Bedeutung der viralen IE4-Region für die Genexpression und Replikation des humanen Cytomegalovirus

Das humane Cytomegalovirus (HCMV) ist ein fakultativ-pathogener Erreger, der bei Patienten mit geschwächter oder unausgereifter Immunabwehr schwerwiegende Erkrankungen hervorrufen kann. Wie alle Herpesviren zeigt das HCMV eine streng koordinierte Expression viraler Gene, die in eine „sehr frühe-“ (IE), „frühe “ (E) und „späte-“ (L) Phase unterteilt werden kann. Die Produkte der IE-Gene IE1 und IE2 sind für die Expression der frühen Gene und somit für die Initiation der viralen DNA-Replikation entscheidend. Sie greifen gleichzeitig in den zellulären Stoffwechsel ein und schaffen damit optimale Vorraussetzungen für die virale Vermehrung. Zu Beginn dieser Arbeit war bekannt, dass HCMV in lytisch infizierten Zellen ein abundantes IE-Transkript von 5 kb (IE4-RNA) exprimierte, dessen Funktion bislang unklar war. Ältere Publikationen deuteten darauf hin, dass die IE4-Genregion an der Transformation eukaryonter Zellen beteiligt sein könnte. Neuere Arbeiten zeigten, dass es sich bei diesem IE4-Transkript um ein metabolisch stabiles Intron handelt. Im Rahmen dieser Arbeit sollte zunächst geklärt werden, ob die IE4-Genregion ein Protein kodiert. In der Folge sollten mit viralen Deletionsmutanten Hinweise auf die biologische Funktion des IE4-Bereichs erarbeitet werden. Durch Northern Blot Analysen und cDNA-Klonierungsexperimente konnte eine Reihe neuer Spleiß-Varianten der IE4-RNA identifiziert werden. Durch Sequenzanalysen wurde gezeigt, dass diese Transkripte keine längeren offenen Leserahmen enthalten. Zusammen mit bereits publizierten Erkenntnissen, kann aus diesen Ergebnissen mit hoher Wahrscheinlichkeit geschlossen werden, dass die IE4 Region nicht für ein Protein kodiert. Zur Analyse der biologischen Funktion der IE4-Region wurde das DNA-Genom des HCMV gezielt mutagenisiert. Eine phänotypische Analyse der entsprechenden Viren mittels Reportergen-Tests und quantitativer RealTime RT-PCR zeigte, dass einige der Mutanten eine verringerte Expression früher Gene aufwiesen, die mit einer Beeinträchtigung ihrer Replikationsfähigkeit in Fibroblastenkulturen korrelierte. Dabei war die Ausbildung eines Phänotyps jedoch von dem genetischen Hintergrund des verwendeten viralen Ausgangsstammes abhängig. Auffällig war, dass phänotypische Veränderungen nur bei solchen Mutanten sichtbar wurden, die auf der Grundlage des Laborstammes Ad169 des HCMV generiert worden waren. Die nachfolgende Analyse der Ausgangsstämme ergab deutliche Unterschiede in der IE-Genexpression. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen somit, dass die IE4-RNA mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht für ein Protein kodiert, aber bei limitierender Expression der essentiellen Regulatoren IE1 und IE2 die frühe lytische Genexpression stimuliert. Die Ergebnisse dieser Arbeit stellen die Grundlage für nachfolgende Untersuchungen zur Aufklärung der molekularen Funktion der IE4-RNA im Rahmen der lytischen Infektion des HCMV dar.

Untersuchung des immunogenen Potentials von Dense Bodies des Humanen Cytomegalovirus (HCMV) als Grundlage für die Entwicklung einer neuartigen HCMV-Vakzine

ZusammenfassungDas Humane Cytomegalovirus (HCMV) ist ein Erreger von erheblicher klinischer Bedeutung. Eine HCMV-Vakzine ist bislang nicht verfügbar. Immunität ist nur durch eine Kombination effizienter humoraler und zellulärer Effektormechanismen zu vermitteln. Inhalt der Arbeit war es zu untersuchen, ob defekte virale Partikel, sog. Dense Bodies (DB) eine derartige Immunantwort gegen HCMV induzieren können. Die Immunisierung mit DB induzierte im Mausmodell die Bildung HCMV-neutralisierender Antikörper, die über ein Jahr hinweg im Serum der Tiere nachweisbar blieben. Die Spiegel an neutralisierenden Antikörpern waren mit Titern vergleichbar, die nach einer durchlaufenen, natürlichen HCMV-Infektion in menschlichen Seren gemessen wurden. Obwohl DB ein Totantigen darstellen und keine de novo-Synthese von viralen Proteinen vermitteln, stimulierten sie zudem eine deutliche HCMV-spezifische, zytotoxische T-Zell-Antwort (CTL-Antwort). Die Analyse der T-Helferzell-Antwort ergab, dass die Applikation von DB eine Th1-artige Immunantwort auslöste, die die Kontrolle einer Virusinfektion unterstützt. DB des HCMV sind folglich geeignet, sowohl humorale als auch zelluläre Immuneffektormechanismen effizient zu induzieren. Sie erwiesen sich als ein wirksames Antigentransportsystem, das als vielversprechende Grundlage für die Entwicklung einer rekombinanten HCMV-Vakzine dienen kann. Um die Immunogenität der DB für die Anwendung am Menschen weiter zu optimieren, müssen sie um zusätzliche Epitope ergänzt werden. Derartige rekombinante DB können nur durch Konstruktion mutanter HCMV-Genome generiert werden. Daher wurden im Rahmen dieser Arbeit zwei Genombereiche des HCMV dahingehend charakterisiert, ob sie zur Insertion von Fremdsequenzen geeignet sind. Der Leserahmen UL32, der für das Phosphoprotein pp150 kodiert, erwies sich als essentiell. Mit der IE4-Region hingegen konnte ein 5 kB langes Genomfragment identifiziert werden, das aus dem Genom deletiert und gegen zusätzliche antigene Determinanten ausgetauscht werden kann. Zusammenfassend eröffnen die vorgestellten Ergebnisse neue Möglichkeiten zur Entwicklung eines wirksamen Impfstoffes gegen HCMV.

Weather variability, tides, and Barmah Forest Virus Disease in the Gladstone region, Australia

In this study we examined the impact of weather variability and tides on the transmission of Barmah Forest virus (BFV) disease and developed a weather-based forecasting model for BFV disease in the Gladstone region, Australia. We used seasonal autoregressive integrated moving-average (SARIMA) models to determine the contribution of weather variables to BFV transmission after the time-series data of response and explanatory variables were made stationary through seasonal differencing. We obtained data on the monthly counts of BFV cases, weather variables (e.g., mean minimum and maximum temperature, total rainfall, and mean relative humidity), high and low tides, and the population size in the Gladstone region between January 1992 and December 2001 from the Queensland Department of Health, Australian Bureau of Meteorology, Queensland Department of Transport, and Australian Bureau of Statistics, respectively. The SARIMA model shows that the 5-month moving average of minimum temperature (β = 0.15, p-value < 0.001) was statistically significantly and positively associated with BFV disease, whereas high tide in the current month (β = −1.03, p-value = 0.04) was statistically significantly and inversely associated with it. However, no significant association was found for other variables. These results may be applied to forecast the occurrence of BFV disease and to use public health resources in BFV control and prevention.

Power law distributions in pattern dynamics of attacker-defender dyads in the team sport of Rugby Union : phenomena in a region of self-organized criticality?

In the region of self-organized criticality (SOC) interdependency between multi-agent system components exists and slight changes in near-neighbor interactions can break the balance of equally poised options leading to transitions in system order. In this region, frequency of events of differing magnitudes exhibits a power law distribution. The aim of this paper was to investigate whether a power law distribution characterized attacker-defender interactions in team sports. For this purpose we observed attacker and defender in a dyadic sub-phase of rugby union near the try line. Videogrammetry was used to capture players’ motion over time as player locations were digitized. Power laws were calculated for the rate of change of players’ relative position. Data revealed that three emergent patterns from dyadic system interactions (i.e., try; unsuccessful tackle; effective tackle) displayed a power law distribution. Results suggested that pattern forming dynamics dyads in rugby union exhibited SOC. It was concluded that rugby union dyads evolve in SOC regions suggesting that players’ decisions and actions are governed by local interactions rules.

How useful is expert opinion for predicting the distribution of a species within and beyond the region of expertise? A case study using brush-tailed rock-wallabiesPetrogale penicillata

1. Species' distribution modelling relies on adequate data sets to build reliable statistical models with high predictive ability. However, the money spent collecting empirical data might be better spent on management. A less expensive source of species' distribution information is expert opinion. This study evaluates expert knowledge and its source. In particular, we determine whether models built on expert knowledge apply over multiple regions or only within the region where the knowledge was derived. 2. The case study focuses on the distribution of the brush-tailed rock-wallaby Petrogale penicillata in eastern Australia. We brought together from two biogeographically different regions substantial and well-designed field data and knowledge from nine experts. We used a novel elicitation tool within a geographical information system to systematically collect expert opinions. The tool utilized an indirect approach to elicitation, asking experts simpler questions about observable rather than abstract quantities, with measures in place to identify uncertainty and offer feedback. Bayesian analysis was used to combine field data and expert knowledge in each region to determine: (i) how expert opinion affected models based on field data and (ii) how similar expert-informed models were within regions and across regions. 3. The elicitation tool effectively captured the experts' opinions and their uncertainties. Experts were comfortable with the map-based elicitation approach used, especially with graphical feedback. Experts tended to predict lower values of species occurrence compared with field data. 4. Across experts, consensus on effect sizes occurred for several habitat variables. Expert opinion generally influenced predictions from field data. However, south-east Queensland and north-east New South Wales experts had different opinions on the influence of elevation and geology, with these differences attributable to geological differences between these regions. 5. Synthesis and applications. When formulated as priors in Bayesian analysis, expert opinion is useful for modifying or strengthening patterns exhibited by empirical data sets that are limited in size or scope. Nevertheless, the ability of an expert to extrapolate beyond their region of knowledge may be poor. Hence there is significant merit in obtaining information from local experts when compiling species' distribution models across several regions.