geschichte der pockenkrankheit (smallpox) poxviruses · 2010-05-04 · vorteil. 10-fache abnahme...

Poxviruses

© 2010 by Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie

Geschichte der Pockenkrankheit (Smallpox)

Mahalingam, S. et al., 2004, TRENDS Im., 637-639

Poxviruses


Poxviridae

Harrison, SC. et al., 2004, PNAS 101, 11178-11192

Variolavirus

Poxviruses


Poxviridae

Harrison, S

C. et al., 2004, P

NA

S 101, 11178-11192

Nur beim MenschenÜbertragbar von Tier auf Mensch

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Tropismus der Viren in kultivierten Zellen kann sich von dem Wirtstropismus unterscheiden

Tropismus = Vermehrungsfähigkeit

McFadden, G.2005. Poxvirus tropism. NatRevMicrobiol 3, 201-213

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Pockeninfektion von Tieren

McFadden, G.2005. Poxvirus tropism. NatRevMicrobiol 3, 201-213

Mousepox Camelpox

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Gemeinsame Eigenschaften von Chordopoxvirinae

•Grosse, ziegelsteinförmige DNA Viren

•Genome 130-300 kB

•Replikation ausschliesslich im Zytoplasma

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Variolavirus Varianten

Poxvirus variola maior30 - 40% Mortalitätsrate

Poxvirus variola minorca. 1% Mortalitätrate

Nur ca. 2% Unterschied zwischen beiden Genomsequenzen (ca. 185 000 Bp).

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Pockenviren Struktur: Modell Vaccinia Virus

DNA-abhängige RNA Polymerase; RNA-Prozessierungsenzyme

350 nm

IMV

250 nmHarrison, SC. et al., 2004, PNAS 101, 11178-11192

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Verschiedene Formen von Vaccinia-Viren

IEV: Intracellular enveloped virionEEV: Extracellular eveloped virion CEV: Cell-associated enveloped

virion

Enthalten eine Lipid-Dopplemembran mehr als die IMV Form.Weniger empfindlich ggü neutralisierende AK, Complement-faktoren als die IMV;

IMV: Intracellular mature virion

IMV CEV

EEVEEV

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Vaccinia-Virus Morphogenese

Smith, GL et al.,2002, JGenVirol. 83, 2915-2931.

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Vaccinia-Virus DNA

Strukturproteine, Essentielle Enzyme

Virulence Proteine, Host-range Proteine,Immune Modulatoren

Komplette Sequenz der Kopenhagen und WR-Stämme bekannt.

191 kbp


ITR ITR

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Replikation der Pockenviren.

Die Replikation der Pockenviren läuft vollständig im Zytoplasma ab;

Pockenvirus-Proteine werden an zelluläre Ribosomen synthetisiert;

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Proteine für die Transkription von Vaccinia Virus Genen

Broyles S.S. 2003, JGenVirol 84, 2293-2303.

HostHost

Host

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Auswahl von Pockenvirus-Enzymen für die DNA Synthese

Enzym FunktionDNA-Polymerase Synthese des viralen

dopplesträngigen DNA GenomsProcessivity factor Synthese des viralen

dopplesträngigen DNA GenomsDNA Ligase Replikation der viralen DNA; Bildung

der kovalent geschlossenen Enden des DNA Genoms;

Thymidinkinase Phosphorylierung von Thymidin-Nukleosiden zu TMP

Thymidylatkinase TMP -> TTP

Uracil-DNA-Glycosylase Teil des Reparatursystems; Entfernt Uracilreste aus der DNA;

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Vergleich der Thymidin-Kinasen von HSV-1 und Vaccinia VirusHSV-1 TK Vaccinia Virus TK

Typ I II

Größe (kDa) 40 20

Quartär-Struktur Dimer Tetramer

Feedback Regulation (Hemmung durch dTDP bzw. dTTP)

Nein Ja

Substratspezifität Gering: Phosphorylierung von Guanosine-Analoga (z.B. Acyclovir, Gancyclovir)

Hoch: Nur Thymidine, bzw. Bromdeoxyuridine;

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Vaccinia-Virus Replikationszyklus:Frühe Phase

1. Viruseintritt (IMV oder EEV)Fusion von vir. und zellul. MembraneEnthüllung des Virus; Freisetzung des viralen Kerns.

2. Synthese von frühen mRNA im Virus-Kern

3. Produkt. der frühen Proteine

4. Sekretion von Proteinen:Immunmodulatoren und Proteine die dasWachstum von umliegenden Zellenbeeinflussen.

5. Freisetzung der viralen DNA aus dem Virus-Kern; Ende der Expression von frühen viralen Genen;


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Vaccinia-Virus Replikationszyklus:Mittlere („intermediate“) Phase

6./7. Replikation des viralen Doppelstrang DNA-Genoms

8. Transkription von “intermediate Phase” mRNAs;

Relokation des Wirtsproteins Vitf2 in dasZytoplasma

9, 10. Synthese von Proteinen für die Spät- Phase:

RNA polymerase;Transkriptionsfaktoren; Virus-Bestandteile;


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Vaccinia-Virus Replikationszyklus:Frühe Phase

11. Synthese von Virionproteine12-14 Synthese des IMV15. Freisetzung des IMV nur

durch Zellyse.16. Erwerbung einer zweiten

Doppelmembran und Bildung des IEVs;

17. Transport zur Zelloberfläche; und Aktinpolymerisation: CEV;

18. Transfer des CEV zu Nachbarzelle oder Freisetzung als EEV


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Virale Proteine zur Tarnung der infizierten Zellen

Virokine: Imitate vonZytokinen,Complementfaktorenund anderenImmunmolekülen des Wirtes

Virorezeptoren: Imitate von Rezeptoren für Zytokine, und andere proinflam-Matorische und antivirale Moleküle

Stützproteine für das Überleben der Zelle als Virusproduzent

Virale Proteine für das ÜberlebenInfizierter Zellen

Johnston JB, and McFadden G, 2003, JVi. 6093-6100

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Pocken als Krankheit

Die letzten bekannten Fälle: 1949 USA1972 Yugoslavian1977 Somalia

Ab 1979 galt die Pockenkrankheit offiziell als ausgelöscht (WHO)

Verbreitung des Virus: über Tröpfchen und Kontakt;

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Progression of Smallpox

Source: Foege, Lane, and Millar, Am J. Epi, 1969

http://www.bt.cdc.gov/agent/smallpox/training/overview

Verfärbung i.d. Haut

Kleine Hauterhebung

Flüssigkeitsgefüllte Blase

Eiter

Schorf

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Typical Progression of Smallpox

• Incubation Period• Pre-eruptive Stage• Macules• Papules• Vesicles• Pustules• Scabs• Scars


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Smallpox Erupt ion Over Time

• A major diagnostic characteristic of smallpox is that lesions in a given area are similar in appearance and feel.

• Progression occurs, however, from area to area:– Pharynx, Palate.– Face.– Proximal Extremities.– Hands and Feet.


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Variolation

VORTEIL10-fache Abnahme der Mortalität bei Pockenerkrankung

ABER2.5% der Menschen starben bei der Variolation(Cotton Mather und Zabdiel Boyleston(e) ca. 1720 in Boston:Variolation von 244 Menschen: 6 Todesfälle)

Variolierte Menschen sind infektiös.

TROTZDEMBefahl George Washington 1776, dass die gesamte Continental Army sich der Variolation unterzog.

Gesunde werden dem Schorf aus Pusteln erkrankter Personen ausgesetzt

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Vaccinia Virus

• Origin of vaccinia virus unknown.

• Genetically distinct from cowpox and variola.

• May be a virus now extinct in nature.


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Smallpox Vaccine

1796 Edward Jenner develops vaccine

1805 Use of cows to produce vaccine

1940’s Freeze-drying technology

1965 Licensure of bifurcated needle

1971 Routine vaccination stopped in US

1975 Attenuated strains - Japan

1983 Vaccine removed from civilian markethttp://www.bt.cdc.gov/agent/smallpox/training/overview

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Vaccine Product ion

• Grown on skin of calves, sheep, water buffalo.

• Lesions harvested before crusting:– Maximizes viral titer.

• Pulp ground.• Mixed with 40%-60% glycerol.• Distributed in glass capillary tubes.


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Dryvax Smallpox (Vaccinia) VaccineAdminist rat ion Schedule

Schedule:• 1 Successful Dose >18 years of age.

Revaccination:• 10 Years - nonhighly-attenuated vaccinia

and recombinants.• 3 Years – highly attenuated

orthopoxviruses.http://www.bt.cdc.gov/agent/smallpox/training/overview/

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New Smallpox Vaccines, 2003

• Live vaccinia virus produced using cell culture technology.

• Distributed as a freeze-dried powder.• Vaccine does not contain antibiotics.• Diluent contains glycerin and phenol.


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Smallpox Vaccine Administ rat ion

• Vaccinia virus may be cultured from the site of a primary vaccination from 2-3 days after vaccination until the scab separates.

• Care must be taken to prevent spread of the virus to other parts of the body or other persons.

• Hands must be washed after every contact with the vaccination site or any materials (clothing, dressing, etc.) that has come into contact with the vaccination site.


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Smallpox Vaccine Adverse React ion Rat es*

ReactionPrimary

Vaccination

Inadvertent inoculation 25-529

Generalized vaccinia 23-242

Eczema vaccinatum 10-39

Progressive vaccinia 0.9-1.5

Post-vaccinial encephalitis 3-12

Death 1

*Rates per million primary vaccinations

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Gründe für die erfolgreiche Ausrottung der Pockenkrankheit

Mahalingam, S. et al., 2004, TRENDS Im., 637-639

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Vaccinia Virus: Viele offene Fragen

Was ist (sind) der Zelloberflächen- Rezeptor (e)?

Wie wird die Transkription reguliert?

Wir werden die mRNAs prozessiert?

Wie bewegt sich das Virus?

Warum kann sich das Virus in einigen Zelltypen vermehren, in anderen aber nicht?

Kann man antivirale Therapien gegen Pockenviren entwickeln?

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