Oropouche virus (OROV) is a medically important orthobunyavirus, which causes frequent outbreaks of a febrile illness in the northern parts of Brazil. However, despite being the cause of an estimated half a million human infections since its first isolation in Trinidad in 1955, details of the molecular biology of this tripartite, negative-sense RNA virus remain limited. The work presented in this thesis has re-determined the nucleotide sequences of OROV strain BeAn19991 (GenBank accession numbers: L, KP052850; M, KP052851 and S, KP052852), and demonstrates that the S segment is significantly longer than the published sequence with an additional 204 nucleotides at the 3' end. Data analysis revealed that there is a critical nucleotide mismatch at position 9 within the base-paired terminal panhandle structure of each genomic segment. Using a combination of deep sequencing and Sanger sequencing the complete genome sequences of 10 field isolates of OROV were also determined for the first time, and led to the identification of a novel OROV reassortant virus. Phylogenetic analysis of these sequences and of published sequences showed that there are two genotypes of OROV, rather than the four genotypes previously proposed. Further work led to the development of a T7-RNA polymerase-driven minigenome and virus-like particle (VLP) production systems for OROV; the information from these was subsequently used to develop a reverse genetics system for OROV. Using reverse genetics, OROV mutants that lack either the non-structural proteins NSm or NSs were generated. In vitro growth properties of the OROV mutant lacking NSm were indistinguishable from the wild-type virus, but the NSs mutant was attenuated in growth, particularly in interferon (IFN) competent cells. Further work demonstrated NSs as a viral IFN antagonist and that it's C-terminus is required for this activity. Interestingly, OROV is more resistant to IFN-α treatment than Bunyamwera virus, but this is not related to its NSs protein. The development of a reverse genetics system for OROV, which is the main human pathogen within the Simbu serogroup of orthobunyaviruses, will prove invaluable for future studies designed to further investigate the molecular pathogenesis of this virus and in the development of attenuated vaccine strains.

O vírus Oropouche pertence à família Bunyaviridae, gênero Orthobunyavirus, sorogrupo Simbu, e é segunda causa mais freqüente de arbovirose febril no Brasil. Estima-se que mais de meio milhão de casos de febre do Oropouche tenham ocorrido no Brasil nos últimos 30 anos, havendo também ocorrências no Panamá, Peru, Suriname e Trinidad. Epidemias de febre do Oropouche têm sido registradas quase que exclusivamente na Amazônia. Porém, com o aquecimento global do planeta, desmatamentos e conseqüente redistribuição de insetos vetores e animais reservatórios, há risco de disseminação de vírus Oropouche para outras regiões do Brasil e da América do Sul. A patogenia da infecção por Oropouche não é bem entendida. Modelo em roedores, usando inoculação intracerebral, tem sido descrito, mas não com uso da via subcutânea, que mais se assemelha à rota natural da infecção. O objetivo deste trabalho foi estabelecer e caracterizar um modelo experimental de infecção com Oropouche, usando inoculação subcutânea em hamster, a fim de contribuir para o entendimento da patogenia do mesmo. Oropouche da linhagem BeAn19991, passado em cérebro de camundongo recém-nascido, foi inoculado (106,25 TCID50/100?L) por via subcutânea na coxa de hamsters sírios com 2-3 semanas de idade. Em torno de 3 dias alguns animais desenvolveram doença com sinais clínicos brandos caracterizados por: eriçamento dos pêlos e agressividade, outros com características mais graves: perda de peso, tremores sugestivos de calafrios, letargia e paralisia. Os animais foram sacrificados 1, 3, 5, 8 e 11 dias pós-inoculação ou quando eram encontrados em estado agônico. Baço, cérebro, coração, fígado, músculo e sangue foram colhidos para titulação viral, histologia e imunohistoquímica. Infiltrado inflamatório estava presente no cérebro, principalmente em torno dos vasos, meninges e discretamente no coração. O vírus Oropouche foi detectado no tecido cerebral (107,23 TCID50/g), no fígado (106,67TCID50/g) e no sangue (106 TCID50/g). Antígeno de Oropouche foi encontrado, difusamente no fígado, associado com hepatócitos e em neurônios de diversos locais do cérebro. Este modelo reproduz uma infecção sistêmica por Oropouche e pode tornar-se útil no estudo da patogênese, bem como para testar drogas antivirais e possíveis candidatos à vacina. / Oropouche virus belongs to the family Bunyaviridae, genus Orthobunyavirus, serogroup Simbu and is the second most frequent arboviral febrile illness in Brazil. There are estimates of more than half million cases of Oropouche fever in Brazil in the past 30 years, with cases registered in Panama, Peru, Suriname and Trinidad. Oropouche fever has been registered almost exclusively in the Amazon, but with the global warming, deforestation and the consequent redistribution of vectors and reservoir animals, the risk of Oropouche virus dissemination to others areas of Brazil and South America increases. However, the pathogenesis of Oropouche infection is not well understood. Rodent models using intracerebral inoculation have been described, but no attempts to use a route that more closely resembles the natural route of infection have been published. This study was conducted to establish and characterize an experimental model of infection with Oropouche, using subcutaneous inoculation of hamsters, in order to contribute to the understanding of Oropouche pathogenesis. We have established an experimental model through subcutaneous inoculation of hamsters in order to study pathogenesis. Suckling mouse brain passaged Oropouche strain BeAn19991 was inoculated (106,25 TCID50/100?L) subcutaneously in the thigh of syrian hamsters 2-3 weeks old. Around day 3 animals developed disease characterized by lethargy, paralysis, chill-like shaking and ruffled fur. Animals were sacrificed on days 1, 3, 5, 8 and 11 post-inoculation or whenever found to be agonic. Brain, heart, liver, spleen, muscle and blood were harvested for virus titration, histology and Oropouche immunohistochemistry. Inflammatory infiltrate was present in the brain, mostly as perivascular cuffs, meninges and some in the heart. Oropouche titers were 107,23 TCID50/g of tissue in brain 106,67 TCID50/g in liver, and 106 TCID50/g in blood. Oropouche antigen was detected diffusely distributed in the liver in association with hepatocytes, and in neurons in several regions of the brain. This model reproduces systemic Oropouche infection and may become useful in pathogenesis studies, as well as to test antiviral drugs and possible vaccine candidates.

O vírus Oropouche pertence à família Bunyaviridae, gênero Orthobunyavirus, sorogrupo Simbu, e é segunda causa mais freqüente de arbovirose febril no Brasil. Estima-se que mais de meio milhão de casos de febre do Oropouche tenham ocorrido no Brasil nos últimos 30 anos, havendo também ocorrências no Panamá, Peru, Suriname e Trinidad. Epidemias de febre do Oropouche têm sido registradas quase que exclusivamente na Amazônia. Porém, com o aquecimento global do planeta, desmatamentos e conseqüente redistribuição de insetos vetores e animais reservatórios, há risco de disseminação de vírus Oropouche para outras regiões do Brasil e da América do Sul. A patogenia da infecção por Oropouche não é bem entendida. Modelo em roedores, usando inoculação intracerebral, tem sido descrito, mas não com uso da via subcutânea, que mais se assemelha à rota natural da infecção. O objetivo deste trabalho foi estabelecer e caracterizar um modelo experimental de infecção com Oropouche, usando inoculação subcutânea em hamster, a fim de contribuir para o entendimento da patogenia do mesmo. Oropouche da linhagem BeAn19991, passado em cérebro de camundongo recém-nascido, foi inoculado (106,25 TCID50/100?L) por via subcutânea na coxa de hamsters sírios com 2-3 semanas de idade. Em torno de 3 dias alguns animais desenvolveram doença com sinais clínicos brandos caracterizados por: eriçamento dos pêlos e agressividade, outros com características mais graves: perda de peso, tremores sugestivos de calafrios, letargia e paralisia. Os animais foram sacrificados 1, 3, 5, 8 e 11 dias pós-inoculação ou quando eram encontrados em estado agônico. Baço, cérebro, coração, fígado, músculo e sangue foram colhidos para titulação viral, histologia e imunohistoquímica. Infiltrado inflamatório estava presente no cérebro, principalmente em torno dos vasos, meninges e discretamente no coração. O vírus Oropouche foi detectado no tecido cerebral (107,23 TCID50/g), no fígado (106,67TCID50/g) e no sangue (106 TCID50/g). Antígeno de Oropouche foi encontrado, difusamente no fígado, associado com hepatócitos e em neurônios de diversos locais do cérebro. Este modelo reproduz uma infecção sistêmica por Oropouche e pode tornar-se útil no estudo da patogênese, bem como para testar drogas antivirais e possíveis candidatos à vacina. / Oropouche virus belongs to the family Bunyaviridae, genus Orthobunyavirus, serogroup Simbu and is the second most frequent arboviral febrile illness in Brazil. There are estimates of more than half million cases of Oropouche fever in Brazil in the past 30 years, with cases registered in Panama, Peru, Suriname and Trinidad. Oropouche fever has been registered almost exclusively in the Amazon, but with the global warming, deforestation and the consequent redistribution of vectors and reservoir animals, the risk of Oropouche virus dissemination to others areas of Brazil and South America increases. However, the pathogenesis of Oropouche infection is not well understood. Rodent models using intracerebral inoculation have been described, but no attempts to use a route that more closely resembles the natural route of infection have been published. This study was conducted to establish and characterize an experimental model of infection with Oropouche, using subcutaneous inoculation of hamsters, in order to contribute to the understanding of Oropouche pathogenesis. We have established an experimental model through subcutaneous inoculation of hamsters in order to study pathogenesis. Suckling mouse brain passaged Oropouche strain BeAn19991 was inoculated (106,25 TCID50/100?L) subcutaneously in the thigh of syrian hamsters 2-3 weeks old. Around day 3 animals developed disease characterized by lethargy, paralysis, chill-like shaking and ruffled fur. Animals were sacrificed on days 1, 3, 5, 8 and 11 post-inoculation or whenever found to be agonic. Brain, heart, liver, spleen, muscle and blood were harvested for virus titration, histology and Oropouche immunohistochemistry. Inflammatory infiltrate was present in the brain, mostly as perivascular cuffs, meninges and some in the heart. Oropouche titers were 107,23 TCID50/g of tissue in brain 106,67 TCID50/g in liver, and 106 TCID50/g in blood. Oropouche antigen was detected diffusely distributed in the liver in association with hepatocytes, and in neurons in several regions of the brain. This model reproduces systemic Oropouche infection and may become useful in pathogenesis studies, as well as to test antiviral drugs and possible vaccine candidates.

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O vírus Oropouche (OROV) é um arbovírus que ocorre na região amazônica causando surtos de doenças febris agudas e que, ocasionalmente, podem ser associados a meningoencefalite. Aproximadamente 500.000 casos de Oropouche teriam ocorrido no Brasil. Entretanto, não existe vacina contra o OROV. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um modelo animal de infecção por OROV para estudar a patogênese da doença e um modelo para testar candidatas vacinais. Protótipo vacinal utilizando a proteína recombinante do nucleocapsídeo (N) de OROV (NrOROV), que é o principal antígeno viral, foi usado como potencial candidato para vacina. Neste estudo utilizou-se um modelo animal em camundongos Balb/c de 12 semanas de idade, inoculados intracerebralmente com 8x105 PFU de OROV, capaz de induzir 100% de letalidade após o terceiro dia da infecção. Altos títulos virais foram encontrados no cérebro e na medula espinhal dos animais. Surpreendentemente, 12 e 24 horas pós-infecção foi possível detectar vírus no fígado e baço (3 Log10 PFU/g) dos camundongos. Com este modelo foram testados os candidatos vacinais. Grupos de camundongos foram imunizados 3 vezes com OROV, OROV e FCA, NrOROV, NrOROV e FCA, NrOROV, Poli I:C e Montanide ISA 720. Após 3 imunizações, os animais foram desafiados com 10 LD50 de OROV e observados por 20 dias. Os animais imunizados com NrOROV e adjuvantes, não foram capazes de produzir anticorpos neutralizantes e adquirir imunidade protetora contra OROV enquanto que os imunizados com OROV apresentaram altos níveis de anticorpos neutralizantes e completa proteção in vivo. Ainda, os anticorpos produzidos pelos animais imunizados permitiram estudar o ciclo de replicação celular do OROV utilizando imunofluorescência. / Oropouche (OROV) is an arbovirus that occurs in the South American, Amazon region, producing outbreaks of acute febrile illness occasionally associated to meningoencephalitis. Approximately 500,000 cases of Oropouche have been reported in Brazil in the last 60 years. However, there is no available vaccine for OROV. We show here the development of an animal model of OROV suitable for studies on pathogenesis and vaccine testing. A vaccine prototype based on recombinant OROV nucleocapsid protein (NrOROV), an important viral antigen, was evaluated in the animal model. Initialy, we observed that all 12-week-old Balb/c mice inoculated intracerebrally with 8x105 PFU died after the third day of infection. Surprisingly, OROV genome was detectable in the liver as early as 12 hours post infection (pi) and in the spleen at 24 hours pi at 3 log10 PFU/g. Besides, high viral titers were found in brain and spinal cord. To test the NrOROV as a vaccine candidate, animals divided in 5 groups were immunized subcutaneously 3 times, two weeks apart with either OROV, OROV and Freud complete Adjuvant (FCA), NrOROV, NrOROV and FCA, NrOROV and Poly I:C and Montanide ISA 720. The experiment also included a group of naïve animals. After the third immunization, the animals were challenged with 10LD50 by intracerebral route and followed for 20 days. The animals immunized with NrOROV and adjuvants developed specific antibodies that were not able to neutralize the virus or confer protective immunity against OROV. Nevertheless, mice immunized with OROV showed high levels of neutralizing and protective antibodies. Despite the discouraging results with NrOROV as a vaccine, the mouse model is suitable to study pathogenesis, and to test other vaccines for OROV.

O vírus Oropouche (OROV) é um arbovírus que ocorre na região amazônica causando surtos de doenças febris agudas e que, ocasionalmente, podem ser associados a meningoencefalite. Aproximadamente 500.000 casos de Oropouche teriam ocorrido no Brasil. Entretanto, não existe vacina contra o OROV. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um modelo animal de infecção por OROV para estudar a patogênese da doença e um modelo para testar candidatas vacinais. Protótipo vacinal utilizando a proteína recombinante do nucleocapsídeo (N) de OROV (NrOROV), que é o principal antígeno viral, foi usado como potencial candidato para vacina. Neste estudo utilizou-se um modelo animal em camundongos Balb/c de 12 semanas de idade, inoculados intracerebralmente com 8x105 PFU de OROV, capaz de induzir 100% de letalidade após o terceiro dia da infecção. Altos títulos virais foram encontrados no cérebro e na medula espinhal dos animais. Surpreendentemente, 12 e 24 horas pós-infecção foi possível detectar vírus no fígado e baço (3 Log10 PFU/g) dos camundongos. Com este modelo foram testados os candidatos vacinais. Grupos de camundongos foram imunizados 3 vezes com OROV, OROV e FCA, NrOROV, NrOROV e FCA, NrOROV, Poli I:C e Montanide ISA 720. Após 3 imunizações, os animais foram desafiados com 10 LD50 de OROV e observados por 20 dias. Os animais imunizados com NrOROV e adjuvantes, não foram capazes de produzir anticorpos neutralizantes e adquirir imunidade protetora contra OROV enquanto que os imunizados com OROV apresentaram altos níveis de anticorpos neutralizantes e completa proteção in vivo. Ainda, os anticorpos produzidos pelos animais imunizados permitiram estudar o ciclo de replicação celular do OROV utilizando imunofluorescência. / Oropouche (OROV) is an arbovirus that occurs in the South American, Amazon region, producing outbreaks of acute febrile illness occasionally associated to meningoencephalitis. Approximately 500,000 cases of Oropouche have been reported in Brazil in the last 60 years. However, there is no available vaccine for OROV. We show here the development of an animal model of OROV suitable for studies on pathogenesis and vaccine testing. A vaccine prototype based on recombinant OROV nucleocapsid protein (NrOROV), an important viral antigen, was evaluated in the animal model. Initialy, we observed that all 12-week-old Balb/c mice inoculated intracerebrally with 8x105 PFU died after the third day of infection. Surprisingly, OROV genome was detectable in the liver as early as 12 hours post infection (pi) and in the spleen at 24 hours pi at 3 log10 PFU/g. Besides, high viral titers were found in brain and spinal cord. To test the NrOROV as a vaccine candidate, animals divided in 5 groups were immunized subcutaneously 3 times, two weeks apart with either OROV, OROV and Freud complete Adjuvant (FCA), NrOROV, NrOROV and FCA, NrOROV and Poly I:C and Montanide ISA 720. The experiment also included a group of naïve animals. After the third immunization, the animals were challenged with 10LD50 by intracerebral route and followed for 20 days. The animals immunized with NrOROV and adjuvants developed specific antibodies that were not able to neutralize the virus or confer protective immunity against OROV. Nevertheless, mice immunized with OROV showed high levels of neutralizing and protective antibodies. Despite the discouraging results with NrOROV as a vaccine, the mouse model is suitable to study pathogenesis, and to test other vaccines for OROV.

Orientadora: Profa. Dra. Márcia Aparecida Sperança / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Biossistemas, 2014. / A febre do Oropouche, causada pelo vírus Oropouche (OROV), é uma arbovirose de grande interesse para a saúde pública devido à alta incidência nas áreas tropicais da América do Sul e Central. Devido à inespecificidade dos sintomas, a febre do Oropouche é facilmente confundida com a dengue e uma série de arboviroses. Tais semelhanças sintomáticas dificultam o diagnóstico preciso para OROV, requerendo o desenvolvimento de estudos diferenciais. O diagnóstico laboratorial por isolamento viral é laborioso e depende de infraestrutura e pessoal especializado, disponível em poucos laboratórios brasileiros. O diagnóstico imunoenzimático possui limitações quanto à utilização de partículas virais infecciosas e também por produzirem reações cruzadas com outros vírus da mesma família. Portanto, com o intuito de realizar o diagnóstico sorológico específico para a febre causada por OROV, esse projeto teve por objetivo a construção de antígenos recombinantes a partir dos genes que codificam as proteínas estruturais Ns, G1 e G2 utilizando sistema de expressão eucariótico em células de insetos. Como resultados foram obtidos os baculovírus recombinantes para as proteínas Ns, G1 e G2 de OROV. O baculovírus correspondente à proteína G1 de OROV demonstrou instabilidade, provavelmente devido ao grande tamanho da construção recombinante. Testes de expressão das proteínas Ns e G2, em células de Spodoptera frugiperda 9 (Sf-9) e High Five, com crescimento em suspensão, revelaram que em Sf-9 a proteína Ns foi exportada para o meio extracelular, enquanto que a proteína G2 foi encontrada na fração sólida da cultura. Não foi detectada expressão das proteínas Ns e G2 de OROV em células High FiveTM. A proteína recombinante Ns foi expressa pela primeira vez em sistema eucariótico, porém a quantidade obtida foi insuficiente para iniciar os ensaios sorológicos. A investigação da interação da proteína Ns com ácidos nucleicos sugere que no sistema de expressão em células de insetos, a mesma está associada ao DNA. Estudos estruturais serão necessários para confirmar os resultados obtidos. / Oropouche fever (OF), caused by Oropouche virus (OROV),is an arboviruse of great interest to public health due to the high incidence in tropical areas of Central and South America. Due to its unspecific clinical signs, OF is usually mistaken with dengue fever and others arboviruses. Such symptomatic similarities hinder accurate diagnosis for OROV, requiring the development of differential studies. Laboratory diagnosis by viral isolation is hard and depends on infrastructure and trained personnel available in few Brazilians laboratorie's. The immuno diagnostic tests present limitations due the use of infectious viral particles and also produce cross reactions with other viruses of the same family. Therefore, in order to perform specific serological diagnosis of OF, the aim of this project was the construction of recombinant antigens based on the structural proteins Ns, G1 and G2 using an eukaryotic insect cells expression system. The results correspond to the achievement of recombinant baculovirus for the proteins Ns, G1 and G2 OROV. The G1 recombinant baculovirus showed instability, probably due to large size of the construct. NS and G2 proteins expression experiments in Spodoptera frugiperda 9 (Sf-9) and High Five, grown in suspension revealed that in Sf-9 NS protein was exported into the extracellular environment, while the G2 protein was found in the culture solid fraction. We did not detect expression of Ns and G2 OROV proteins in High Five cells. The Ns recombinant protein was expressed for the first time in an eukaryotic system, but the amount of protein obtained was insufficient to perform serological assays. The investigation of the interaction of the Ns protein with nucleic acids suggests that in the Baculovirus expression system, it is associated with DNA. Structural studies are needed to confirm the results.

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