es schon bei der SARS-Pandemie 2003 beobachtet werden konnte. Da es bisher nicht möglich ist vorherzusehen welche Erreger zukünftig die Artenbarriere überschreiten werden, kann nur weitreichendes Wissen über die involvierten Virusfamilien und ein tiefgehendes Verständnis der zugrundeliegenden Übertragungsmechanismen dazu beitragen, Strategien zur Prävention und Kontrolle zukünftiger Pandemien zu entwickeln. Hierfür sind die vorliegenden Untersuchungen von größter Relevanz.

Emerging infectious diseases (EIDs) are an increasing threat to human health and a major challenge to global health care systems. Owing to their species richness, tropical regions, and especially sub-Saharan Africa, are predicted ‘hotspots’ for zoonotic EIDs, which stand for a vast majority of all EIDs. In these regions, monitoring bats might be a particularly fruitful strategy to detect emerging pathogens as their resistance to many viruses, their abundance, and their ability to fly point at them as major candidate reservoirs. The present study focused on freeranging bats from tropical Africa, which were examined for viral infection using a broad range of techniques. This resulted in the discovery of viruses that were hitherto not known to infect bats. Most notably, the first indigenous bat hantavirus was found. In addition, the Taï Forest reovirus, a virus related to the human pathogenic Colorado tick fever virus, was isolated and its ability to infect human cells in vitro demonstrated. While the significance to human health of these divergent novel viruses remains to be investigated, the pathogenic potential of other bat viruses is already well established. This led us to examine the distributions of two major groups of human pathogenic viruses of zoonotic origin: filoviruses and paramyxoviruses (PMV). Antibodies directed against these viruses were detected in twelve bat species across West and Central Africa. As some of these species had not previously been associated with filoviruses, these findings substantially extend their recorded host and geographic range. Several aspects of bat PMV molecular epidemiology were investigated: Three bat species were shown to be infected with PMVs of considerably divergent origin. In depth analyses show that, despite the vast diversity of bat PMVs, cross-species transmission events from bats alone are not the major origin of presently circulating PMVs, which are rather exhibiting a equal frequency of primate-borne transmission events. The risk of transmission of PMVs from bats was further investigated by focusing on a plausible route of transmission to humans, namely bushmeat. Hunting, preparation, and consumption of meat from wildlife are indeed major risks for zoonotic pathogen transmission. This was investigated by examining bat bushmeat samples: PMVs were detected in more than one third of the corresponding animals. On the basis of these results one can assume a continuous exposition of the local population to these viruses, of which many were closely related to the highly pathogenic Hendra and Nipah viruses endemic in Australoasian flying foxes. Local disease outbreaks caused by novel pathogens are regularly connected to increasing human intrusion into pristine ecosystems. International travel facilitates subsequent global pathogen spread, as seen during the 2003 SARS-pandemic. So far, it is not possible to foresee which pathogen will cross species barriers in the future. However, a better understanding of crossspecies transmission processes, as developed in the present study, might help to design strategies to prevent or control future pandemics.