In vitro and in vivo studies of the Interferon-alpha action on distinct Orthobunyavirus

Oropouche, Caraparu, Guama, Guaroa and Tacaiuma viruses (Orthobunyavirus genus) cause human febrile illnesses and/or encephalitis. To achieve a therapeutical agent to prevent and/or treat these diseases we evaluated the antiviral action of Interferon-alpha (IFN-alpha) on these orthobunyaviruses. In vitro results showed that all the studied orthobunyaviruses are susceptible to antiviral action of IFN-alpha, but this susceptibility is limited and dependent on both concentration of drug and treatment period. In vivo results demonstrated that IFN-alpha present antiviral action on Oropouche and Guaroa viruses when used as a prophylactic treatment. Moreover, a treatment initiated 3 It after infection prevented the death of Guaroa virus infected-mice. Additionally, mortality of mice was related to the migration and replication of viruses in their brains. Our results suggest that IFN-alpha could be potentially useful in the prevention of diseases caused by Oropouche virus and in the prevention and/or treatment of diseases caused by Guaroa virus. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Caracterização genética, correlação antigênica e ecoepidemiológica dos vírus do grupo C (Bunyaviridae, orthobunyavirus) isolados nas américas

Até o presente momento, estudos moleculares para os vírus do grupo C (Bunyaviridae, Orthobunyavirus) não foram publicados. O presente trabalho determinou as seqüências nucleotídicas completas para os segmento ARN pequenos (P-ARN) e a seqüencias parciais para os segmentos de ARN médio (M-ARN) dos vírus do grupo C. A seqüencia completa do segmento P-ARNvariou de 915 a 926 nucleotídeos, e revelou organização genômica semelhante em comparação aos demais ortobunyavírus. Baseado nos 705 nt do gene N, os membros do grupo C foram distribuídos em três grupos filogenéticos principais, com exceção do vírus Madrid que foi posicionado fora destes três grupos. A análise da cepa BeH 5546 do vírus Caraparu revelou que o mesmo apresenta seu segmento P-ARN semelhante ao do vírus Oriboca , sendo um vírus rearranjado em natureza. Em adição, a análise dos 345 nt do gene Gn para sete vírus do grupo C e para a cepa BeH 5546, revelou uma diferente topologia filogenética, sugerindo um padrão de rearranjo genético entre estes vírus. Estes achados representam as primeiras evidências de rearranjo genético em natureza entre os vírus do grupo C, dos quais vários são patógenos humanos. Finalmente, nossos dados genéticos corroboraram dados de relacionamento antigênico entre esses vírus determinados utilizando métodos sorológicos (testes de fixação de complemento, inibição da hemaglutinação e neutralização), sugerindo que a associação de dados informativos aos níveis molecular, sorológico e eco-epidemiológico podem contribuir para o melhor entendimento da epidemiologia molecular dos ortobunyavírus.

Caracterização molecular dos vírus do grupo Gamboa (Bunyaviridae, Orthobunyavirus) isolados nas américas e infecção experimental em pintos (Gallus gallus domesticus) com o vírus Gamboa cepa Be AN 439546

Poucas informações estão disponíveis até o momento sobre os vírus do sorogrupo Gamboa (Bunyaviridae, Orthobunyavirus), desta forma, foi realizado, neste trabalho, estudo filogenético dos membros do sorogrupo Gamboa entre si e com outros orthobunyavírus ao nível gene Gn (M-RNA), além de infecção experimental em pintos recém nascidos da espécie Gallus gallus domesticus com a cepa Be AN 439546 do Vírus Gamboa (VGAM), e estudo sorológico em aves, outros animais silvestres e humanos de Tucuruí – Pará. A análise filogenética dos vírus do sorogrupo Gamboa demonstrou que esses vírus são geneticamente mais relacionados com membros do grupo Turlock e menos com os do grupo Simbu, e foram distribuídos em dois clados distintos (I e II), que estão de acordo com a atual classificação sorológica, de modo que o clado I inclui o complexo Gamboa e o clado II o complexo Alajuela. A cepa Be AN 439546 do VGAM apresentou tropismo pelo pulmão e fígado de pintos recém nascidos experimentalmente infectados, sendo a replicação viral nesses órgãos confirmada por imunohistoquímica, o que demonstra que o VGAM replica-se nessa ave. A detecção de anticorpos inibidores da hemaglutinação contra o VGAM e a confirmação por teste de neutralização em plasma de aves silvestres reforça a hipótese de que esses animais constituem o principal hospedeiro de amplificação no ciclo de manutenção do VGAM. Estudos moleculares do genoma completo dos vírus do sorogrupo Gamboa, assim como sobre a ecoepidemiologia do vetor e dos hospedeiros (principalmente aves), para o ciclo de replicação dos vírus, são importantes para confirmar as informações já existentes sobre esses vírus.

Caracterização molecular do vírus Melao cepas BE AR 633512 e BE AR 8033 (Bunyaviridae, Orthobunyavirus) e infecção experimental em hamsters dourados (Mesocricetus auratus)

As cepas do Virus Melao (VMEL), BE AR 8033 e BE AR 633512 foram isoladas de mosquitos Ochlerotatus (Ochlerotatus) scapularis, em Belém- PA (1955) e Alta Floresta do Oeste- RO (2000), respectivamente. Este trabalho teve como objetivo caracterizar molecularmente as cepas BE AR 633512 e BE AR 8033 e realizar estudos histopatológicos, bioquímicos e imunológicos comparativos em hamsters dourados (Mesocricetus auratus). Hamsters mostraram suscetibilidade às cepas do VMEL. A viremia em hamsters para BE AR 633512 ocorreu do 3º ao 6º dias pós-infecção (dpi.), e para a cepa BE AR 8033 ocorreu no 2º dpi. Anticorpos neutralizantes para ambas as cepas foram detectados a partir de 5 dpi., e se mantiveram até 30 dpi. As cepas testadas alteraram os marcadores bioquímicos AST, ALT e uréia, enquanto que a creatinina só apresentou alteração estatisticamente significante nos animais infectados com a cepa viral BE AR 633512, em comparação aos animais controles não infectados. Alterações histopatológicas foram observadas no SNC, fígado, rim e baço dos hamsters infectados pelas cepas do VMEL, sendo a infecção nesses órgãos confirmada por imunohistoquímica. A cepa BE AR 633512 foi mais virulenta e patogênica para hamsters que a cepa BE AR 8033. A análise genética dos genes N, Gn e Gc revelou que para os genes N e Gn, a cepa BE AR 8033 e do protótipo VMEL (TRVL 9375) são mais geneticamente relacionados. Para o gene Gc, a cepa BE AR 8033 é mais relacionada com a cepa BE AR 633512, sendo que esta última cepa apresentou maior variabilidade genética, principalmente no gene Gn com várias substituições de aminoácidos, mas as mutações no gene Gc provavelmente foram responsáveis pelo aumento da virulência e patogenicidade em hamsters.

Epidemiologia molecular do Vírus Oropouche (Bunyaviridae: Orthobunyavirus) na Amazônia brasileira

O Virus Oropouche (VORO; Bunyaviridae, Orthobunyavirus) é um dos mais importantes arbovírus que infecta humanos na Amazônia brasileira, e é causador da febre do Oropouche. Entre 1961 e 2009, um grande número de epidemias foi registrado em diferentes centros urbanos dos Estados Brasileiros do Acre, Amapá, Amazonas, Maranhão, Pará, Rondônia e Tocantins, e também no Panamá, Peru e Trinidad & Tobago. Este trabalho teve por objetivo desenvolver um estudo retrospectivo dos aspectos epidemiológicos e moleculares do VORO enfatizando sua distribuição, a dinâmica das epidemias ocorridas no período, bem como a dispersão de diferentes genótipos na América Latina e no Brasil como contribuição à epidemiologia molecular do VORO. Para tanto 66 isolamentos do VORO pertencentes ao acervo do Instituto Evandro Chagas foram propagados em camundongos e em cultura de células VERO, seguida da extração do RNA viral e obtenção do cDNA por RTPCR; os amplicons foram purificados e submetidos ao sequenciamento nucleotídico para análises moleculares e evolução, incluindo o rearranjo genético, estudo de relógio molecular e análise de dispersão viral. Foi demonstrada a presença de quatro linhagens distintas do VORO na Amazônia brasileira (genótipos I, II, III e IV), sendo os genótipos I e II, respectivamente os mais frequentemente encontrados em áreas da Amazônia ocidental e oriental. Esses e o genótipo III estão constantemente evoluindo, mediante o mecanismo “boom and boost” que resulta na emergência seguida de substituição das sublinhagens (subgenótipos) circulantes por outras mais recentes. O genótipo III do VORO, previamente encontrado somente no Panamá, foi descrito na Amazônia e Sudeste do Brasil. Os dados obtidos pela análise filogenética comparativa das topologias para os segmentos PRNA e MRNA sugerem que o VORO utiliza o rearranjo genético como mecanismo de geração de biodiversidade viral, sendo o genótipo I o mais estável e o II o mais instável e, portanto, mais sensível às pressões evolutivas; foi reconhecido um novo genótipo do VORO neste estudo em amostras isoladas em Manaus no ano de 1980, que foi denominado de genótipo IV. O estudo do relógio molecular mostrou que a emergência do VORO se deu no Estado do Pará provavelmente há 223 anos e daí ao longo dos anos se dispersou pela PanAmazônia bem como para o Caribe, sendo que o genótipo I foi o que originou os demais genótipos do VORO.

Short Report: Identification of Oropouche Orthobunyavirus in the Cerebrospinal Fluid of Three Patients in the Amazonas, Brazil

Oropouche fever is the second most frequent arboviral infection in Brazil, surpassed only by dengue. Oropouche virus (OROV) causes large and explosive outbreaks of acute febrile illness in cities and villages in the Amazon and Central-Plateau regions. Cerebrospinal fluid (CSF) samples from 110 meningoencephalitis patients were analyzed. The RNA extracted from fluid was submitted to reverse transcription-polymerase chain reaction and sequencing to identify OROV. Three CSF samples showed the presence of OROV causing infection in the central nervous system (CNS). These patients are adults. Two of the patients had other diseases affecting CNS and immune systems: neurocysticercosis and acquired immunodeficiency syndrome, respectively. Nucleotide sequence analysis showed that the OROV from the CSF of these patients belonged to genotype I. We show here that severe Oropouche disease is occurring during outbreaks of this virus in Brazil

Modulation of potassium channels inhibits bunyavirus infection

Bunyaviruses are considered to be emerging pathogens facilitated by the segmented nature of their genome that allows reassortment between different species to generate novel viruses with altered pathogenicity. Bunyaviruses are transmitted via a diverse range of arthropod vectors, as well as rodents, and have established a global disease range with massive importance in healthcare, animal welfare and economics. There are no vaccines or anti-viral therapies available to treat human bunyavirus infections and so development of new anti-viral strategies is urgently required. Bunyamwera virus (BUNV; genus Orthobunyavirus) is the model bunyavirus, sharing aspects of its molecular and cellular biology with all Bunyaviridae family members. Here, we show for the first time that BUNV activates and requires cellular potassium (K+) channels to infect cells. Time of addition assays using K+ channel modulating agents demonstrated that K+ channel function is critical to events shortly after virus entry but prior to viral RNA synthesis/replication. A similar K+ channel dependence was identified for other bunyaviruses namely Schmallenberg virus (Orthobunyavirus) as well as the more distantly related Hazara virus (Nairovirus). Using a rational pharmacological screening regimen, twin-pore domain K+ channels (K2P) were identified as the K+ channel family mediating BUNV K+ channel dependence. As several K2P channel modulators are currently in clinical use, our work suggests they may represent a new and safe drug class for the treatment of potentially lethal bunyavirus disease.

Concurrent dengue and malaria in the Amazon region

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

In vitro study of antiviral activity of mycophenolic acid on Brazilian orthobunyaviruses

Objective: Oropouche, Caraparu, Guama, Guaroa and Tacaiuma are ssRNA viruses that belong to the genus Orthobunyavirus and have been associated with human febrile illnesses and/or encephalitis. In this study, we evaluated the antiviral action of mycophenolic acid (MPA) on these orthobunyaviruses to achieve a therapeutic agent to treat the diseases caused by these viruses. Methods: the in vitro antiviral evaluation to MPA was done by using plaque assay at different periods of treatment. Results: Results showed that MPA at a concentration of 10 mu g/ml has significant antiviral activity on Tacaiuma virus when treatment was initiated either 24 h before or 2 h after viral infection. Moreover, MPA has an inhibitory effect on Guama virus replication, but only when treatment was initiated before cell infection. Addition of guanosine in the culture reverted the inhibitory effect of MPA on Tacaiuma and Guama viruses, suggesting that the antiviral activity of this substance was via depletion of the intracellular guanosine pool. Conclusion: Our results suggest that MPA would not be a good therapeutic agent to treat the diseases caused by Oropouche, Caraparu, Guama, Guaroa, and Tacaiuma viruses.

Estudo de arboviroses em pacientes positivos para malária da região Amazônica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Diagnóstico molecular de arboviroses brasileiras em soros de pacientes com doença febril aguda

Pós-graduação em Microbiologia - IBILCE

Caracterização da resposta imune citocínica na infecção humana pelo vírus oropouche e sua relação com o padrão de soroconversão e a presença de sintomas

A tese aqui apresentada trata-se do primeiro estudo em nível mundial que pesquisa e caracteriza a resposta imune citocínica em infecções humanas pelo Orthobunyavirus Oropuche. Como metodologia para o alcance dos objetivos aqui apresentados foi utilizado um total de 320 amostras de soros humanos, onde 60 destas foram provenientes de Banco de Sangue (Controle negativo) e 260 foram obtidas mediante dois surtos do Vírus Oropouche nos Estados do Pará e Amapá (Brasil), sendo estas últimas divididas em oito subgrupos para obtenção dos dados com exatidão. Nas amostras coletadas foram realizadas análises dos dados clínicos/sintomatologia através dos prontuários, dados sorológicos através da titulação de anticorpos por Inibição da Hemaglutinação (IgM/IgG) e detecção do nível de citocinas plasmáticas por citometria de fluxo a qual permitiu a descrição técnica da dosagem de citocinas possibilitando ainda a análise de frequência de baixos e altos produtores de citocina. Os dados obtidos permitiram observar as variáveis e o comportamento das assinaturas de citocinas expressas pelos pacientes mediante a confirmação sorológica do vírus, bem como o comportamento destes analitos séricos quando da presença de sintomas específicos como febre, calafrios, cefaléia e tontura, permitindo assim que se chegasse à conclusão que a) existe um padrão na síntese de citocinas pró-inflamatórias e reguladoras; b) observa-se um balanço no perfil da resposta imune entre citocinas pró-inflamatórias (Th1) e moduladoras (Th17); c) a infecção pelo Vírus Oropouche altera a produção das citocinas nos indivíduos; d) os resultados mostram também que ao comparar os indivíduos Não respondedores com os Respondedores precoces, houve aumento da IL-1β e diminuição da IL-12; Não respondedores com Respondedores tardios, houve diminuição da IL-8, e aumento da IFN-α, IL-23 e IL-17; Não respondedores comparados com Respondedores precoces ocorreram o aumento de IL-4 e IFN-; Já quando comparado Respondedores precoces e respondedores tardios houve diminuição de IFN-α e IL-6; Respondedores precoces de forma geral apresentaram diminuição da IL-10 e Respondedores tardios apresentaram aumento da IL-5; e) Os resultados mostram ainda a expressão de IL-5 em pacientes que manifestaram os sintomas específicos para a infecção pelo Oropouche (febre, calafrios, cefaléia e tontura), sugerindo este sinal estar associado diretamente à patogênese do vírus; f) há a necessidade da complementação desta pesquisa com mais estudos como àqueles relacionados com a expressão de quimiocinas.

Experimental infection of suckling mice by subcutaneous inoculation with Oropouche virus

Oropouche virus, of the family Bunyaviridae, genus Orthobunyavirus, serogroup Simbu, is an important causative agent of arboviral febrile illness in Brazil. An estimated 500,000 cases of Oropouche fever have occurred in Brazil in the last 30 years, with recorded cases also in Panama, Peru, Suriname and Trinidad. We have developed an experimental model of Oropouche virus infection in neonatal BALB/c mouse by subcutaneous inoculation. The vast majority of infected animals developed disease on the 5th day post infection, characterized mainly by lethargy and paralysis, progressing to death within 10 days. Viral replication was documented in brain cells by in situ hybridization, immunohistochemistry and virus titration. Multi-step immunohistochemistry indicated neurons as the main target cells of OROV infection. Histopathology revealed glial reaction and astrocyte activation in the brain and spinal cord, with neuronal apoptosis. Spleen hyperplasia and mild meningitis were also found, without viable virus detected in liver and spleen. This is the first report of an experimental mouse model of OROV infection, with severe involvement of the central nervous system, and should become useful in pathogenesis studies, as well as in preclinical testing of therapeutic interventions for this emerging pathogen. (c) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Serosurveillance of Schmallenberg virus in Switzerland using bulk tank milk samples.

Infections with Schmallenberg virus (SBV), a novel Orthobunyavirus transmitted by biting midges, can cause abortions and malformations of newborns and severe symptoms in adults of domestic and wild ruminants. Understanding the temporal and spatial distribution of the virus in a certain territory is important for the control and prevention of the disease. In this study, seroprevalence of antibodies against SBV and the spatial spread of the virus was investigated in Swiss dairy cattle applying a milk serology technique on bulk milk samples. The seroprevalence in cattle herds was significantly higher in December 2012 (99.5%) compared to July 2012 (19.7%). This high between-herd seroprevalence in cattle herds was observed shortly after the first detection of viral infections. Milk samples originating from farms with seropositive animals taken in December 2012 (n=209; mean 160%) revealed significantly higher S/P% ratios than samples collected in July 2012 (n=48; mean 103.6%). This finding suggests a high within-herd seroprevalence in infected herds which makes testing of bulk tank milk samples for the identification farms with past exposures to SBV a sensitive method. It suggests also that within-herd transmission followed by seroconversion still occurred between July and December. In July 2012, positive bulk tank milk samples were mainly restricted to the western part of Switzerland whereas in December 2012, all samples except one were positive. A spatial analysis revealed a separation of regions with and without positive farms in July 2012 and no spatial clustering within the regions with positive farms. In contrast to the spatial dispersion of bluetongue virus, a virus that is also transmitted by Culicoides midges, in 2008 in Switzerland, the spread of SBV occurred from the western to the eastern part of the country. The dispersed incursion of SBV took place in the western part of Switzerland and the virus spread rapidly to the remaining territory. This spatial pattern is consistent with the hypothesis that transmission by Culicoides midges was the main way of spreading.

Genetic stability of Schmallenberg virus in vivo during an epidemic, and in vitro, when passaged in the highly susceptible porcine SK-6 cell line

Schmallenberg virus (SBV), an arthropod-borne orthobunyavirus was first detected in 2011 in cattle suffering from diarrhea and fever. The most severe impact of an SBV infection is the induction of malformations in newborns and abortions. Between 2011 and 2013 SBV spread throughout Europe in an unprecedented epidemic wave. SBV contains a tripartite genome consisting of the three negative-sense RNA segments L, M, and S. The virus is usually isolated from clinical samples by inoculation of KC (insect) or BHK-21 (mammalian) cells. Several virus passages are required to allow adaptation of SBV to cells in vitro. In the present study, the porcine SK-6 cell line was used for isolation and passaging of SBV. SK-6 cells proved to be more sensitive to SBV infection and allowed to produce higher titers more rapidly as in BHK-21 cells after just one passage. No adaptation was required. In order to determine the in vivo genetic stability of SBV during an epidemic spread of the virus the nucleotide sequence of the genome from seven SBV field isolates collected in summer 2012 in Switzerland was determined and compared to other SBV sequences available in GenBank. A total of 101 mutations, mostly transitions randomly dispersed along the L and M segment were found when the Swiss isolates were compared to the first SBV isolated late 2011 in Germany. However, when these mutations were studied in detail, a previously described hypervariable region in the M segment was identified. The S segment was completely conserved among all sequenced SBV isolates. To assess the in vitro genetic stability of SBV, three isolates were passage 10 times in SK-6 cells and sequenced before and after passaging. Between two and five nt exchanges per genome were found. This low in vitro mutation rate further demonstrates the suitability of SK-6 cells for SBV propagation.