Novel human protoparvoviruses : Epidemiology and clinical impact

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6408-7
Title: Novel human protoparvoviruses : Epidemiology and clinical impact
Author: Väisänen, Elina
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Department of Virology
Doctoral Programme in Biomedicine
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020-09-11
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6408-7
http://hdl.handle.net/10138/318339
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: In the beginning of the 21st century, the development of next generation sequencing (NGS) methods revolutionized the discovery of novel viruses and laid the foundations of a new era in virology. With NGS, the amount and quality of sequence data increased tremendously, and the decreasing price made large-scale screening possible. As a result, hundreds of novel viruses have been identified, and especially the number of novel small DNA viruses, including parvoviruses, has grown substantially. This thesis consists of studies of three novel parvoviruses, bufavirus (BuV), tusavirus (TuV), and cutavirus (CuV). All three viruses were originally identified by NGS from the diarrheal feces of children between 2012 and 2016, and they were the first viruses in the Protoparvovirus genus putatively infecting humans. Many of the animal viruses in this genus are known pathogens: for example, canine parvovirus (CPV) can cause severe gastroenteritis with high mortality among puppies. Currently, there are three genotypes of BuV and one genotype each of CuV and TuV. BuVs have been detected mainly in fecal samples, whereas CuV DNA has been detected in skin biopsies of cutaneous T-cell lymphoma (CTCL) and melanoma patients as well. Any findings of TuV have been rare. Here, we developed diagnostic methods for detecting viral DNA and IgG antibodies against BuV1-3, TuV and CuV, and analyzed 4300 samples from 11 cohorts on four continents to determine the epidemiology and potential clinical impact of these viruses. The BuV DNA was detected in diarrheal fecal samples from both adults and children in Finland, although with low prevalence. In addition, one nasal swab harbored BuV DNA. These studies were among the first to show BuV circulation in Europe and among adults, and further, the nasal swab is still the only non-fecal human sample containing BuV DNA. Although we detected BuV exclusively in diarrheic feces, our results did not strongly support a major role of BuV in gastroenteritis. One of the main findings in this thesis was the remarkable difference observed in the BuV seroprevalence between different populations: in the Middle East and Africa, the BuV IgG antibodies were detected in 56-85% of the adult population whereas in Finland and in the USA the seroprevalence was very low, <4%. This indicated that Iraq, Iran and Kenya are endemic areas for BuV. In addition to the seroprevalence difference, the predominant BuV type varied: it was BuV1 in the Middle East and BuV3 in Kenya. In Kenya, an age-dependent increase in BuV seroprevalence in children was apparent, and it seems that BuVs are not infecting young children in particular. The next important step in BuV studies will be identifying patients with acute primary infection to elucidate the symptoms and clinical picture of the infection. Our data on the geographical distribution of BuVs will help defining suitable locations for such studies. In contrast to that of BuV, the CuV seroprevalence was low in all populations analyzed. Therefore, it is interesting that CuV DNA was detected significantly more often in the lesional skin biopsies from CTCL patients in Finland than in those of transplant patients or healthy adults. This indicates that there is an association between the CuV DNA presence and CTCL, however, it is not known whether this association is causal, accidental or something else. The analysis of additional skin biopsies from the CuV DNA-positive patients revealed CuV DNA in every available skin sample, including both healthy and malignant tissue. Furthermore, lymph nodes harbored CuV DNA, while the prostate samples were CuV negative. Serological analysis of archived serum samples showed that the patients with CuV DNA in the skin had CuV IgG-antibodies already 5-21 years before the skin biopsies were taken. This suggests that CuV can persist for decades after primary infection similarly to human parvovirus B19. However, even if some preliminary disease associations exist, the role of CuV in CTCL or other skin cancers needs further investigations. TuV findings, both DNA and antibodies, were absent or scarce. TuV DNA was not detected in any of the skin tissues, and TuV IgG was detected only in one child and one transplant patient among the serum samples of 1500 individuals ranging four continents. Overall, more studies are needed to confirm if TuV truly is a human virus or just accidentally occurring in human samples.Vuosituhannen vaihteessa menetelmät syväsekvensointiin ja virusten rikastamiseen kehittyivät suurin harppauksin ja uusien virusten löytäminen erilaisista näytemateriaaleista helpottui merkittävästi. Tämä johti uuden aikakauden alkamiseen virologiassa, kun lukuisia uusia viruslajeja ja jopa aiemmin tuntemattomia virusheimoja tunnistettiin. Varsinkin pienten DNA-virusten, kuten parvovirusten, määrä on kasvanut merkittävästi. Tässä väitöskirjassa tutkittiin kolmea uutta parvovirusta, bufavirusta (BuV), tusavirusta (TuV) ja cutavirusta (CuV), jotka kaikki löydettiin syväsekvensointi-menetelmillä lasten ripuliulosteesta vuosina 2012-2016. Ne olivat ensimmäisiä ihmisiä infektoivia viruksia Protoparvovirus-suvussa. Suvun muiden, eri eläinlajeja infektoivien virusten tiedetään aiheuttavan vaarallisiakin tauteja. Näihin kuuluu esimerkiksi koiran parvovirus, joka aiheuttaa vakavia ripulitauteja ja johon liittyy korkea kuolleisuus pennuilla. Tällä hetkellä BuV:sta tunnetaan kolme genotyyppiä ja CuV:sta ja TuV:sta molemmista yksi. BuV:ta on havaittu lähes yksinomaan ulostenäytteissä eri puolilla maailmaa, kun CuV DNA:ta on löydetty myös syöpäpotilaiden ihonäytteistä mm. kutaanista T-solulymfoomaa (cutaneous T-cell lymphoma, CTCL) ja melanoomaa sairastavilta potilailta. TuV löydökset ovat olleet harvinaisia. Tässä väitöskirjassa pystytimme diagnostisia menetelmiä BuV1-3-, TuV- ja CuV-DNA:n sekä vasta-aineiden havaitsemiseen ja analysoimme 4300 näytettä yhdestätoista eri kohortista neljältä eri mantereelta selvittääksemme näin uusien virusten epidemiologiaa ja kliinistä merkitystä. Löysimme BuV DNA:ta suomalaisten ripulipotilaiden ulosteesta sekä aikuisilta että lapsilta, joskin esiintyvyys oli hyvin matala. Virusta löytyi myös yhdestä nenästä otetusta näytteestä. Vaikka tulokset eivät viitanneet siihen, että BuV aiheuttaisi gastroenteriittejä ainakaan laajassa mittakaavassa Suomessa, tutkimuksemme olivat ensimmäisiä, jotka osoittivat BuV:n kiertävän Euroopassa ja että BuV-DNA:ta löytyy myös aikuisten näytteistä. Lisäksi nenän pyyhkäisynäyte on edelleen ainoa näyte, jossa BuV DNA:ta on tavattu ihmisissä muualla kuin ulostenäytteessä. Eräs väitöskirjan päätuloksista oli havainto BuV IgG-vasta-aineiden yleisyyden suuresta vaihtelusta eri väestöissä: Suomessa ja USA:ssa vain muutamalla prosentilla aikuisista oli vasta-aineita, kun Irakissa, Iranissa ja Keniassa jopa 85% aikuisväestöstä oli BuV-IgG-positiivisia. Lähi-Itä ja Afrikka näyttävätkin olevan BuV:n kotoperäistä aluetta, BuV1:n ollen yleisin virustyyppi Lähi-Idässä ja BuV3:n Keniassa. Lisäksi havaitsimme, että BuV-IgG-seroprevalenssi kasvoi lapsilla iän myötä ja tulos viittaa siihen, etteivät bufavirukset infektoi erityisesti pieniä lapsia, vaan kaiken ikäisiä. Seuraava tärkeä askel BuV-infektion tutkimuksissa on löytää potilaita, joilla on akuutti infektio, ja näin taudin oireita ja kliinistä kuvaa voidaan selvittää. Tuloksemme viruksen maantieteellisestä jakautumisesta helpottavat jatkotutkimusten suuntaamista alueille, joissa akuutteja infektioita todennäköisesti esiintyy. Päinvastoin kuin BuV:n kohdalla, CuV:n IgG-seroprevalenssi oli matala kaikissa tutkituissa maissa ja eri potilasryhmissä. Siksi olikin mielenkiintoista, että löysimme CuV DNA:ta merkittävästi useammin CTCL-potilaiden syöpänäytteistä kuin elinsiirtopotilaiden tai terveiden aikuisten ihonäytteistä. Muita kudosnäytteitä analysoitiin kolmelta CuV DNA-positiiviselta potilaalta, ja CuV DNA:ta löytyi kaikista ihonäytteistä riippumatta siitä, oliko näyte terveestä vai sairaasta ihosta. Lisäksi CuV DNA:ta havaittiin imusolmukkeissa, mutta eturauhasnäytteet olivat negatiivisia. Arkistoituja seeruminäytteitä tutkimalla pystyimme osoittamaan, että CuV DNA-positiivisilta henkilöltä löytyi CuV IgG-vasta-aineita jopa 21 vuotta ennen ihonäytteen ottamista. Näin ollen on hyvin todennäköistä, että CuV on säilynyt elimistössä vuosikausia akuutin infektion jälkeen samankaltaisesti kuin ihmisen parvorokkovirus (B19V). Erot CuV:n esiintyvyydessä eri potilasryhmien välillä olivat tilastollisesti merkittäviä ja tulos viittasi siihen, että CuV:lla voisi olla jokin rooli CTCL:ssä. Tulokset eivät kuitenkaan kerro, oliko CuV taudin syy, seuraus vai oliko virus sattumalta näissä kudoksissa. Tarvitaankin lisää tutkimuksia, jotta CuV:n merkitys CTCL:ssä ja muissa ihon syövissä selviää. TuV löydökset olivat harvinaisia. Emme löytäneet TuV DNA:ta yhdestäkään ihokudoksesta ja vasta-aineita havaitsimme vain yhdellä lapsella ja yhdellä aikuisella elinsiirtopotilaalla. Näin ollen jää edelleen vahvistamatta, onko TuV oikeasti ihmisen virus vai löytyykö virusta vain satunnaisesti ihmisistä, joihin virus on joutunut vahingossa.
Subject: virologia
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
NOVELHUM.pdf 2.469Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record