UNIVERSITEIT GENT FACULTEIT DIERGENEESKUNDE. Academiejaar

Transcriptie

1 UNIVERSITEIT GENT FACULTEIT DIERGENEESKUNDE Academiejaar VERSPREIDING VAN SCHMALLENBERGVIRUS VIA VECTOREN, EEN VERGELIJKING MET BLAUWTONGVIRUS door Alida TAVENIER Promotoren: Prof. dr. Hans Nauwynck Literatuurstudie in het kader Drs. Lennert Steukers van de Masterproef 2013 Alida Tavenier

2

3 Universiteit Gent, haar werknemers of studenten bieden geen enkele garantie met betrekking tot de juistheid of volledigheid van de gegevens vervat in deze masterproef, noch dat de inhoud van deze masterproef geen inbreuk uitmaakt op of aanleiding kan geven tot inbreuken op de rechten van derden. Universiteit Gent, haar werknemers of studenten aanvaarden geen aansprakelijkheid of verantwoordelijkheid voor enig gebruik dat door iemand anders wordt gemaakt van de inhoud van de masterproef, noch voor enig vertrouwen dat wordt gesteld in een advies of informatie vervat in de masterproef.

4 UNIVERSITEIT GENT FACULTEIT DIERGENEESKUNDE Academiejaar VERSPREIDING VAN SCHMALLENBERGVIRUS VIA VECTOREN, EEN VERGELIJKING MET BLAUWTONGVIRUS door Alida TAVENIER Promotoren: Prof. dr. Hans Nauwynck Literatuurstudie in het kader Drs. Lennert Steukers van de Masterproef 2013 Alida Tavenier

5 VOORWOORD Mijn masterproef wilde ik graag over het Schmallenbergvirus schrijven, een onderwerp wat niet op de lijst stond. Ik wil daarom professor dr. Hans Nauwynck bedanken omdat hij met veel enthousiasme dit onderwerp heeft aangenomen. Mijn dank gaat ook uit naar drs. Lennert Steukers, die met geduld en enthousiasme veel tijd heeft gestoken in het begeleiden van het schrijven van mijn masterproef. Daarnaast wil ik Daniël Tavenier, Judith Nannes en Jurgen Runge bedanken voor het lezen van mijn werk en hun opbouwende kritiek. Martijn van Doorn en Stéphanie Caron wil ik graag bedanken voor hun voortdurende steun tijdens het schrijven van mijn masterproef en hulp bij de lay-out.

6 SAMENVATTING... 1 INLEIDING VECTOREN WAT ZIJN VECTOREN ARBOVIRUSSEN Karakteristieken van de vertebraat gastheer Karakteristieken van de vector Een overzicht van de cyclus van arbovirussen Infectie van het mesenteron Verspreiding van het virus in het haemocoel Infectie van de speekselklieren van de vector Transovariële transmissie en venerische transmissie VECTOR-BORNE DISEASES IN DE BENELUX SCHMALLENBERGVIRUS BLAUWTONGVIRUS VECTOR-BORNE DISEASES EN HUN VERSPREIDING VIA VECTOREN Barrières bij het infecteren van de vector, de verspreiding binnen de vector en de overdracht naar een gastheer De vector en het klimaat De aanwezigheid van geschikte gastheren Niveau van immuniteit bij de gastheren TOEKOMST EN PREVENTIE VOOR HET SCHMALLENBERGVIRUS SCENARIO VOOR DE TOEKOMST WAT ZOU ER GEDAAN KUNNEN WORDEN TEGEN OPKOMENDE ZIEKTEN? BESPREKING REFERENTIES... 24

7 SAMENVATTING In 2011 is het Schmallenbergvirus voor de eerste maal gediagnosticeerd in Noord-Europa. Dit virus veroorzaakt bij volwassen dieren vaak enkel koorts en melkdaling. Bij dieren die geïnfecteerd worden tijdens de dracht daarentegen kunnen ernstige congenitale foetale afwijkingen gezien worden zoals hydranencephalie en arthrogryposis. De verspreiding van het Schmallenbergvirus vindt plaats door middel van vectoren. Vector-overdraagbare ziekten worden gezien als emerging diseases, ook wel opkomende ziekten genoemd. Klimaatverandering, landgebruik, waterbeheer en urbanisatie kunnen een belangrijke invloed hebben op de verspreiding van de vectoren en vector-overdraagbare ziekten. Het Schmallenbergvirus kan worden vergeleken met het Blauwtongvirus. In was er onverwacht een grote uitbraak van Blauwtongvirus in Noord-Europa. Beide virussen zijn arbovirussen en worden overgedragen door verschillende Culicoides species. De cyclus van arbovirussen bestaat uit een aantal fasen. De vector neemt een bloedmaaltijd bij een viraemische gastheer waardoor viruspartikels in het midden deel van de darm van de vector terecht komen, het mesenteron. In de darmwand vindt de eerste replicatie plaats. Het virus verspreidt vervolgens via het haemocoel naar andere organen. Het virus kan in de speekselklieren van de vector terecht komen waar het na replicatie overgedragen kan worden naar een volgende gevoelige gastheer. Verschillende factoren hebben echter een invloed op deze transmissie cirkel. De vector is voor zijn bestaan en virustransmissie sterk afhankelijk van het klimaat. Daarnaast is van belang dat gevoelige gastheren samen voorkomen met competente vectoren. Kennis over de vector is van groot belang om de introductie van vector-overdraagbare ziekten te voorkomen of hun verspreiding te beperken. Behalve vaccinatie zijn niet veel maatregelen effectief om de verspreiding van deze ziekten tegen te gaan. Voor het Schmallenbergvirus wordt aangenomen dat tijdens de grote uitbraak in 2011 veel dieren immuniteit tegen het virus ontwikkeld hebben, waardoor men verwacht dat de komende tijd niet veel malformaties in foetussen meer zullen voorkomen. SLEUTELWOORDEN: Arbovirus - Blauwtongvirus - Culicoides - opkomende ziekten - Schmallenbergvirus 1

8 INLEIDING Vector-overdraagbare ziekten worden beschouwd als emerging diseases, ook wel opkomende ziekten genoemd. Een recent voorbeeld hiervan is het Schmallenbergvirus. Door dit virus te vergelijken met het Blauwtongvirus, waarvan in een grote uitbraak plaatsvond in Noord-Europa, kan een beeld verkregen worden over de effectieve bestrijding van opkomende vector-overdraagbare ziekten. Schmallenbergvirus en Blauwtongvirus worden immers beiden verspreid door middel van verschillende Culicoides species. Beide virussen worden daarom ook wel arbovirussen genoemd, wat komt van arthropod-borne virus. (Steukers et al., 2012; Meiswinkel et al., 2008). Culicoides spp zijn kleine insecten (<3 mm) waarvan de vrouwtjes haematofaag zijn, omdat ze proteïnen nodig hebben voor de productie van eitjes. Opmerkelijk aan arbovirussen is dat een deel van de levenscyclus in de vector plaatsvindt en een deel in de gastheer. Het virus moet daarom aangepast zijn zowel aan de vector, een invertebraat, als aan de gastheer, een vertebraat. Daarnaast mag het virus niet te veel schade veroorzaken in de vector zodat deze het virus kan overdragen naar een volgende gevoelige gastheer. Er zijn veel factoren die een invloed hebben op de verspreiding van vector-overdraagbare ziekten (Clements, 2012b). In deze literatuurstudie zal een inschatting gemaakt worden welke factoren van belang zijn voor de verspreiding van het Schmallenbergvirus en of de controle maatregelen welke gebruikt werden voor de bestrijding van het Blauwtongvirus ook effectief zijn voor de bestrijding van het Schmallenbergvirus. Wat kunnen we verwachten van het Schmallenbergvirus in de toekomst? 2

9 1. VECTOREN 1.1. WAT ZIJN VECTOREN Volgens het Zakwoordenboek der Geneeskunde (Jochems en Joosten, 2003) is een vector: letterlijk drager. Overbrenger - meestal een insect - van ziektekiemen; zo is de Anopheles de vector van de malariaparasiet. Al vroeg zag men in dat er een relatie bestond tussen bepaalde insecten en ziekte bij mensen en dieren. In 1877 werd dit voor het eerst aangetoond. Patrick Manson demonstreerde dat een humane parasiet, Wuchereria bancrofti, overgedragen wordt tussen mensen door middel van een mug, Culex pipiens fatigans (Gubler, 2009). Bij vector-borne diseases, oftewel vector-overdraagbare ziekten, worden voornamelijk invertebraten, meestal arthropoden, als vectoren beschouwd. Vertebraten kunnen echter ook als vector dienen. Een voorbeeld van een vertebraat als vector is de vector voor het Hantavirus. Hantavirus is een genus in de familie Bunyaviridae, dezelfde familie waaronder ook het Schmallenbergvirus geklasseerd wordt. Hantavirus heeft voornamelijk Rodentia, bijvoorbeeld ratten, als vector en reservoirgastheer. Mensen worden vervolgens geïnfecteerd met het Hantavirus door middel van inhalatie van opgedroogde excreties van persistent geïnfecteerde Rodentia (Hart en Bennett, 1999). Infectieuze agentia die door een vector kunnen worden overgedragen zijn nematoden of rondwormen, protozoa, bacteriën en virussen (Gubler, 2009). De overdracht van een infectieus agens van de ene gastheer naar de volgende gastheer, door middel van een vector, is een vorm van indirecte transmissie. Het infectieuze agens infecteert noodzakelijk meer dan een gastheer tijdens de levenscyclus. Er kan een onderscheid gemaakt worden tussen mechanische of biologische transmissie. Wanneer er sprake is van mechanische transmissie zal het infectieuze agens geen schade aanrichten en zich niet reproduceren in de vector. De tijd tussen de overdracht van een infectieus agens van de gastheer naar de vector en vervolgens van de vector naar de volgende gastheer mag hooguit een paar uur zijn voor de succesvolle overdracht van dit infectieus agens. Bij biologische transmissie daarentegen vindt een deel van de levenscyclus van het infectieuze agens in de vector plaats. De tijd die nodig is vooraleer het agens het infectieuze stadium bereikt heeft in de vector en kan worden overgedragen naar een volgende gastheer, wordt de extrinsieke incubatieperiode genoemd (Clements, 2012b). De belangrijkste elementen voor het ontstaan van vector-overdraagbare ziekten zijn: (1) een overvloed aan vectoren; (2) het wijdverspreid zijn van infectieuze agentia aangepast aan de vector en de gastheer; (3) de omgevingsomstandigheden, zoals vochtigheid en temperatuur; en (4) het herstellingsvermogen van de gastheerpopulatie (Gubler, 2009) ARBOVIRUSSEN Het Schmallenbergvirus is een arbovirus (Steukers et al., 2012). De naam arbovirus komt van arthropod-borne virus. De algemeen aanvaarde definitie van een arbovirus is: een virus dat in de natuur haematofage arthropoden kan infecteren door de opname van geïnfecteerd bloed van een vertebraat. Het virus vermeerdert vervolgens in de weefsels van de arthropode en wordt overgedragen door het steken van een andere gevoelige vertebraat (Mellor, 2000). 3

10 Karakteristieken van de vertebraat gastheer Er worden verschillende gastheren onderscheiden. Onder een definitieve gastheer wordt verstaan: een gastheer waarin het infectieuze agens een deel van de levenscyclus doorbrengt en waarin het seksueel volwassen stadium wordt bereikt. In een intermediaire gastheer brengt het infectieuze agens een deel van de levenscyclus door zonder het seksueel volwassen stadium te bereiken, of waarin enkel aseksuele stadia voorkomen. Niet alle vertebraat gastheren die geïnfecteerd kunnen worden met een bepaald arbovirus, zijn een onderdeel van de replicatiecyclus van dit virus. Een competente gastheer ontwikkelt na infectie een viraemie met voldoende hoge titer die lang genoeg aanwezig blijft om een haematofaag insect te infecteren. Hierdoor neemt het aantal geïnfecteerde insecten toe binnen de vectorpopulatie, waardoor ook het aantal geïnfecteerde gastheren zal toenemen. De transmissiecirkel is hierdoor rond. Een incompetente gastheer, ook wel blind eindigende gastheer genoemd, ontwikkelt geen viraemie waarvan de titer hoog genoeg is of die lang genoeg duurt om een haematofaag insect te kunnen infecteren. Met de term reservoir gastheer wordt een vertebraat species of een individuele vertebraat gastheer bedoeld die lange tijd overleeft na infectie door een bepaald infectieus agens en gedurende deze tijd een bron van transmissie blijft voor dit agens (Clements, 2012a) Karakteristieken van de vector Een insect is vectorcompetent wanneer deze geschikt is om geïnfecteerd te worden door een infectieus agens en waarin het agens de mogelijkheid heeft om zich te vermenigvuldigen om vervolgens naar een nieuwe gastheer te worden overgedragen. Andere karakteristieken, naast vectorcompetentie, die belangrijk zijn voor de overdracht van een infectieus agens door middel van een vector zijn het samen voorkomen in ruimte en tijd van de vector en de gastheer en een geschikte gastheervoorkeur van de volwassen vrouwelijke insecten, die een bloedmaaltijd zullen nemen bij de gastheer. Insecten met vectorcompetentie die deze karakteristieken vertonen hebben vectorcapaciteit (Clements, 2012b). De gekende vectoren van arbovirussen zijn: muggen, zandvliegen (Phlebotominae), knutten (Culicoides spp.), kriebelmuggen (Simuliidae) en teken (Ixodida) (Mellor, 2000) Een overzicht van de cyclus van arbovirussen Er zijn drie, soms vier fasen in de ontwikkeling van het virus in de vector: (1) virale infectie en replicatie van het virus in cellen van het mesenteron, gevolgd door ontsnappen van viruspartikels naar het haemocoel; (2) verspreiding van de viruspartikels in het haemocoel, met of zonder secundaire vermeerdering in organen in het haemocoel; (3) virale infectie van de speekselklieren en vervolgens transmissie van het virus tijdens het steken van een vertebraat gastheer en (4) virale infectie van de voortplantingsorganen en venerische of transovariële transmissie. Na opname van bloed van een viraemische gastheer zal de virustiter in een competente vector eerst dalen. Dit wordt de eclipsfase (het virus is niet te detecteren) of partiële eclipsfase genoemd (het virus is nog te detecteren). Deze daling is te wijten aan inactivatie van viruspartikels in de vijandige 4

11 omgeving van het darmkanaal van de vector (het mesenteron) en anale excretie van het virus. Na een variabele periode stijgt de virustiter doordat er meer replicatie van het virus plaatsvindt dan inactivatie. Uiteindelijk zal een plateaufase bereikt worden. Er wordt gesuggereerd dat dit plateau te danken is aan het vermogen van de vector om de virustiter te controleren of te moduleren en daardoor pathologische effecten van de infectie te vermijden (Hardy et al., 1983). Vrijlating van viruspartikels uit cellen vindt bij de vector plaats door middel van membraanvesikels die afgesnoerd worden van de cel, zonder de cel te beschadigen. Vrijlating van viruspartikels vindt ook bij de vertebraat gastheer plaats door middel van membraanvesikels, maar in tegenstelling tot de vector vindt vrijlating van viruspartikels ook plaats door middel van uitstoting samen met afval van het celoppervlak. Dit beschadigt de celmembraan waardoor de cel kan afsterven. De virustiter in de vector varieert naargelang het virus, de vector en de omgevingstemperatuur (Fu, 1995). Fig. 1: De rode pijlen geven schematisch de route weer welke het virus kan afleggen in de vector. 1: steekapparaat; 2: speekselklier; 3: mesenteron; 4: buizen van Malpighi; 5: anus; 6: ovarium; 7; vagina; 8: haemocoel (naar: Mellor, 2000). 5

12 Infectie van het mesenteron Het voorste en achterste gedeelte van de darm van een insect zijn afgelijnd door cuticula. Het middelste gedeelte van de darm, het mesenteron, is afgelijnd door eenlagig cilindrisch epitheel, met een basaalmembraan aan de kant van het haemocoel. Het mesenteron is de plaats welke geïnfecteerd wordt door arbovirussen en waar de initiële replicatie plaatsvindt. Wanneer de bloedmaaltijd in dit deel van het darmkanaal terecht komt, worden de epitheelcellen platter en vormen een plaveiselepitheel door de sterke uitzetting van de darm. Sterke connecties tussen de cellen maken het mogelijk dat het eenlagig epitheel deze krachten kan weerstaan. Voor de initiatie van virale infectie van de cellen van het mesenteron is een voldoende hoge concentratie van het virus nodig om over de drempelwaarde van infectie te komen. Deze concentratie kan bereikt worden door eenmalige opname van bloed met een voldoende hoge virustiter of door meerdere bloedmaaltijden met een lage virustiter. Voor penetratie van het virus in de cellen is binding aan een specifieke receptor vereist. Vervolgens zal het virus vermeerderen in de cellen van het mesenteron. Replicatie begint in afzonderlijke cellen en spreidt vervolgens van cel naar cel. Waarschijnlijk gebeurt dit door absorptie en penetratie door de basolaterale plasmamembraan. Voor de verspreiding van de viruspartikels vanuit het mesenteron naar het haemocoel wordt aangenomen dat er een actief transportmechanisme bestaat, aangezien de poriëngrootte van de basaalmembraan slechts 10 nm is en de meeste viruspartikels veel groter zijn dan dat. Piekconcentraties worden bereikt na één tot vijf dagen, afhankelijk van het virus, de vector, en de omgevingstemperatuur (Clements, 2012a; Mellor, 2000) Verspreiding van het virus in het haemocoel Wanneer het virus zich in het haemocoel bevindt kunnen andere organen in de vector geïnfecteerd worden, zoals de speekselklieren, voortplantingsorganen, ganglia, vetweefsel, pericard, buizen van Malpighi en spieren. Welke organen geïnfecteerd worden is afhankelijk van de vector en het virus. Infectie van de speekselklieren is noodzakelijk voor de orale transmissie van het virus. Infectie van de voortplantingsorganen is noodzakelijk voor de venerische of transovariële transmissie (Beaty en Thompson, 1978) Infectie van de speekselklieren van de vector Er wordt gesuggereerd dat arbovirussen de speekselklieren van de vector kunnen infecteren via de haemolymfe of via de progressieve opeenvolgende infecties van organen. Waarschijnlijk gebruiken de meeste arbovirussen beide infectiewegen. In de speekselklieren vindt vermeerdering van het virus plaats. Er is aangetoond dat de morfogenese van arbovirussen in de cellen van de speekselklieren lijkt op deze in de cellen van vertebraten, behalve dat er bij de vector geen cytopathologie lijkt te zijn (Fu et al., 1999). Vrouwelijke insecten waarvan de speekselklieren geïnfecteerd zijn, blijven vermoedelijk voor de rest van hun leven infectieus (Doi et al., 1967). 6

13 Transovariële transmissie en venerische transmissie Transovariële transmissie is een vorm van verticale transmissie. Een infectieus agens invadeert de oöcyten in het ovarium waardoor het nageslacht geïnfecteerd zal zijn met het virus (Clements, 2012b). De efficiëntie wordt bepaald door de proportie geïnfecteerde vrouwelijke insecten die het virus overdragen naar hun nageslacht en de proportie van het nageslacht dat geïnfecteerd wordt door transovariële transmissie door een vrouwelijk insect. Het vermogen van transovariële transmissie is belangrijk voor de overleving van een arbovirus in koude of droge perioden (overwintering), het virus blijft aanwezig ondanks de afwezigheid van actieve volwassen vectoren en geïnfecteerde vertebraten. Voor verschillende virussen is transovariële transmissie aangetoond, waaronder virussen van de familie Togaviridae, Rhabdoviridae, Bunyaviridae, Reoviridae en Phleboviridae. Er is een groot verschil in efficiëntie van transovariële transmissie naargelang het insectspecies en het virus (Turell, 1988). Venerische transmissie is de overdracht van een arbovirus in het semen van een mannelijk insect naar een niet-geïnfecteerd vrouwelijk insect tijdens copulatie (Clements, 2012b). De meeste mannelijke haematofage insecten nemen geen bloedmaaltijd bij vertebraten en kunnen daardoor niet horizontaal (door steken) besmet worden. De mannelijke insecten kunnen wel geïnfecteerd worden door transovariële transmissie, waarna ze eventueel ook de vrouwelijke insecten venerisch kunnen besmetten. Venerische transmissie vergroot net als transovariële transmissie de overlevingskansen van het virus, virusverspreiding is mogelijk in afwezigheid van geïnfecteerde vertebraten (Mellor, 2000). 2. VECTOR-BORNE DISEASES IN DE BENELUX Emerging diseases, oftewel opkomende ziekten, zijn ziekten die plots verschijnen in een populatie waar ze nog niet eerder aanwezig waren, of nog niet eerder gediagnosticeerd waren. Er zijn verschillende manieren waarop een opkomende ziekte kan ontstaan. Een bestaande pathogeen kan verspreiden naar een gebied waar het eerder nog niet voorkwam. Een andere mogelijkheid is een pathogeen welke een mutatie ondergaat met als gevolg een wijziging in virulentie of aanpassing aan nieuwe gastheren. Een pathogeen kan ook nog volledig onbekend zijn wanneer het voor de eerste keer gediagnosticeerd wordt (Dewulf, 2012). Vector-overdraagbare ziekten waren verantwoordelijk voor circa 30 procent van alle opgekomen infectieuze ziekten tussen 1990 en Mogelijke oorzaken hiervan zijn het toegenomen reisgedrag, globalisering van handel en transport, klimatologische en ecologische veranderingen en verhoogde productie van vee (Jones et al., 2008). Hieronder zullen achtereenvolgens twee opkomende virussen besproken worden: (1) Het Schmallenbergvirus, recent een nieuw virus in Noord-Europa, (2) het Blauwtongvirus, dat in 2006 voor het eerst in Noord-Europa gediagnosticeerd werd. 7

14 2.1. SCHMALLENBERGVIRUS In oktober 2011 werd bij melkvee in Noordwest-Duitsland en Oost-Nederland een onbekend syndroom gezien bestaande uit koorts, daling van de melkproductie en waterige diarree. Gekende infectieuze agentia die deze symptomen zouden kunnen verklaren, zoals parasitaire infecties, salmonella, paratuberculose, herpesvirussen en boviene virale diarree virus konden niet worden aangetoond. Bij nader onderzoek werden door middel van whole genome sequencing sequenties van orthobunyavirussen gevonden. Enige tijd later werden congenitale malformaties gevonden bij lammeren en later ook bij kalveren. Het nieuwe virus wordt nu het Schmallenbergvirus genoemd, naar de plaats Schmallenberg in Duitsland waar het virus voor het eerst werd aangetoond (Tarlinton et al., 2012). Het Schmallenbergvirus (SBV) behoort tot de familie Bunyaviridae en vertoont de meeste gelijkenis met de Simbugroep orthobunyavirussen. Dit zijn sferische RNA-virussen met een envelop, met een diameter van ongeveer 120 nm. Het gesegmenteerde genoom bestaat uit een L (large), M (medium) en S (small) segment, die zich alle drie in een afzonderlijk capsied bevinden binnen in het virion. Het genoom codeert voor vier structurele proteïnen: het nucleocapsied proteïne (N), twee glycoproteïnen (Gn en Gc) en het virale polymerase. Bij enkele bunyavirussen, onder andere de meeste leden van de orthobunyavirussen, komen twee bijkomende niet-structurele proteïnen voor: NSs en NSm. Net als andere gesegmenteerde RNA-virussen, bijvoorbeeld influenzavirussen, kunnen leden van de Bunyaviridae ontsnappen aan de adaptieve immuunrespons van de gastheer door middel van antigene drift en shift. De hoge mutatiesnelheid van het viraal RNA-polymerase kan leiden tot variatie in het virale genoom, dit is antigene drift. Daarnaast kunnen gerelateerde leden van de Bunyaviridae genoomsegmenten uitwisselen tijdens een gemengde infectie. Deze reassortering kan leiden tot nieuwe varianten van immunogene virale proteïnen waaraan de gastheer nog niet is aangepast. Dit wordt antigene shift genoemd (Walter en Barr, 2011; Steukers et al., 2012). De orthobunyavirussen worden voornamelijk overgedragen door Ceratopogonidae, ook wel knutten genoemd, waarvan de Culicoides spp. de belangrijkste vectoren zijn. Culicoides zijn kleine insecten (<3 mm) waarvan de vrouwtjes haematofaag zijn. Culicoides komen voor op elk bewoond continent en planten zich voort in een verscheidenheid van semi-aquatische plaatsen. De meeste Culicoides van veterinair belang planten zich voort in organisch verrijkte vochtige aarde, wat voorkomt in en rond het bedrijf waar de gastheer zich bevindt (Wilson en Mellor, 2009). Een recente studie toonde aan dat Culicoides de vectoren zijn voor het SBV. Met behulp van real-time reverse transcription PCR (rrt- PCR) werd het S-segment gedetecteerd in de kopjes van gevangen Culicoides en vervolgens ook het L-segment ter bevestiging. Deze test was positief voor C. obsoletus complex, C. obsoletus s.s., C. dewulfi en C. chiopterus species. Doordat men enkel de kopjes heeft geanalyseerd, is dit een sterke indicatie dat dit biologische vectoren zijn, waarbij het virus de speekselklieren heeft bereikt. Zou men de volledige mug geanalyseerd hebben, dan zou de test ook positief kunnen zijn na een bloedmaaltijd bij een viraemisch vertebraat gastheer, wat nog niet zou aantonen dat het daadwerkelijk biologische vectoren zijn (De Regge et al., 2012). 8

15 Infectie van een dier met een bunyavirus via een vector resulteert in verspreiding van het virus via de bloedbaan naar verschillende weefsels, waar replicatie zal plaatsvinden. Perifere replicatie leidt vervolgens tot een viraemie die ongeveer een week duurt (Weber en Elliott, 2002). Bij infectie van een drachtig dier met het SBV kan het virus tijdens deze viraemie via de placenta spreiden naar de foetale circulatie wat kan leiden tot abortus of congenitale afwijkingen bij de nakomeling. De foetus is gevoelig voor infectie met het SBV tussen 28 en 50 dagen dracht. Vanaf 28 dagen dracht ontwikkelen de placentomen, dit zijn de functionele uitwisselingseenheden tussen moeder en foetus in de placenta van herkauwers. De neuronen in de hersenen lijken de belangrijkste plaats te zijn voor virusreplicatie in de foetus. Dit kan leiden tot cavitatie van de witte stof van het cerebrum en cerebellaire hypoplasie. Vanaf 50 dagen dracht ontwikkelt de bloed-hersenbarrière zich in de foetus en heeft het virus geen toegang meer tot de hersenen. De aanwezigheid van een intacte bloed-hersenbarrière, zoals bij volwassen dieren, kan verklaren waarom bij volwassen dieren een infectie met het SBV mild verloopt zonder zichtbare aantasting van het centraal zenuwstelsel. Naast aantasting van het centraal zenuwstelsel worden bij de foetus ook spierhypoplasie en demyelinisatie waargenomen. SBV infecteert de neuronen van de grijze stof van het ruggenmerg, wat de suggestie wekt dat spierhypoplasie en musculaire defecten secundair zijn aan de schade aan het centraal zenuwstelsel (Varela et al., 2013). Naast spierhypoplasie worden musculoskeletale afwijkingen zoals arthrogryposis, brachygnathia inferior, torticollis, kyphosis, lordosis en scoliosis vaak waargenomen (Herder et al., 2012). Replicatie van het virus in zoogdieren vindt uitsluitend plaats in het cytoplasma. Interferon type I (IFN) is een eerste belangrijke afweer door geïnfecteerde cellen tegen bunyavirussen. IFN-productie wordt geïnduceerd wanneer verschillende receptoren pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) herkennen. De daaropvolgende activatie van transcriptiefactoren (zoals nuclear factor ĸB en IFN regulatory factor 3) leidt tot de expressie van verschillende antivirale genproducten waaronder Mx A, waarvan is aangetoond dat het de replicatie van orthobunyavirussen inhibeert. Orthobunyavirussen daarentegen beschikken over het NSs proteïne, een noodzakelijke virulentiefactor welke de IFNproductie onderdrukt in geïnfecteerde cellen. Hierdoor kan het virus onopgemerkt blijven in de fase direct na infectie en sterk vermeerderen, waardoor een viraemie kan ontstaan (Weber en Elliott, 2002; Walter en Barr, 2011). NSs inhibeert ook de proteïnesynthese in de geïnfecteerde cellen van de vertebraat gastheer, zowel op het niveau van transcriptie als translatie, wat zal leiden tot celdood (Hart et al., 2009). Virusreplicatie in de arthropode vindt eveneens uitsluitend plaats in het cytoplasma. In geïnfecteerde cellen van arthropoden worden de transcriptie en translatie niet geïnhibeerd. In deze cellen wordt geen cytopathologie gezien, waardoor een persistente infectie kan plaatsvinden. Het NSs proteïne wordt ook in geïnfecteerde cellen van arthropoden gezien, maar de functie hiervan is nog niet aangetoond. Het is mogelijk dat het verschil in werking van het NSs proteïne een van de factoren is verantwoordelijk voor het verschillend gevolg van een infectie in zoogdier cellen en arthropode cellen (Hart et al., 2009; Szemiel et al., 2012). 9

16 De meeste bunyavirussen kunnen zich tussen arthropoden zowel transovarieel (verticale transmissie) als venerisch (horizontale transmissie) verspreiden. Voor het La Crosse virus bijvoorbeeld is zowel venerische als transovariële transmissie aangetoond in de vector Aedes triseriatus (Watts et al., 1973; Thompson en Beaty, 1977). Echter voor virussen overgedragen door Culicoides, zoals het SBV, is transovariële transmissie nog niet aangetoond (Mellor et al., 2000). 2.2 BLAUWTONGVIRUS Het Blauwtongvirus (BTV) is een arbovirus van herkauwers dat al meer dan 100 jaar geleden beschreven werd in het zuiden van Afrika (Henning, 1956; MacLachlan, 2011). In 2006 was er onverwacht een grote uitbraak van BTV serotype 8 bij schapen en rundvee in Noord-Europa, waar het nog niet eerder gezien was. In 2007 verscheen het opnieuw, ditmaal met een hogere morbiditeit. Momenteel is het BTV op alle continenten aangetoond, behalve op Antarctica (Gibbs en Greiner, 1994). Het BTV is een species van het Orbivirus in de familie van de Reoviridae. Het genoom bestaat uit tien segmenten dsrna, genummerd van 1 tot en met 10 naargelang oplopende elektroforetische mobiliteit en aflopend moleculair gewicht. De segmenten coderen voor tien virale proteïnen: zeven structurele proteïnen (VP1 tot en met VP7) en drie niet-structurele proteïnen (NS1, NS2 en NS3/NS3a). BTV is een virion zonder envelop, met een icosahedrale symmetrie gevormd door het VP2 en VP5 proteïne. Beiden zijn zeer variabel en zijn bepalend voor het serotype van het virus, het VP2 proteïne bevat de meeste epitopen die reageren met neutraliserende antistoffen (Huismans en Erasmus, 1981; Gould en Pritchard, 1990). Momenteel zijn 24 verschillende serotypen geïdentificeerd. Door sequentievergelijking van de genoomsegmenten 2 en 6 kunnen de BTV serotypen ook ingedeeld worden in tien nucleotypes, welke de serotypen met de grootste serologische verwantschap omvatten (Maan et al., 2007, 2008). De hoge genetische variabiliteit van het BTV is een gevolg van genetische drift en shift, wat mogelijk is door het gesegmenteerde genoom (Batten et al., 2008). Daarnaast is BTV een quasispecies, een heterogene populatie van nauw verwante varianten, wat kan leiden tot het zogenaamde founder effect. Hierbij kan een vector insect willekeurig minor varianten van de quasispecies viruspopulatie opnemen, welke voorkomen in het bloed van BTV geïnfecteerde herkauwers. Hierdoor kan een minorspecie vermeerderen in de vector. Door middel van het founder effect kan het virus selectiedruk overwinnen en evolutionaire verandering bevorderen, doordat een mutant genotype gefixeerd wordt (Bonneau et al., 2001). Ditzelfde geldt voor SBV met zijn gesegmenteerd genoom. De Culicoides zijn net als voor het SBV de biologische vectoren voor het BTV. De verspreiding van BTV gebeurt bij de meeste serotypen enkel via vectoren. De wereldwijde verspreiding van BTV is daarom beperkt tot de gebieden waar de vector voorkomt. Voor 2006 werd Blauwtong niet gezien in Noord-Europa. In Zuid-Europa werd wel regelmatig een uitbraak gezien met C. imicola als belangrijkste vector (Mellor en Wittmann, 2002). C. imicola werd echter niet teruggevonden in vector surveys in België, Frankrijk, Duitsland, Luxemburg en Nederland en wordt dus niet beschouwd als een 10

17 vector voor het BTV in Noord-Europa. Daarentegen werd in Nederland een nieuwe mogelijke vector ontdekt toen C. dewulfi RT-PCR positief bevonden werd voor BTV serotype 8 (Meiswinkel et al., 2007). Daaropvolgend werden ook gemengde pools van C.obsoletus/C. scoticus (Obsoletus Complex), verzameld in Zuidoost-Nederland, positief bevonden. Meerdere Culicoides species dienen in Noord-Europa dus als vector voor het BTV (Meiswinkel et al., 2008). Zowel wilde als gedomesticeerde herkauwers zijn gevoelig voor het BTV. De meeste BTV geïnfecteerde herkauwers ontwikkelen slechts milde of subklinische ziekte, voornamelijk op plaatsen waar BTV endemisch voorkomt (Gibbs en Greiner, 1994). Schapen ondervinden meestal wel klinische gevolgen van een infectie met BTV. Uitbraken van blauwtong worden typisch gezien wanneer gevoelige dieren (voornamelijk schapen) in gebieden gebracht worden waar BTV endemisch is of wanneer het BTV spreidt naar immunologisch naïeve populaties op de grens van BTV endemische en niet-endemische gebieden. De pathogenese is zeer gelijkaardig in schapen en rundvee. Na cutane instillatie van het virus door de steek van een BTV-geïnfecteerde Culicoides wordt het virus verspreid naar de drainerende lymfeknopen. Hier vindt de eerste virusreplicatie plaats. Het virus komt dan terecht in de bloedbaan via geïnfecteerde cellen die de lymfeknoop verlaten, om vervolgens verspreid te worden naar verschillende weefsels, waar replicatie hoofdzakelijk plaatsvindt in mononucleaire phagocytotische cellen, endotheelcellen, lymfocyten en wellicht nog andere cellen. De milt is de belangrijkste plaats voor secundaire virusreplicatie. Wanneer het virus vrijkomt uit de milt volgt een secundaire viraemie met hoge virustiter, waarbij het virus sterk cel geassocieerd is, zowel mononucleaire cellen als erythrocyten worden geïnfecteerd. De infectie van de bloedcellen met BTV lijkt niet selectief te zijn, omdat de virus titer geïsoleerd in specifieke bloedcellen overeenkomt met de concentratie van dat celtype in het volledige bloed (Barratt-Boyes en MacLachlan, 1994). Er wordt vermoed dat de bloedcellen geïnfecteerd worden wanneer het mature circulerende bloedcellen zijn en niet wanneer het nog precursorcellen zijn in het beenmerg. Temeer omdat BTV isolatie in het beenmerg pas enkele dagen na het begin van de viraemie aangetroffen wordt en de titer daar veel lager is dan in andere lymfoïde organen. Later in het verloop van de viraemie, gelijktijdig met de stijging van neutraliserende antistoffen, is BTV uitsluitend geassocieerd met erythrocyten (Whetter et al., 1989). Kennelijk wordt het virus in de erythrocyt beschermd tegen neutralisatie door antistoffen. Dit kan de verlengde viraemie verklaren, die bij het rund wordt waargenomen. Een boviene erythrocyt kan tot 160 dagen in de bloedbaan circuleren en kan dus op deze manier lang het virus transporteren. De verlengde viraemie bevordert de infectie van de biologische vector na opname van een bloedmaal. Rundvee wordt als een natuurlijke reservoir gastheer voor het virus beschouwd omdat er meestal geen ziekte wordt waargenomen en er een verlengde viraemie voorkomt (MacLachlan et al., 1990). De pathogenese van BTV varieert naargelang het serotype en de gastheer. Er is een groot verschil in uiting van de ziekte tussen runderen en schapen, mogelijk door een verschillende respons van de endotheliale cellen op de infectie. In tegenstelling tot schapen blijft BTV infectie bij het rund meestal 11

18 subklinisch, met uitzondering van een infectie met BTV serotype 8 welke in Noord-Europa gezien werd. Bij schapen veroorzaakt BTV replicatie in endotheelcellen van kleine bloedvaten celbeschadiging. Hierdoor ontstaan vasculaire thrombosen en vervolgens weefselnecrose ten gevolge van ischemie. De letsels die hierdoor gezien worden zijn ulcera in de mondholte, inflammatie van de kroonranden, musculaire necrose, faciaal en pulmonair oedeem, alsook pleurale en pericardiale effusie (MacLachlan, 1994; MacLachlan, 2004; Saegerman et al., 2008). Sommige serotypen kunnen bij drachtige schapen en runderen doorheen de placenta in het eerste trimester van de dracht, wat kan interfereren met de organogenesis van voornamelijk de hersenen van de foetus. Dit kan leiden tot hydranencephalie, maar ook arthrogryposis, agnathia en prognathia. Ook abortus en doodgeborenen worden gezien (Jensen, 1974). In tegenstelling tot de gastheer, waar BTV een duidelijk cytopathogeen effect heeft, leidt BTV infectie van Culicoides tot een persistente infectie en levenslange virustransmissie. Het virus wordt blootgesteld aan een verschillende antivirale respons in de gastheer en de vector. RNA interference (RNAi) is een sequentie-specifiek RNA degradatie mechanisme. Het is aangetoond dat RNAi een zeer belangrijke, mogelijk de meest belangrijke rol speelt in de aangeboren antivirale respons van de vector (Blair, 2011). Schnettler et al. (2013) toonden aan dat Culicoides deze antivirale respons gebruiken tegen BTV infectie. De exogene RNAi weg wordt geïnduceerd door lang viraal dsrna. Viraal dsrna is ofwel afkomstig van replicatie intermediairen ofwel van secundaire structuren welke door een RNase enzym geknipt werden in kleinere virale RNAs (Campbell et al., 2008; Brackney et al., 2009). Vervolgens worden de virale RNA delen opgenomen door het RNA-induced silencing complex (RISC), met argonaute proteïne (Ago-2) als katalyserende component. Het virale RNA wordt ontwonden en één streng blijft achter in het RISC om te dienen als leidraad om complementaire RNA sequenties te vinden. Het katalytisch domein van Ago-2 klieft het virale target RNA waardoor virale infectie wordt stilgelegd. Schnettler et al. (2013) toonden ook aan dat Culicoides cellen een RNAi response kunnen vormen tegen het negatieve streng RNA van het SBV VECTOR-BORNE DISEASES EN HUN VERSPREIDING VIA VECTOREN Arbovirussen zijn voor hun verspreiding afhankelijk van vectoren. Voor zowel het SBV als het BTV zijn dit verschillende Culicoides species. Er zijn veel verschillende factoren die een invloed hebben op de transmissie van arbovirussen via vectoren, die daarom ook een invloed zullen hebben op de epidemiologische verspreiding van een arbovirus. (1) Het virus krijgt te maken met barrières bij het infecteren van de vector, de verspreiding in een vector en vervolgens de overdracht van een vector naar een gastheer. (2) De vector is voor zijn ontwikkeling en virustransmissie afhankelijk van het klimaat. (3) De nood aan de aanwezigheid van geschikte gastheren. (4) Niveau van immuniteit bij de gastheren. 12

19 Fig. 2: Barrières in de infectie en transmissie van arbovirussen, in Culicoides spp. en muggen (naar: Mellor, 2000) Barrières bij het infecteren van de vector, de verspreiding binnen de vector en de overdracht naar een gastheer Elk arbovirus heeft zijn eigen specifieke vectoren. Een vector is geschikt als deze het virus op kan nemen en na replicatie van het virus transmissie plaatsvindt naar een volgende gevoelige gastheer. De verschillende barrières in de vector kunnen voorkomen dat efficiënte transmissie plaatsvindt. Mesenteron infectie barrière Er zijn verschillende hypothesen waarom een virus er niet in zou slagen om te vermenigvuldigen in het mesenteron van de vector. (1) Vrouwelijke Culicoides nemen vloeibaar voedsel op zoals bloed, suikers, water en nectar. Het meeste voedsel komt terecht in een acellulaire zak van het mesenteron, het diverticulum. Bij een bloedmaaltijd echter contraheert een sfincter spier van de toegang tot het mesenteron waardoor de maaltijd direct naar het achterste deel van het mesenteron wordt gestuurd, de plaats waar het virus het mesenteron vervolgens zal infecteren om te vermeerderen in deze cellen. Het kan echter voorkomen dat het virus samen met het bloed in het diverticulum terecht komt, waar geen infectie en dus geen vermeerdering van het virus plaatsvindt. (2) Een paar minuten na het opnemen van een bloedmaaltijd door de vector klonteren de erythrocyten samen tot een stevige massa als gevolg van de extractie van water uit de bloedmaaltijd door diurese. Virus partikels aan de buitenkant van de bloedbolus of tussen de bloedbolus en het darmepitheel lopen het risico om geïnactiveerd te worden door digestieve enzymen, vooraleer ze de kans krijgen het mesenteron te infecteren (Clements, 2012a). (3) Occlusie van het virus door de peritrofische matrix. (4) Afwezigheid of verminderd aantal virus-specifieke receptor plaatsen op de luminale zijde van de cellen van het mesenteron. (5) Mislukte replicatie van het virus in de cellen van het mesenteron (Hardy, 1988). 13

20 Mesenteron verlating barrière Deze barrière werd aangetoond bij BTV geïnfecteerde C. variipennis. In insecten waar na orale infectie een persisterende infectie plaatsvindt, is er grote variatie in de titer van BTV na replicatie van het virus. Verspreiding van het virus naar het haemocoel gebeurt slechts bij een deel van de oraal geïnfecteerde insecten waarbij een persisterende infectie aanwezig is. Dit suggereert dat er in oraal gevoelige insecten een barrière bestaat die voorkomt dat het virus zich verspreidt naar het haemocoel (Fu et al., 1999). Jennings en Mellor (1987) toonden aan dat voor insecten met een titer van BTV minder dan 2,5 log10 TCID50 (tissue culture infectious dose-50% endpoint), het virus volledig beperkt was tot de cellen van het mesenteron en faalde in de verspreiding naar het haemocoel. Deze insecten waren daarom incompetent om als vector te functioneren, ondanks de persisterende infectie. Verspreidingsbarrière Ook deze barrière is aangetoond in BTV geïnfecteerde C. variipennis. In sommige C. variipennis van een competente kolonie bleef verspreiding van BTV beperkt tot enkele vetcellen, terwijl andere weefsels, met uitzondering van mesenteroncellen, ongeïnfecteerd bleven. Van sommige insecten is bekend dat vetweefsel een rol speelt in de immuunrespons van het insect (Rees et al., 1997). In het geval van C. variipennis is het dus mogelijk dat het limiteren van de verspreiding van het virus een gevolg is van de afweerfunctie van vetweefsel (Fu et al., 1999). Speekselklier infectie barrière Sommige oraal geïnfecteerde muggen hebben normale hoeveelheden virus in het mesenteron, verminderde hoeveelheden virus in het haemocoel en andere weefsels en geen virus in de speekselklieren en het zenuwweefsel (Hardy et al., 1983). Dit duidt erop dat het virus verder verspreid is dan het mesenteron maar niet in staat is zich normaal te vermeerderen in andere weefsels, wat zou wijzen op een speekselklierinfectie barrière. Het is echter ook mogelijk dat de verspreidingsbarrière en de speekselklierinfectie barrière verschillende interpretaties zijn van een zelfde fenomeen (Mellor, 2000). Speekselklier verlating barrière Deze barrière is aangetoond in verschillende mug-arbovirus combinaties. Het exacte mechanisme van deze barrière is gebrekkig gekend, er zijn een aantal mogelijke mechanismen. (1) In de speekselklier wordt te weinig virus geproduceerd of gesecreteerd om een vertebraat gastheer te infecteren tijdens steken. (2) De virustiter in de speekselklieren wordt door de vector gemoduleerd tot lage levels. (3) De locatie en het type cellen zouden van belang kunnen zijn voor de efficiëntie van de transmissie. (4) De progressieve reductie in het vermogen van virustransmissie door de mug zou te wijten kunnen zijn aan speekselklier weefselschade veroorzaakt door het infecterende virus. (5) Het falen van de virustransmissie door insecten met geïnfecteerde speekselklieren kan bepaald worden door de genetica van het virus (Mellor, 2000). Een speekselklier verlating barrière is nog niet aangetoond voor de Culicoides spp. en voorlopig lijkt het erop dat als virus eenmaal de speekselklieren van Culicoides heeft bereikt, virustransmissie steeds mogelijk is (Mellor, 1990). 14

21 Transovariële transmissie barrière Voor transovariële transmissie is het noodzakelijk dat het virus dat het mesenteron verlaat en in het haemocoel terecht komt de barrières van de ovaria passeert, om vervolgens het folliculair epitheel te infecteren. Het virus zal dan toegang hebben tot de ontwikkelende oöcyten. Tot nu toe wordt gesuggereerd dat de Culicoides een volledige barrière bezitten op dit niveau tegen arbovirussen. Transovariële transmissie wordt dus niet waargenomen bij Culicoides vectoren (Mellor, 2000) De vector en het klimaat Het voorkomen van Schmallenbergvirus- en Blauwtongvirus infectie beperkt zich tot plaatsen waar hun vector voorkomt. De plaats waar een vector voorkomt en of vervolgens transmissie via de vector efficiënt gebeurt, is afhankelijk van het klimaat. Effect van de temperatuur op virus infectie van Culicoides en transmissie Voor BTV is aangetoond dat de mate van infectie en virale replicatie in de Culicoides temperatuur afhankelijk is. Bij verhoogde temperatuur is de mate van infectie hoger, de virale replicatie verloopt sneller en transmissie kan eerder plaatsvinden. De individuele vector overleeft echter wel korter bij hogere temperaturen. Bij lagere temperaturen overleven de Culicoides langer, maar wanneer de temperatuur onder de 15 graden Celsius daalt, wordt geen transmissie meer waargenomen. Wanneer de geïnfecteerde Culicoides voor langere tijd bij deze lage temperaturen gehouden worden en vervolgens naar een omgeving gebracht worden die de Culicoides goed verdragen, vindt opnieuw virusreplicatie plaats van het latente virus (Mullens et al., 1995). Activiteit van de vector De meeste Culicoides species hebben een crepusculair (actief tijdens de schemering) of nocturnaal ritme (gedurende de nacht actief). Activiteit wordt getriggerd door dalende lichtintensiteit, hoewel complete duisternis de activiteit kan onderdrukken (Kettle, 1957). Het nocturnaal ritme kan voor sommige Culicoides species ook een adaptatie zijn aan de combinatie van lage temperaturen en hoge vochtigheid gedurende de nacht. Hierdoor is het risico dat de mug dehydrateert klein, een risico dat overdag groter is door de hogere temperaturen. Voor andere Culicoides species is een positieve correlatie gevonden tussen activiteit en stijgende temperaturen, met een onderste limiet waaronder de activiteit onderdrukt wordt. Er bestaat daarnaast ook een bovenste limiet, waarboven de muggen minder actief zijn. De onderste en bovenste limiet verschillen per Culicoides species (Nelson en Bellamy, 1971). Verspreiding via wind Verspreiding van Culicoides species wordt geassocieerd met transport door de heersende windrichting. Verschillende studies hebben de verspreiding van Culicoides overgedragen virale ziekten gerelateerd aan de heersende windrichtingen. Hoewel in de verschillende studies het bewijs vaak afhankelijk is van de omstandigheden en alternatieve wegen van introductie meestal niet uitgesloten kunnen worden, is het concept van introductie van ziekten door verspreiding via de wind algemeen 15

22 aanvaard in de literatuur (Sellers et al., 1978; Sellers en Pedgley, 1985; Sellers en Maarouf, 1991). De wind voert geïnfecteerde muggen mee naar een nieuwe plaats. Hier aangekomen zullen deze muggen dieren steken en daarbij het virus overdragen. Vervolgens zullen lokale muggen zich voeden op de geïnfecteerde gastheren en kunnen deze zelf geïnfecteerd raken. Op deze manier zijn er dus niet veel geïnfecteerde muggen nodig om een uitbraak te introduceren (Mellor et al., 2000). Ontwikkeling van de larven Voor verschillende Culicoides species is aangetoond dat wanneer de ontwikkeling tot adult plaatsvindt tijdens koudere tijden, de adulten groter zijn met een grotere vruchtbaarheid, dan deze die ontwikkelen in warmere seizoenen (Kramer et al., 1985). Overleving van de larvaire stadia is het best bij gematigde temperaturen. Daarnaast is ook de hoeveelheid water van belang voor de geschiktheid van een habitat voor de verschillende Culicoides species (Mellor et al., 2000). Overleving van de adulten Temperatuur, maar vooral luchtvochtigheid zijn van belang voor de overleving van de adulten. Bij te hoge temperaturen bestaat het risico tot uitdrogen van de mug (Murray, 1991). Seizoenen Het klimaat in Noord-Europa zorgt ervoor dat virustransmissie door Culicoides onderbroken wordt voor een groot deel van het jaar. In 2006 werd BTV voor het eerst in Noord-Europa waargenomen tot begin 2007, toen geen nieuwe gevallen meer werden gerapporteerd. Maanden later in 2007 werd het virus opnieuw gediagnosticeerd. De mogelijkheid van het BTV om te overwinteren werd al eerder waargenomen (Nevill, 1971; Osmani et al., 2006). Tijdens koudere periodes stopt zowel de activiteit van de vector als de virusreplicatie in de vector, waardoor de transmissie onderbroken wordt. Maar uitbraken worden soms na maanden opnieuw hervat, een tijd die veel langer is dan de typische levensduur van de volwassen vector of de normale periode van de infectieuze viraemie in de vertebraat gastheer. In theorie zijn er 3 manieren waarop een virus in een gebied kan persisteren wanneer contact tussen de vectorpopulatie en de gastheerpopulatie wordt onderbroken: (1) in de vectorpopulatie, (2) in de gastheerpopulatie of (3) via alternatieve transmissieroutes waarbij één of meer nieuwe vectoren of gastheerpopulaties betrokken zijn (Wilson et al., 2008). Om te weten op welke manieren SBV en BTV exact overwinteren is meer onderzoek vereist. (1) Overwintering van het virus in de insect vector De meeste Culicoides species die noordelijk voorkomen overleven de winter als larve (Kettle, 1962). Het zou daarom te verwachten zijn dat overwintering via transovariële transmissie plaats vindt. Voor virussen overgedragen door Culicoides species is deze vorm van transmissie echter nog niet aangetoond (Mellor et al., 2000). Voor de vector van het West Nile Virus, Culex pipiens, is aangetoond dat de insecten als adulten de winter overleven omdat ze temperaturen tot -25 C tolereren (Nasci et al., 2001). Volwassen Culicoides tolereren deze lage temperaturen veel minder goed en leven meestal maar dagen. Laboratoriumstudies suggereren echter dat bij mild winterweer individuele 16

23 Culicoides tot drie maanden overleven bij 10 C (Lysyk en Danyk, 2007). Voor BTV zou dit een manier van overwinteren geweest kunnen zijn in de winter van , een extreem milde winter voor Noord-Europa. Er zijn die winter een klein aantal adulten Culicoides gevangen, wat genoeg zou kunnen zijn om de koude periode tussen de transmissie seizoenen te overbruggen. Daarnaast zou het ook mogelijk kunnen zijn dat een aantal geïnfecteerde vectoren binnen in gebouwen verblijft om zo de ergste weersomstandigheden te mijden. (2) Overwintering in de gastheerpopulatie Een andere mogelijke manier van overwintering van een arbovirus is het verscholen aanwezig blijven in de gastheerpopulatie. Bij runderen bestaat bij BTV-infectie een lange viraemie, die gewoonlijk tot 60 dagen duurt. Bij een fractie van de dieren zou dit echter langer kunnen zijn (Hourrigan en Klingsporn, 1975). Dit geeft het virus de mogelijkheid om enkele maanden te overleven zonder vectoren. Een andere mogelijkheid om de wintermaanden te overbruggen is via transplacentaire infectie. Het virus dat de moeder infecteert gaat doorheen het chorion om de foetus te infecteren. De dracht bij runderen is negen maanden, wat lang genoeg is om de periode tussen de transmissie seizoenen te overbruggen. Bij BTV is aangetoond dat wanneer infectie van de foetus in het middelste derde van de dracht plaatsvindt, voordat het immuunsysteem van de foetus volledig ontwikkeld is, dit kan leiden tot een verlengde infectie. Sommige lammeren die in utero geïnfecteerd worden kunnen tot twee maanden na de geboorte viraemisch blijven (Gibbs et al., 1979). Voor sommige BTV serotypen zou ook verticale transmissie mogelijk zijn. Ook zouden geïnfecteerde stieren en rammen het virus kunnen verspreiden via semen, waarschijnlijk door contaminatie met bloedcellen, waardoor venereale transmissie tussen gastheren plaatsvindt. Dit zou echter enkel voorkomen gedurende de normale duur van de viraemie (Wilson et al., 2008). (3) Andere mogelijkheden Voor BTV zijn verschillende andere suggesties gedaan over de manier van overwinteren van het virus, maar met minder ondersteunend bewijs dan voorgaande mogelijkheden. Het virus zou onderhouden kunnen worden in een tot nu toe onbekende gastheerpopulatie waarbij geen klinische symptomen voorkomen of de symptomen niet waargenomen worden. In deze populatie zou een viraemie moeten bestaan welke minstens even lang of langer duurt dan deze in vee om beschouwd te kunnen worden als overwinteringsmogelijkheid voor BTV (Linden et al., 2010). Er wordt ook gesuggereerd dat Culicoides zich kunnen blijven voeden op gastheren wanneer ze binnen verblijven in de winter, de omstandigheden zouden dan warm genoeg kunnen zijn hiervoor. Dit was bijvoorbeeld het geval voor de vector van malaria in Noord-Europa, voordat deze ziekte geëradiceerd werd (Swellengrebel en de Buck, 1938). Een andere mogelijkheid is het voorkomen van andere vectoren dan Culicoides, bijvoorbeeld teken (Stott et al., 1985), die jarenlang kunnen leven, of het bestaan van vectoren die het virus mechanisch overdragen (Luedke et al., 1965). Bij mechanische transmissie is geen minimale temperatuur vereist voor de replicatie in de vector en kan transmissie het hele jaar door gebeuren. Een laatste mogelijkheid is orale transmissie tussen gastheren, wanneer een gevoelige koe een 17

24 geïnfecteerde placenta zou eten. Deze manier van transmissie is nog niet bevestigd (Wilson et al., 2008). Fig. 3: De transmissie van Blauwtongvirus in zomer (links) en winter (rechts). Mechanische transmissie, seksuele transmissie en alternatieve vector en gastheerspecies zijn niet weergegeven (uit: Wilson et al., 2008) De aanwezigheid van geschikte gastheren Wanneer in een gebied veel gevoelige gastheren aanwezig zijn, is de kans groot dat transmissie van de vector naar de gastheer plaatsvindt, waardoor een arbovirus snel kan verspreiden. Verschillende gastheren kunnen echter ook de snelheid van spreiding beïnvloeden door een verschil in gevoeligheid, vermogen van virustransmissie en management op het bedrijf (Pioz et al., 2012) Niveau van immuniteit bij de gastheren De gastheren kunnen immuniteit verkrijgen via vaccinatie, eerdere infectie of maternaal. Verspreiding van een arbovirus zal langzamer gaan in gebieden met een hoog niveau van immuniteit bij de gastheren (Pioz et al., 2012). 18