Transcript Biologija vektora tokom patogeneze arbovirusa

Biologija vektora i patogeneza
arbovirusa
Prof. Dr. Miroslav Valčić
Fakultet veterinarske medicine
Univerzitet u Beogradu
Arbovirusi

Velika grupa virusa različitih bioloških
karakteristika

Zajednička osobina – prenošenje vektorima


Artropodama
Nekada se i umnožavaju u vektorima


Virusi koji su paraziti artropoda?
Arthropod-borne viruses
Arbovirusi- vektori

Klasa Insecta – red Diptera
 Culicoidae
Arbovirusi - vektori
Phlebotominae (peščane mušice)
Žive blizu vode i u polusuvim mestima
Arbovirusi - vektori

Ceratopogonidae
Arbovirusi - vektori



Krpelji potkase Acari (klasa Arachnida)
Argasidae – meki krpelji
Rhipicephalus
Arbovirusi - vektori

Meki krpelji - Argasidae
Arbovirusi - vektori


Tvrdi krpelji – Ixodidae
Dermacentor
Arbovirusi




Za razliku od ostalih virusa, arbovirusi se šire horizontalno
preko vektora
Ostali virusi se prenose direktnim ili indirektnom kontaktom
među kičmenjacima
Razlika ima posledice po epizootiologiju, evoluciju i kontrolu
arbovirusnih infekcija
Preko 500 virusa

Togavirusi, flavivirusi, bunyavirusi, reovirusi i rabdovirusi (svi su
RNK virusi)



Velika sposobnost RNK molekula da se adaptira
Alternativni mehanizmi replikacije i maturacije
DNK - Asfavirusi
Arbovirusi

Arbovirusi ljudi




Febrilna oboljenja
Encefalitisi
Hemoragična oboljenja
Veterinarska medicina


Veća lepeza simptoma
Uopšteno – encefalitisi, hemoragični sindrom
Arbovirusi

Virusi koji izazivaju najteže simptome





Krpelji



Toga, alfavirusi, flavivirusi, bunyavirusi
Prvi je opisan virus izazivač žute groznice ljudi
Još uvek u Africi i Južnoj Americi
Denga, Ross River, Venecuelanski encefalitis, Rift
Najčešće encefalitisi
Povremene epizootije i epidemije
Stalni oprez i istraživaje mera kontrole i suzbijanja
Transmisija arbovirusa vektorima

Neki virusi inficiraju samo primate




Žuta groznica, denga
Primati (i ljudi)
Dva ciklusa: primati i vektori (Aedes)
Kompleksniji ciklus




Alfavirusi
Različiti epidemijski i epizootijski ciklusi
Enzootijski
Mutacije virusa – epizootije i epdemije

Visoke koncentracije mutiranog virusa u velikim životinjama
(konji)
Transmisija arbovirusa vektorima

Transmisija krpeljima je složenija



Sezonski životni ciklus
Različiti domaćini za različite razvojne forme krpelja
Flavivirus





Haemaphysalis krpelj-sisari
Trans-stadijumski prenos u krpeljima (amplifikacija)
Majmuni uvećaju koncentraciju virusa u prirodi i inficiraju
vektore
Goveda se zaraze na paši
Na povratku u selo – epidemija ljudi preko inficiranih nimfi
krpelja
Životni ciklus vektora


Komarci su najznačajniji
Kompleksni životni ciklus


Posle embrionalnog razvoja polažu se jaja
Četiri larvena stadijuma u vodi (kod nekih edesa
postoji dijapauza)


Samo u zaklonjenim vodama (bez talasa i vetra)
Dišu neposredno ispod površine vode


Mansonia je izuzetak
Četvrti stadijum - pupa
Životni ciklus vektora

Vreme razvoja



Zavisi od vrste, temperature, raspoložive hrane
Nekoliko dana do nekoliko nedelja
Tokom faze pupe – metamorfoza



Od vodene ka fazi odraslog insekta
Razara se kutikula
Mužjaci ranije sazrevaju
Životni ciklus vektora



Ženke se najčešće jednom oplode
Mužjaci obično žive jednu nedelju
Dužina života ženki varira


U tropima – jedna nedelja
Kontinentalna klima – mesecima


Po nekada - hibernacija
Distribucija je nekada mala (0.5 km, Aedes)

Kod nekih vrsta i desetine kilometara
Životni ciklus vektora


Kontinentalna klima – oplođenje je sezonsko (leto)
Oplođene ženke hiberniraju na račun masnih naslaga


Druge vrste – slično


Neke vrste prežive u vodi
Jaja, larva, pupa i odrasli oblik
Culicoides i peščane mušice




Vodena i poluvodena faza
Larve se ukopaju u supstrat
Meseci i godine za razvoj
Slabi letači – lokalne kocentracije i lokalizovane epizootije
Životni ciklus vektora

Neki insekti mogu da prevale desetine kilometara


Krpelji: Argasidae (meki krpelji) i Ixodidae (čvrsti krpelji)





Vetar
Argasidae – sesilni ektoparaziti
Ixodidae – ektoparaziti koji menjaju lokacije
Za razliku od insekata: velika varijabilnost u odnosu na vrstu –
domaćina
Egzofilni (otvorena staništa, šume...) i nidalni (blizu domaćina)
Svi krpelji su terestralni

Jaja, larva, nimfa i odrasli oblik
Životni ciklus vektora



Ixodidni krpelji ležu hiljade
jaja odjednom
Argasidni – u više navrata
Iz jaja izlaze larve (6 nogu)


Preko trave se hvataju za
domaćina – životinje
Usledi 1-5 stadijuma nimfe
sa osam nogu
Životni ciklus vektora


Odrasli oblik nastaje posle preobražaja – sparivanje
Svi stadijumi i oba pola se hrane krvlju domaćina



Nekoliko stotina mikrolitra, povećanje tela oko 200 puta
Argaside se hrane brzo – minuti
Ixodide – sporo, danima i nedeljama
Životni ciklus vektora


Transformacija u odraslog oblika (molting) se odvija
najčešće u prirodi, bez životinje – domaćina
Neki krpelji imaju samo jednog domaćina



Sve faze razvoja i hranjenje
Nekada dva ili više domaćina – kičmenjaka
Neki krpelji prežive i do 16 godina
Genotrofni ciklus vektora



Put od momenta traženja domaćina (hrane) do
poleganja jaja
Genotrofni ciklus je kritičan za transmisiju mikroba
Za ovogenezu je neophodan obrok krvi – kapljica


Često je potrebno nekoliko hranjenja (Culex, Aedes)
Traženje domaćina


Većina se hrani tokom jutra i u sumrak
Senzori za CO2, telesne mirise, temperatura tela
Genotrofni ciklus vektora

Posle hranjenja – digestija i formiranje jaja


Većina vrsta komaraca pokazuje specifičnost za vrstudomaćina


Nepoznat mehanizam
Brojne vrste se hrane na sisarima i pticama


Inhibicija traženja domaćina
Neki na reptilima, vodozemcima...
Potpuni obrok za manje od 10 minuta

Često se obrok prekida usled reakcije životinje
Genotrofni ciklus vektora

Solenofagni vektori (komarci, mušice)



Ubod rilice (proboscis) u krvni sud
Formiranje kanala kroz dermis
Ubacivanje salive u perivaskularno tkivo




Slični mehanizmi i kod krpelja, peščanih mušica ...
Depozicija virusa van krvnih sudova
Telmofagni vektori (krpelji, peščane mušice)


Lubrikacija (podmazivanje), alergeni, enzimi, antikoagulansi,
vazodilatacija
Hrane se na krvi iz napravljenog jezerceta
Kap krvi – nekoliko puta veća zapremina od samog vektora
Genotrofni ciklus vektora

Obrok krvi (kap) dolazi u srednje crevo



Kada se uzastopno uzimaju manji obroci – veća
mogućnost prenošenja arbovirusa
Iksodidni krpelji su na domaćinu danima i nedeljama



Manji deo u torakalni divertikulum i torakalno srednje crevo
Luče se antikoagulansi, vazodilatatori, imunosupresori,
antihistaminici, “lepak” za rilicu ...
Uvećavanje zapremine krpelja za preko 100 puta
Argaside se zadržavaju na domaćinu vrlo kratko
Anatomija
komarca
BL – bazalna membrana
(lamina)
C – kardijačno srednje crevo
DD – dorzalni divertikulum
F – prednje crevo
IF – intususceptum creva
L – lumen
M – srednje crevo
ME – epitel srednjeg creva
MV – mikrovili srednjeg creva
SG – pljuvačne žlezde
VD – ventralni divertikulum
Genotrofni ciklus vektora

Varenje obroka – kapi krvi






Faringealna pumpa-prednje crevo-kardija
Prednji kraj torakalnog srednjeg creva-bulbulus (abdominalno
srednje crevo tj. stomak)
Zadnji deo srednjeg creva – pilorus – zadnje crevo
Epitelne ćelije srednjeg creva-bazalna membrana-mišići
Ćelije postanu pljosnate kada se stomak napuni
Digestija krvi u peharastim ćelijama srednjeg creva


Enzimi: tripsin, himotripsin, aninopeptidaze, esteraze, lipaze
Završava se za nekoliko dana
Genotrofni ciklus vektora

Prihvatanje arbovirusa za epitel srednjeg creva ubrzo
posle uvećanja kao posledica unosa obroka (kapi krvi)




Aktivnost enzima ne utiče na prihvatanje virusa
Hitinozna membrana obavija kapljicu krvi (12 sati)
Ako ima više obroka (kapi krvi) – druga kap obavija prvu
Razvoj jaja u vektoru - ovipozicija
Genotrofni ciklus vektora

Razvoj jaja u vektoru – ovipozicija





Posle uzimanja obroka (kap krvi)
Vitelogeneza – sinteza žumanca iz aminokiselina iz kapi krvi
Molekuli vitelogenina iz hemolimfe uzazi u oocite
Spermatozoidi iz spermateke oplode oocite
Polaganje jaja na mirna vlažna mesta


50 do 500
Posle polaganja jaja vektor započinje novi genotrofni ciklus

Traži domaćina za obrok krvi
Prijemčivost artropoda na arboviruse

Kompetencija vektora – kombinacija efekata fizioloških i
ekoloških faktora




Vektora , domaćina, virusa i uslova spoljašnje sredine
Prijemčivost vektora nije jedini uslov ali je kritičan
Domaćini vektora – životinje, dužna života vektora
Sposobnost vektora da prenese bolest zavisi od
genetskih i ne-genetskih faktora
Prijemčivost artropoda na arboviruse

Genetski faktori

Prijemčivost epitelnih ćelija srednjeg creva na viruse



Genetski faktori virusa



Bluetongue (Culicoides variipennis) – prijemčivost za oralnu infekciju
West Nile (Culex)
Različiti serotipovi BT pokazuju različitu virulenciju za Culicoides
Vektori mogu da pasiraju vakcinalne sojeve virusa!
Tokom evolucije arbovirusi su se adaptirali na vektore i na
njihove domaćine (životinje)



Značaj ekoloških faktora
Alopatski arbovirusi – koji ne cirkulišu samo na lokaciji vektora
Slučajna preadaptacija virusa na nove vektore igra ulogu
Oralna infekcija vektora

Biološki vektori – replikacija arbovirusa u vektorima

Prvo u alimentarnom traktu



Unošenje virusa u hemokelu skraćuje inkubaciono vreme
U kapi krvi, eritrociti su u sredini a serum periferno



Izloženost epitelnih ćelija srednjeg creva vektora virusu
Virusi kolonizuju epitelne ćelije creva za nekoliko minuta
Proteinski receptoia na virusima


epitel srednjeg creva (toraks, abdomen, posteriorno srednje crevo)
Uloga proteolitičkih enzima u virulenciji – lakše prihvatanje virusa za ćelije
Digestija kod krpelja se razlikuje – heterofagi

Digestija kapi krvi je intracelularna
Replikacija i diseminacija arbovirusa

Spoljašnji inkubacioni period – vreme od uzimanja obroka (kap krvi)
do transmisije arbovirusa

Faza eklipse – pad koncentracije virusa do replikacije (1-4 dana)



Replikacija i distribucija virusa u ćelijama značajno varira


Neki virusi i putem nervnih struktura
Bazalna opna oko većine organa vektora



Abdominalni, torakalni deo srednjeg creva
Diseminacija hemolimfom


Količina virusa, vrsta vektora, temperatura
Uticaj enzima i ulazak virusa u ćelije epitela srednjeg creva
Masno tkivo, epidermis, pljuvačne žlezde
Dinamička interakcija prilikom prodora virusa u tkiva vektora
Iz hemokele virusi odlaze u organe - tropizam

Rift – masno tkivo, pljuvačne žlezde, epidermis, nervne strukture, endokrine strukture
Replikacija i diseminacija arbovirusa

Kod krpelja virusi su u hematocitima



Ishrana pojačava replikaciju i transmisiju
Stimulacija proliferacije pljuvačnih žlezda i reproduktivnog trakta
Pojava virusa u pljuvačci




Rabdovirus (vezikularni stomatitis) 3 dana
Flavi, bunya i orbivirusi - duže
Prolazak kroz lam. basale u pljuvačnim žlezdama
Pupljenje virusa na različitim površinama ćelija acinusa pljuvačne žlezde


Apikalno, bazalno, citoplazmatske vezikule
Adaptacija virusa na različite vektore i maksimum trasmisije
Replikacija i diseminacija arbovirusa

Titri arbovirusa dostižu maksimum posle nekoliko do nedelju dana


Pad koncentracije – antivirusni protein u ćelijama koji blokira RNK sintezu
Kod iksodidnih krpelja




Svi oblici se hrane na istom domaćinu (larva, nimfa, odrasli)
Trans-stadijumski prenos virusa
Promene u histololitičkim enzimima tokom metamorfoze utiču na viruse
Važan uticaj hematocita
Replikacija i diseminacija arbovirusa

Horizontalna transmisija arbovirusa


Salivacija tokom hranjenja vektora
Koncentracije virusa u salivi (105 infektivnih čestica u nekoliko μl salive)







Period u odnosu na spoljašnju inkubaciju
Količina krvi
Vrsta virusa
Vrsta vektora
Posle nekoliko nedelja, koncentracije opadaju
Depozicija virusa u telu životinje je ekstravaskularno
Neobičan horizontalni način transmisije je tokom hranjenja dva ili
više krpelja na istoj životinji


Ne-viremična životinja može da sa jednog krpelja prenese virus na drugi
Obezbeđivanje preživljavanja domaćina uz istovremenu transmisiju virusa
Replikacija i diseminacija arbovirusa

Barijere infekcije i virusne diseminacije u vektoru





Variraju u odnosu na vrstu vektora, virus, temperaturu
Srednje crevo – barijera zavisi od doze virusa
Ne-postojanje receptora na epitelnim ćelijama srednjeg creva
Sposobnost vektora da moduliraju replikaciju virusa u ćelijama
Kod nekih vektora nema diseminacije u pljuvačne žlezde



Zavisi od doze
Značajna uloga bazalne membrane (debljina)
Sprečavanje replikacije virusa u acinarnim ćelijama pljuvačnih žlezda

Redukcija titra virusa u pljuvačnim žlezdama
Transmisija arbovirusa

Mehanični prenos arbovirusa


Neki ne-arbovirusi zavise od mehaničke tramsmisije
Mehanička kontaminacija rilice vektora (insekta ili krpelja)





Ovaj način nije od epiziootiološkog značaja za održavanje infektivnog ciklusa u
prirodi


Miksoma virus (kunići)
Avipoks virus
Infektivna anemija konja (Tabanidae)
Klacična kuga svinja (Tabanidae)
Može da doprinese intenzitetu epizootije
Potencijal zavisi od otpornosti virusa i njegovog titra u krvi kičmenjaka na
kojima se hrani
Transmisija arbovirusa

Vertikalni (transovarijalni) prenos arbovirusa




Veoma rasprostranjen u prirodi – insekti su domaćini za viruse?
Krpelji, peščane mušice, komarci
Bunya, rabdo, alfa i reovirusi
Penetracija arbovirusa u ovarijum putem hemolimfe


Transovarijalni prenos posle drugog obroka vektora


Embrioni komaraca štite viruse čak 19 meseci – preživljavanje virusa u prirodi
Mogućnost prenosa zavisi od vrste virusa i vektora




Infekcija epitela folikula - Infekcija oocista pre formiranja horiona
Nekada 11%, a nekada i do 95%
Vertikalna transmisija je od manjeg značaja
Ako je manje od 100% vertikalne transmisije – horizontalni način mora da se poveća
Krpelji imaju nizak nivo prenosa ali postoji ne-viremični vertikalni prenos


Amplifikacija virusa
Održavanje ciklusa transmisije virusa u prirodi
Transmisija arbovirusa

Krpelji imaju nizak nivo transmisije





Postoji ne-viremični način transmisije na
nekoliko generacija
Amplifikacija virusa
Održavanje ciklusa tramsmisije u prirodi
Izuzetak su virusi koji inficiraju germinalne
ćelije vektora
Veneralni i trans-seksualni način
transmisije

Kada se jaja inficiraju pre ovipozicije

Afrička kuga svinja (Ornithodoros moubata)
Spoljašnji faktori koji utiču
na prenos virusa putem vektora

Titar virusa u obroku krvi

Postoji kritičan-granični titar koji zavisi od virusa i vektora


Temperatura utiče na prijemčivost vektora










Niski granični titar je pokazatelj adaptacije virusa i vektora
Razvoja larve i spoljašnje temperatura odraslih
Obrnuta proporcija temperature u odnosu na potrebno vreme transmisije
Postoji “nulta” temperatura ispod koje se arbovirusi ne razmnožavaju
Ostaju vijabilni – preživljavaju zimu
Kod nekih postoji pozitivna korelacija stepena infekcije i temperature (Rift – Culex)
Temperatura razvoja larve utiče na prijemčivost odraslih vektora
Temperatura utiče na transovarijalni prenos – različito u odnosu na vrstu vektora
Sa globalnim zagrevanjem epizootije mogu da se očekuju zbog razlika u
replikaciji i diseminaciji virusa u vektorima i usled razlika u mortalitetu vektora
Prisustvo antitela i komplementa smanjuje titar virusa u kapi krvi
“Gladovanje” u stadijumu larve – efikasniji vektori arbovirusa
Efekti transmisije na evoluciju virusa

Značajna genetska stabilnost arbovirusa tokom ciklusa transmisije


Neki virusi vrlo brzo menjaju genetski sastav
Arbovirusi sto puta sporije evoluiraju u odnosu na ostale RNK
viruse


Stabilnost nije posledica različitih frekvenci mutacija
Brzina evolucije je ograničena usled većeg broja domaćina (kičmenjak-vektor)


Striktna selekcija genetske osnove koja omogućava replikaciju u oba domaćina
Veća mogućnost izmena tokom replikacije u vektorima

Perzistencija kod oralno i transovarijalno inficiranih vektora (mutacije,
rekombinacije, reasortiranje)


Rift, Bluetongue
Reasortiranje naročito kod krpelja

Duži životni vek, mogućnost zaražavanja sa dva soje virusa istovremeno
Efekti transmisije na evoluciju virusa

Raznolikost i evolucija vektora doprinosi ko-evoluciji arbovirusa
zajedno sa vektorima



Naročito komarci
Prebacivanje na drugu vrstu vektora
Mobilnost životinja-domaćina arbovirusa kao faktor diverzifikacije
virusa

Vektori su više vezani za lokaciju
Virulencija arbovirusa

Efekat na kičmenjake






Encefalitisi (konjski – zapadni, istočni, Venecuelanski...)
Hepatitisi (Rift)
Hemoragični sindrom (Denga, žuta groznica)
Najteži simptomi kod vrste – domaćina koja ne učestvuje u ciklusa održavnja
virusa u prirodi
Ne može da se predvidi prijemčivost i način na koje arbovirusi utiču na
kičmenjake
Efekat na vektore
Virulencija arbovirusa

Efekat na vektore






Skraćenje života (Rift) za Culex
Smanjenje sposobnosti ishrane
Povećanje mortaliteta odraslih i nimfa (Afrička kuga svinja – Ornithodoros)
Odlaganje razvoja larve i povećanje mortaliteta larve (Rift)
Flavivirusi nemaju nikakav poznati efekat na vektore (insekte i krpelje)
Infekcija vektora oralnim putem (prirodni put) ima jači efekat


Transovarijalno inficirani vektori su otporni na superinfekciju oralnim putem!
Cotopatogeni efekat na tkiva vektora (pljuvačna žlezda, srednje crevo)
Evolucija virulencije arbovirusa

Komensalizam je cilj evolucije



Atenuisanje parazita i rezistencija domaćina
U slučaju virusa ne mora da bude tako
Virusi se selektuju individualno





Ne poseduju grupne karakteristike
Virus miksomatoze – selekcija populacije
Heterogenost unutar populacije može da utiče na selekciju grupe
Za selekciju je bolja heterogenost između populacija
Heterogenost arbovirusa je izraženija kod kičmenjaka

Mogućnost superinfekcije ubodom različitih jedinki vektora
Evolucija virulencije arbovirusa


Drastična razlika evolucije arbovirusa u kičmenjacima i vektorima
Artropodi prenose viruse samo ako su mobilni i u kontaktu sa
kičmenjacima (hranom)




Grupna selekcija ima značajan uticaj na virulenciju u odnosu na vektore
Relativno mala oštećenja tkiva vektora
Kod vektora postoji tendencija nastanka rezistencije na arboviruse
U vektorima se dešava individualna selekcija u cilju povećavanja virulencije
tokom epizootija


Veliki broj prijemčivih kičmenjaka i kratkom vremenu - kompeticija
Najjača grupna selekcija u smislu atenuisanja je kod vertikalne transmisije u
vektorima
Evolucija virulencije arbovirusa


Visok nivo replikacije i patogenost – prednost arbovirusa u
kičmenjacima
Mobilnost nije uslov za transmisiju arbovirusa



Grupna i individualna selekcija je poželjna
Visoki titrovi u telu kičmenjaka – infekcija vektora
Pireksija pogoduje transmisiji – privlači vektore



Kao i emisija CO2
Smanjena aktivnost tokom izraženih simptoma pogoduje vektorima (nema
mehaničke odbrane)
Izuzetak su krpelji



Selektivni pritisak u cilju smanjenja virulencije
Ne-viremična transmisija
Krpelji zavise od mobilnosti domaćina
Evolucija virulencije arbovirusa

U slučaju nezavisne evolucije oba domaćina evolucija arbovirusa





Smanjenje virulencije za vektore
Povećanje virulencije za kičmenjake
Ograničavanje adaptacije usled čestog menjanja domaćina
Izostanak potpunih i svih evolucionih sila
Replikacija u vektorima suprimira evoluciju virulencije za
kičmenjake