Cytokine profiles during cowpox virus (CPV) strain Brighton and vaccinia virus (VV) strain Western Reserve infections were characterized in intranasal (i.n.) and intraperitoneal (i .p.) models in BALB/c mice. The time-course of induction and effects of cidofovir treatment on interferon (IFN)-γ, IFN-γ inducible protein (IP)-10, interleukin (IL)-6, and monocyte chemoattractant protein (MCP)-1 were determined. The four models have distinct patterns of cytokine induction. CPV i.p. and VV i.n. infections showed increased induction throughout the time studied. CPV i.n. infection resulted in delayed induction of IFN-γ and IP-10. Cytokine levels were fairly constant during VV i.p. infections. Cidofovir treatment (100 mg/kg/day i.p. for 2 days) significantly reduced certain cytokine levels in the four models. Treatment did not affect IP-10 in the CPV i.n. model; IFN-γ and IP-10 in the CPV i.p. model; or IL-6, IP- 10, and MCP-1 in the VV i.p. model. Characterization of cytokine responses has implications for understanding the immune responses and pathogeneses of viral infections in these models.

Thesis (M.S.)--University of Florida, 2004. / Typescript. Title from title page of source document. Document formatted into pages; contains 49 pages. Includes Vita. Includes bibliographical references.

Einleitung Die Kuhpockenvirusinfektion (CPXV-Infektion) ist eine sporadisch auftretende, meldepflichtige Erkrankung mit zoonotischem Potenzial. Sie wurde in den letzten sechs Jahrzehnten in vielen Säugetierspezies inkl. des Menschen beschrieben und erforscht. Sie äußert sich in zwei Verlaufsformen: mild, lokalisiert, selbstlimitierend oder generalisiert, dramatisch bis letal. Als Erregerreservoir dienen dem Virus wildlebende Nager (Wühlmäuse). Aktuell ist für diese Infektion keine kausale Therapie zugelassen, Prävention kann mittels prophylaktischer Impfung mit dem Modifizierten Vaccinia Virus Ankara (MVA)-Impfstoff erzielt werden. Für Neuweltkameliden wurde die CPXV-Infektion bisher nur dreimal beschrieben. Detaillierte Erkenntnisse zur Epidemiologie, klinischem Erscheinungsbild und Prävention dieser Infektion bei Neuweltkameliden fehlen. Vier unabhängige Cluster von CPXV-Infektion in ostdeutschen Alpakabeständen in nur fünf Jahren, bekannt geworden durch fünf Alpakas mit generalisierter CPXV-Infektion mit jeweils letalem Ausgang als Patienten der Klinik für Klauentiere Leipzig, gaben Anlass, die Infektion bei dieser Spezies genauer zu untersuchen. Ziele der Untersuchungen Ziel der Studie war, auf Basis einer Literaturrecherche einen Überblick über das Wesen der CPXV-Infektion und ihre Relevanz bei Neuweltkameliden zu gewinnen. Anhand von Bestandsuntersuchungen in vier Alpakabeständen sollten Informationen zur Epidemiologie der CPXV-Infektion mit Erregernachweis im Einzeltier, Erregerverbreitung in der Herde und Erregerreservoir gesammelt werden. Ebenso wurde in zwei der vier Alpakabestände eine Bestandsimpfung mit dem MVA-Impfstoff durchgeführt, um die Verträglichkeit und die Immunogenität dieses Impfstoffes beim Alpaka zu überprüfen. Tiere, Material und Methoden Vier Alpakabestände (107 Alpakas) wurden zweimal im Abstand von 19 – 54 Tagen besucht. Anhand der klinischen Untersuchung und verschiedener Proben (Blut, Tupferproben, Krusten von Hautläsionen, Kot) wurden CPXV-infizierte Tiere identifiziert. Wildlebende Nager als potenzielles Erregerreservoir wurden in der Umgebung der Bestände gefangen. Ein indirekter Immunfluoreszenztest (IFA) wurde zum Nachweis CPXV-spezifischer Antikörper aus dem Serum (Alpakas) bzw. Serum/Transsudat (Nager) eingesetzt, eine real-time PCR diente zum Nachweis von CPXV-spezifischer DNA aus Kot/Tupferproben/Krusten (Alpakas) bzw. Organproben (Nager). In zwei Alpakabeständen wurden 94 Tiere mit dem MVA-Impfstoff zweimal im Abstand von vier Wochen geimpft. Eine Ausnahmegenehmigung nach §17c Abs. 4 Nr. 2 Buchstabe a) des Tierseuchengesetzes vom 22. Juni 2004 (BGBl.I S. 1260) lag für beide Bestände vor. Vier Wochen nach jeder Impfung und 6 bzw. 12 Monate nach der 2. Impfung wurden von allen Tieren Serum (für IFA) und Tupferproben (für PCR) entnommen. Etwaige Impfreaktionen wurden vier Wochen nach jeder Impfung aufgezeichnet. Bei 14 Crias wurde 2 – 12 Wochen post partum eine Serumprobe auf spezifische maternale Antikörper untersucht. Ergebnisse Insgesamt wurden 28 von 107 Tieren mittels IFA und/oder PCR als CPXV-infiziert identifiziert. Die Seroprävalenz pro Bestand schwankte zwischen 16,1 % und 81,2 %. Auch beim Alpaka traten zwei klinische Verlaufsformen auf: mild, lokalisiert, selbstlimitierend vs. generalisiert, letal. In zwei Beständen wurden CPXV-spezifische Antikörper in den gefangenen Nagern gefunden. Im dritten Bestand konnte CPXV aus einer Feldmaus (Microtus arvalis) isoliert werden. Vollgenomsequenzierung dieses Isolates und der Vergleich mit dem Genom von CPXV aus einem Alpaka des gleichen Bestandes ergaben 99,997 % Übereinstimmung. In diesem Bestand wurde CPXV an einer Bürste zur Fellpflege nachgewiesen, die Erregerübertragung durch indirekten Tierkontakt und tierbezogene Utensilien erscheint bei Alpakas am wahrscheinlichsten. Die MVA-Impfung war auch bei Alpakas sicher und gut verträglich. Nach zweimaliger Grundimmunisierung konnte eine Antikörper-Seroprävalenz pro Bestand von 81,3 % bzw. 91,7 % nachgewiesen werden. Im Laufe eines Jahres sank diese auf 15,6 % bzw. 45,8 %, Neuerkrankungen wurden nicht detektiert. In 50,0 % der beprobten Crias wurden maternale Antikörper nachgewiesen. Schlussfolgerungen Das ubiquitäre Erregerreservoir Wühlmaus in Verbindung mit an Popularität zunehmenden Alpakas, als vollempfängliche Spezies für CPXV weisen auf ein gesteigertes Risiko für zukünftige zoonotische CPXV-Infektionen hin. Die MVA-Impfung schützt Alpakas erfolgreich vor einer generalisierten CPXV-Infektion. Die Dauer des Impfschutzes und geeignete Auffrischungs-Impfregime gilt es in Langzeitstudien zu erforschen.:Inhalt 1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Das Alpaka 2.1.1 Zoologische Einordnung, Herkunft, Nutzung 2.1.2 Haltung 2.1.3 Viruserkrankungen bei Neuweltkameliden in Europa 2.2 Die Kuhpockenvirusinfektion 2.2.1 Ätiologie 2.2.2 Wirtsspektrum und Erregerreservoir 2.2.3 Diagnostik 2.2.4 Klinisches Erscheinungsbild 2.2.5 Differentialdiagnosen 2.2.6 Therapie/Prophylaxe 2.3 Der MVA-Impfstoff 2.4 Schlussfolgerung aus der Literaturrecherche und Zielstellung 3 Publikation 1 4 Publikation 2 5 Publikation 3 6 Diskussion 7 Zusammenfassung 8 Summary 9 Literaturverzeichnis 10 Danksagung / Introduction Cowpox virus (CPXV) infection is a reportable and potentially zoonotic disease that occurs sporadically in a variety of animals and in humans. It has been extensively researched and described in both domestic and zoo animals as well as in humans. Although infected individuals generally have a mild form of disease, cases of fatal generalized CPXV infection have also been described. Prevention by prophylactic vaccination using modified vaccinia virus Ankara (MVA) vaccine is the only method of protecting animals against disease. CPXV infection has been described in South American camelids, but data on its epidemiology, clinical features and prevention are lacking. Four CPXV outbreaks occurred in unrelated alpaca herds in Eastern Germany in a five-year period. The diagnosis in those herds was based on five cases with severe, generalized and lethal CPXV infection referred to the Department for Ruminants and Swine in Leipzig. The outbreaks provided us with an opportunity to better understand CPXV-infection in this species. Aims of the study The first aim of the study was to conduct a literature review of the clinical features of CPXV infection in South American Camelids and to compare their clinical signs with those of other animal species. The second goal was to evaluate the epidemiology of CPXV infection in four alpaca herds by evaluating the mode of virus transmission and the occurrence of CPXV in individual alpacas and in putative reservoir hosts. The third goal was to determine the safety and immunogenicity of MVA vaccine in alpacas by using in a prime-boost MVA vaccination regimen in two alpaca herds. Material and methods Four alpaca herds (107 animals) were evaluated on two separate occasions, and samples (serum, swab samples, crusts of suspicious pox lesions, feces) were collected to identify CPXV-infected animals. Wild small mammals were trapped on the alpaca farms to investigate the potential source of infection. Serum (alpacas, rodents) and/or transudate (rodents) samples were used to detect CPXV-specific antibodies using an indirect immunofluorescence assay (IFA). Swab samples, crusts and feces (alpacas) or organ tissue (rodents) were used for the detection of CPXV-specific DNA in a real-time PCR. A total of 94 animals from two alpaca herds were vaccinated twice with MVA vaccine. A special exemption was obtained from the relevant Ministries of the Federal States under German law. Blood samples (serum, IFA) and swab samples (PCR) were collected 4 weeks after prime and boost vaccination as well as 6 and 12 months after boost vaccination. In 14 crias, 1 blood sample was collected 2 – 12 weeks after birth to determine the presence of specific maternal antibodies (serum, IFA). Results A total of 28 of 107 animals were diagnosed with CPXV using IFA and/or PCR. Herd seroprevalence ranged from 16.1% to 81.2%. The clinical signs in infected animals were mostly mild, localized and self-limiting, but 5 animals had generalized signs and died. In two herds, CPXV-specific antibodies were found in the local rodent population. In the third herd, CPXV was isolated from a common vole (Microtus arvalis); full genome sequencing and comparison with the genome of CPXV from an alpaca on the same farm revealed a 99.997% match. Virus transmission through indirect contact seems likely because CPXV-specific DNA was detected on a brush used for grooming. MVA vaccine was well tolerated and safe in vaccinated alpacas. Seroprevalence after booster vaccination was 81.3% in one herd and 91.7% in the other. Detectable antibody titers declined to 15.6% and 45.8% over a 12-month period after booster vaccination. New CPXV infections were not detected in this period. Specific maternal antibodies were detected in 50.0% of newborn crias. Conclusions With the recent increase in their popularity, alpacas may pose an increased risk of zoonotic disease spread because of their susceptibility to CPXV infection and their relatively close proximity to reservoir hosts such as rodents. Prevention of generalized CPXV infection in alpacas using MVA vaccine appears feasible. The duration of immunity and appropriate booster vaccination regimens need to be verified in long-term studies.:Inhalt 1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Das Alpaka 2.1.1 Zoologische Einordnung, Herkunft, Nutzung 2.1.2 Haltung 2.1.3 Viruserkrankungen bei Neuweltkameliden in Europa 2.2 Die Kuhpockenvirusinfektion 2.2.1 Ätiologie 2.2.2 Wirtsspektrum und Erregerreservoir 2.2.3 Diagnostik 2.2.4 Klinisches Erscheinungsbild 2.2.5 Differentialdiagnosen 2.2.6 Therapie/Prophylaxe 2.3 Der MVA-Impfstoff 2.4 Schlussfolgerung aus der Literaturrecherche und Zielstellung 3 Publikation 1 4 Publikation 2 5 Publikation 3 6 Diskussion 7 Zusammenfassung 8 Summary 9 Literaturverzeichnis 10 Danksagung

<p>Orthopoxviruses encode many genes that are not essential for viral replication, which often account for differences in pathogenesis among otherwise closely related orthopoxviruses. Although dendritic cells (DCs) are essential to the generation of an effective anti-viral immune response, the effects of different orthopoxviruses on DC function is poorly understood. The objective of these studies was to determine the effect of different orthopoxviruses on DCs. Cowpox virus (CPXV) is ideally suited to this purpose because it encodes the largest and most representative set of accessory genes among orthopoxviruses, it is endemic in mouse populations, and can infect humans. </p><p>We hypothesized that CPXV would have novel mechanisms of evading the immune response that other orthopoxviruses lack, which may exert maximal effect in the context of antigen presenting cells such as DCs, allowing for discovery of novel viral strategies of immune evasion. To test this, CPXV was used to infected mouse bone marrow-derived DCs (BMDCs), and the effect of the virus on DC survival, expression of T-cell costimulatory molecules and cytokine production was determined. The effects of vaccinia virus strain Western Reserve (VV), the prototype of the species, and modified vaccinia virus strain Ankara (MVA), a promising vaccine vector, on mouse BMDCs were also determined. Confirming the hypothesis that CPXV would have different effects on mouse BMDCs from other orthopoxviruses, BMDCs infected with CPXV survived longer in culture than those infected with MVA or VV. In addition, CPXV specifically downregulated MHC I, MHC II, CD40, and CD86, and induced production of significant levels of IL-6 and IL-10.</p><p>Because IL-10 has many suppressive effects on the immune system, inducing IL-10 may provide a selective advantage to CPXV in vivo. To examine the role of IL-10 in a CPXV infection, wild type and IL-10 deficient mice were infected intranasally with CPXV. The effect of CPXV infection on disease morbidity, viral loads, inflammation and the protective immune response was determined. As expected, IL-10 was important in controlling inflammation during CPXV infection, but there was no effect on viral replication or clearance. Surprisingly, IL-10 was important in generation of a protective memory response to CPXV, which may reflect a novel role for IL-10 in the immune response.</p> / Dissertation