Highly pathogenic avian influenza H5N1, which is panzootic in poultry, continues to spread and becomes endemic in Asia, Africa, and Europe. It causes human disease with high fatality (about 60%) and continues to pose a pandemic threat. The pathological lesions associated with human H5N1 disease is Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS). The biological basis underlying the development of ARDS in human H5N1 disease remains controversial. Clinical, animal and in vitro studies suggested that the differences between H5N1 influenza viruss and low pathogenic influenza viruses in regard to viral replication, tissue tropism and cytokine dysregulation may contribute to disease pathogenesis. We previously found delayed onset of apoptosis in influenza H5N1 virus infected human peripheral blood monocyte-derived macrophages. This may allow a longer survival time for the virus in target cells for prolonged viral replication, which may contribute to the pathogenesis of H5N1 disease. As human bronchial and alveolar epithelial cells are target cells of influenza virus, I explored if influenza H5N1 and H1N1 virus infected human respiratory epithelial cells displayed differential apoptotic response and dissected the apoptotic pathways triggered by influenza virus infection. In this study, the apoptotic response in highly pathogenic influenza H5N1 viruses, A/HK/483/97 and A/Vietnam/1203/04, their precursor avian influenza H9N2 virus, A/Quail/HK/G1/97, and seasonal H1N1 virus, A/HK/54/98 infected primary human alveolar and bronchial epithelial cells was compared by TUNEL. A delayed onset of apoptosis in influenza H5N1 viruses and avian H9N2 virus infected alveolar epithelial cells was observed; the pattern was similar in bronchial epithelial cells. Concomitantly, by Western blotting, a delay in caspase 3 activation in H5N1 virus (A/HK/483/97) infected alveolar epithelial cells compared to H1N1 virus (A/HK/54/98) infected cells was shown. Also, influenza H5N1 and H1N1 virus induced apoptosis through both intrinsic and extrinsic pathways in human alveolar epithelial cells. Chemokine IP-10 was differentially up-regulated in influenza H5N1 virus infected alveolar epithelial cells, but its relationship to the delayed onset of apoptosis requires further studies. TRAIL, an upstream signaling molecule of extrinsic apoptotic pathway, mRNA was up-regulated in influenza H5N1 infected alveolar epithelial cells but not in influenza H1N1 infected cells. Using recombinant viruses, I showed that the 627 amino acid residue on PB2 of H5N1 virus and mutation of amino acids on 253 and 591 residues on PB2 of H9N2 virus contribute to the TRAIL upregulation. Immunohistochemical staining of physiologically relevant ex vivo model of human bronchus showed that influenza H5N1 (A/Vietnam/3046/04) and H9N2 (A/Quail/HK/G1/97) virus did not infect human bronchi as well as human H1N1 (A/HK/54/98) virus. Profiling of apoptosis related genes showed that TRAIL tends to be up-regulated in H5N1 virus infected bronchi ex vivo. This study demonstrated the delayed onset of apoptosis by H5N1 virus infected respiratory epithelial cells may be a mean for influenza virus to have prolonged replication within the human respiratory tract and contribute to disease severity. The results generated provide a robust research agenda, yielding critical information that elucidate molecular mechanisms, such as TRAIL up-regulation, that may contribute to the virulence and pathogenesis in human H5N1 disease. / HKU 3 Minute Thesis Award, 2rd Runner-up (2011) / published_or_final_version / Pathology / Master / Master of Philosophy

Thesis (M. Phil.)--University of Hong Kong, 2009. / Includes bibliographical references (leaves 78-89) Also available in print.

Thesis (M. Phil.)--University of Hong Kong, 2009. / Includes bibliographical references (leaves 78-89) Also available online.

published_or_final_version / abstract / Microbiology / Master / Master of Philosophy

M. Tech. (Department of Biotechnology, Faculty of Applied and Computer Science), Vaal University of Technology. / Influenza-A virus is a single stranded negative sense RNA virus that is a member of a Orthomyxoviridae group. The virus is diverse and consists of 16 haemagglutinin (H) and 9 neuraminidase (N) glycoproteins subtypes that form a serotype. Avian influenza virus (AIV) has been detected in more than 100 bird species from 26 different families, although Anseriformes and Charadriiformes are considered the natural hosts of the virus. A 12-month study was conducted at the African Pride Irene Country Club lodge in Pretoria where the prevalence of AIV was monitored in a community of wild birds. The African Pride Irene Country Club lodge houses a population of wild bird species such as Egyptian geese (Alopochen aegytptiaca), Yellow-billed duck (Anas undulata), Red knobbed coot (Fulica cristata), African sacred ibis (Threskiornis aethiopicus) and Hadeda ibis (Bostrycha hagedash). A total of 3674 faecal samples were collected over a period of 12 months and screened for AIV group using the Matrix gene (M-gene) real time reverse-transcriptase PCR (rRT-PCR). Positive samples were submitted for virus isolation in embryonated chicken eggs. In addition, the RNAs were screened using H5 and H7 subtype specific rRT-PCR and a conventional universal RCR assay that targets the HA gene was also used. Polymerase Chain Reaction (PCR) products were requenced using Sanger sequencing and the viral isolates were subjected to Next Generation sequencing (NGS). Twenty percent of the samples tested positive for the AIV group and four virus subtypes were identified. One virus isolate was identified through NGS as H3N6; two through conventional PCR and Sanger sequencing as H9Nx and H6Nx. Of the twenty percent samples that tested positive for AIV 98% were identified as H7Nx by subtype specific through rRT-PCR. The highest frequency of AIV positive samples was detected between the months of January and February 2017 (20%), with smaller peaks detected in february and March 2016 (0.3%). Lower peaks were also detected between the months July and November 2016 (0.1%), respectively. A high prevalence of AIV was detected in the late summer months with a frequency of 65% positive, although a low prevalence was also detected in the autumn (0.6%) winter (0.6%) and spring 0.08%). Thus, the study provides a valuable insight into the seasonal prevalence of AIV in a heterogeneous wild duck population in Gauteng Province.

Le virus de l’influenza aviaire hautement pathogène (IAHP) de type H5N1 apparu en Chine en 1996 constitue une menace pour la santé humaine en raison de sa circulation endémique dans les volailles domestiques et de son potentiel zoonotique. La sévérité de l'infection liée à l'IAHP H5N1 est variable selon les espèces d'oiseaux: certains anatidés sont porteurs sains et asymptomatiques du virus tandis que dans les élevages de poulets, l'IAHP est fortement contagieux et caractérisé par des taux de mortalité supérieurs à 90%. Chez les humains, l'impact de l'IAHP H5N1 reste à ce jour modéré (630 cas humains dont 375 morts, World Health Organization Juin, 2013) en raison de la faible transmission du virus des volailles aux humains et d'humain à humain. Cependant, étant donné les taux de létalité élevés (>50%), un changement des modalités de transmission pourrait mener à un impact beaucoup plus élevé.<p>Depuis son émergence, l'IAHP H5N1 a eu un impact économique important dans de nombreux pays d’Asie du Sud-Est. La Thaïlande, pays qui fait partie des principaux exportateurs mondiaux de viande de volaille, a été sévèrement touchée par les multiples vagues épidémiques entre 2003 et 2005. Ces épisodes ont eu un impact sur les revenus des petits et moyens producteurs, mais également causé des pertes économiques importantes dans le secteur de la production intensive de volailles en raison de l'embargo imposé par les principaux marchés d'exportation. <p>L'objectif de ce travail est d’étudier quantitativement l'association entre la production intensive de la volaille et la distribution spatio-temporelle de l'IAHP H5N1 en Thaïlande. Deux approches ont été développées pour aborder cette étude: le développement d’une part de modèles statistiques visant à identifier les déterminants du risque d'IAHP H5N1, et d'autre part, de modèles mécanistiques visant à simuler des trajectoires épidémiques sur base de la connaissance des mécanismes de transmission de l'IAHP H5N1, de la structure du secteur de la production de volaille et des mesures d'intervention mises en place. <p>A l’aide de facteurs environnementaux et anthropogéniques, nous montrons que: (i) la distribution des canards domestiques en Asie peut être prédite en utilisant des modèles de régression non-linéaire, et (ii) la production de volailles peut être désagrégée entre production extensive et intensive sur base du nombre de volailles par éleveur. Enfin (iii), nous montrons en utilisant des arbres de régression boostés ("Boosted Regression Trees", BRT) que les principaux déterminants de la distribution du risque d'IAHP H5N1 sont les canards élevés en systèmes intensifs, le nombre de cycles de culture de riz et la proportion d'eau présente dans le paysage. Finalement, nous illustrons les potentialités des modèles mécanistiques pour évaluer l'efficacité des mesures d'intervention implémentées, tester des scénarios alternatifs d'intervention et identifier des stratégies optimales de prévention et d'intervention contre de futures épidémies<p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse évalue le risque d’émergence d’un pathogène via l’avifaune sauvage dans une région indemne en combinant deux approches :(1) L’étude de pathogènes partageant des caractéristiques éco-épidémiologiques communes avec le pathogène émergeant ;et (2) L’utilisation de données écologiques disponibles dans la région indemne.<p>\ / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les travaux de recherche effectués dans le cadre de cette thèse ont été guidés par le manque d’information et une compréhension limitée des mécanismes épidémiologiques à l’origine de l’émergence et de la diffusion de la grippe aviaire hautement pathogène, souche H5N1 en Chine du Sud, aussi reconnue comme l’épicentre potentiel de l’émergence des virus influenza aviaires à caractères pandémiques. <p>Dans ce cadre, des données spatio-temporelles relatives aux foyers de la maladie ainsi que des données de surveillance virologiques (isolement du virus effectué dans le cadre du système de surveillance nationale) ont été collectées sur une période de quatre ans et analysées afin d’éxplorer les facteurs de risque relatifs à l’émergence et persistence de la maladie dans certaine zones de production du sud de la Chine. Les analyses ainsi effectuées ont permis d’identifier, à travers l’utilisation de méthodes statistiques robustes ayant fait leur preuve dans le domaine de la santé ou de l’écologie (la régression logistique classique et les arbres de regression logistique), des facteurs de risque liés à certains types de production de volailles (canards élevés en plein air, zones riches en eau et par extension associées à la riziculture) ou des facteurs associés à l’activité humaine. A travers une représentation cartographique des facteurs ainsi identifiés, des cartes de risque ont été produites permettant ainsi de visualiser d’une part les zones à haut risque de persistence de l’infection virale et d’autre part les zones vulnérables à l’apparition de foyers de la maladie, donnant aux autorités nationales la possibilité de mieux cibler leurs politiques de surveillance et de contrôle. <p>Dans un second temps, notre étude s’est portée sur les marchés à volailles traditionnels du sud de la Chine qui représentent un risque permanent de persistence, d’évolution et de diffusion des virus influenza aviaires, ainsi qu’un risque important en matière de santé publique. La dynamique de ces marchés et les liens qui les unissent ont été étudiés à travers des outils d’analyse empruntés à la sociologie tels que l’Analyse des Réseaux Sociaux (Social Network Analysis). Grace à cette approche, l’importance de l’hygiène de ces marchés et notamment du nettoyage et de la désinfection des cages dans la persistence du virus a été mise en évidence. Enfin, des enquêtes effectuées auprès des vendeurs de volailles ont permis d’identifier l’origine et la destination des animaux vendus et de reconstruire des réseaux plus ou moins intriqués de liens commerciaux qui unissent ces marchés entre eux dans trois provinces du sud de la Chine. L’analyse de ces réseaux et de leurs configurations ont permis d’identifier des marchés à plus haut risque de persistence de l’infection du fait de leur position centrale au sein de ces réseaux. De même qu’il est indispensable de cibler la surveillance et le contrôle de la maladie dans des zones écologiquement favorables à la persistence des virus influenza aviaires, cette étude révèle l’importance de certaines pratiques hygiéniques et commerciales dans la persistence de la maladie et la nécessité de cibler la surveillance et le contrôle au niveau de certains de ces marchés situés au centre d’un réseau dense et connecté, pour pouvoir in fine mieux contrôler la maladie au niveau national.<p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished