Yliopiston etusivulle Suomeksi På svenska In English Helsingin yliopisto

Prevalence and evolution of human parvoviruses

Show simple item record

dc.contributor Helsingin yliopisto, lääketieteellinen tiedekunta, kliinisteoreettinen laitos fi
dc.contributor Helsingfors universitet, medicinska fakulteten, Haartman institutet sv
dc.contributor University of Helsinki, Faculty of Medicine, Haartman Institute, Department of Virology en
dc.contributor University of Edinburgh, Centre of Infectious Disease en
dc.contributor.author Norja, Päivi fi
dc.date.accessioned 2012-04-11T06:14:39Z
dc.date.available 2012-04-17 fi
dc.date.available 2012-04-11T06:14:39Z
dc.date.issued 2012-04-27 fi
dc.identifier.uri URN:ISBN:ISBN 978-952-10-7910-8 fi
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10138/32716
dc.description.abstract Parvoviruses are minute single-stranded DNA viruses that infect a wide range of mammalians and invertebrates. Human parvovirus B19 (B19V) was discovered in the 1970s and was soon found to cause several diseases, including erythema infectiosum, arthropathy, anemias, fetal hydrops, and fetal death. The B19V titer in blood is high during acute infection. After primary infection, B19V has been shown to persist in tissues of symptomatic and asymptomatic persons. Prior to the commencement of this work, two new genotypes were identified for B19V that had long been considered to be very stable regarding its DNA sequence. The newly found variants are named genotype 2 and genotype 3, and the prototypic virus is genotype 1. The new genotypes were found from the blood of a child with aplastic anemia and from human skin. The most common transmission route of B19V is the respiratory tract but transmission via plasma-derived medical products also occurs. To ensure the safety of medical blood products in the European Union, new instructions were given in 2004 for B19V levels in plasma pools. These necessitate quantitative PCR (qPCR) screening for B19V DNA. Two commercially available quantitative PCR tests (qPCR A and qPCR B) existed at the beginning of this thesis project and were examined here for their ability to amplify, quantify, and differentiate B19V genotypes. qPCR A was highly sensitive for the detection of B19V genotype 1, but failed to detect B19V genotype 2 and to differentiate genotypes. qPCR B proved to be a sensitive and suitable method for detection, quantification, and differentiation of all B19V genotypes. The prevalences of B19V genotypes were examined in a large number of blood and tissue samples. B19V genotype 1 was found in 23% of maxipools of blood donor plasma, and in 17% of single samples of serum whilst no genotype 2 or 3 DNAs were detected. Various types of tissue samples contained B19V DNA of genotype 1 or genotype 2 DNA, while B19V genotype 3 DNA was absent from all the tissues studied. When grouping tissue donors according to their age, a variety in distribution of B19V genotypes was noticed. B19V genotype 1 DNA was found in all age groups, whereas genotype 2 was confined to those subjects born before 1973. Correspondingly, sera from the past two decades contained no B19V genotype 2 DNA. The results suggest that actually the newly found B19V genotype 2 is older in occurrence than the prototypic B19V genotype 1 and it has disappeared from global circulation. Furthermore, the results disclosed that persistence of B19V DNA in human tissues is lifelong and represents a source of information from our past, termed the Bioportfolio. The evolution rates of both persistent and acute B19V genomes were determined in collaboration with a British group at University of Edinburgh. As a sequencing target, the gene for viral capsid protein VP2 was amplified from serum samples collected from subjects with B19V acute infection. In comparison, the VP2 gene was amplified from tissues of subjects with serologically confirmed past B19V infection. Notably rapid sequence changes of 4x10-4 substitutions/site/year were observed in plasma-derived B19V genomes. In contrast, the evolution rate of B19Vs found in tissues was 10 times slower. In 2005, two new human parvoviruses, human bocavirus 1 (HBoV1) and human parvovirus 4 (PARV4), were discovered by molecular screening and large-scale sequencing. HBoV1 has since been shown to cause systemic infection and respiratory illness in young children. PARV4 has mainly been restricted to those with a history of intravenous drug use with the exception of Sub-Saharan Africa. Later, in 2009 and 2010, three more human bocaviruses, probably enteric viruses, were found from feces. Whether these newly found human parvoviruses share the ability of B19V to persist in human tissues, was studied. Tonsillar, synovial, and dermal tissues were examined for DNAs of these new parvoviruses; neither HBoV2-4 nor PARV4 DNAs were detected. HBoV1 DNA was found in tonsillar tissue but not in synovia or skin. HBoV1 DNA prevalence was 9 % of samples collected from young children. None of the HBoV1 IgG seropositive adults harbored HBoV1 DNA. Rather than long term persistence, the results indicate a slow evanescence of HBoV1 genomes in tonsillar tissue of children after primary exposure. With the collaboration of a German group in Regensburg, the role of B19V DNA persistence in cardiomyopathy or myocarditis was studied. The B19V DNA prevalence was 85%. B19V genotype 1 and 2 DNAs were found in 9% and 76% of heart examined, respectively. Genotype 3 was absent from all the tissues studied. The presence of B19V DNA in human heart biopsies demonstrated no correlation with clinical symptoms. Quantitative PCR methods for B19V detection in plasma-derived medical products are crucial for ensuring the viral purity of the blood products. Today, quantitative B19V PCR alone, or together with antibody assays, is commonly used in diagnosis of B19V infections. Evolution studies of parvoviruses have given us a new and unexpected perspective to rates of evolution of single-stranded DNA viruses. The ability of B19V to persist lifelong in several types of human tissues is unique among parvoviruses; human bocaviruses are not suggested to occur in solid tissues for life. The detection of B19V DNA in human heart did not indicate the pathogenesis of persistent B19V, but neither answered the question about possiblility of B19V reactivation. With known mechanism, and in light of full-length coding potential of the persistent viral DNA genomes, the persistence of B19V could, in future, provide the desired long-term permanence for gene therapy vectors. Furthermore, the persistency provides, at the global and epidemiological level, a database for analysis the occurrence and circulation of parvoviruses and their variants. en
dc.description.abstract Parvovirukset ovat pieniä, yksijuosteisia DNA-viruksia, jotka infektoivat laajasti eläinkuntaa. Ihmisen parvovirus, parvorokkovirus (B19V), löydettiin 1975 verinäytteestä ja 80-luvulta lähtien se on yhdistetty useisiin sairauksiin. B19V aiheuttaa parvorokon, toisinaan niveltulehduksia, kroonista anemiaa immuunipuutteisilla sekä äidistä sikiöön siirtyessään sikiöpöhön, tai ääritapauksissa keskenmenon. B19V leviää hengitysteitse sekä verituotteiden välityksellä ja parvorokkovirusinfektio on varsin yleinen. Yli 60 % aikuisväestöstä on kohdannut tämän viruksen elinaikanaan. B19V replikoituu ihmisen punasolujen esiasteissa luuytimessä ja infektion alkuvaiheissa viruspitoisuus veressä on hyvin korkea, jopa 1013kopiota/ml verta. Primääri-infektion jälkeen viruksen on todettu säilyvän eli persistoivan ihmisen kiinteissä kudoksissa. Parvorokkoviruksen genomia pidettiin pitkään varsin konservoituneena, mutta vuosina 1999 ja 2002 sille löydettiin kaksi uutta varianttia. Aiemmin tunnettu variantti on nimetty genotyypiksi 1 ja uudet variantit edustavat genotyyppejä 2 ja 3. Genotyyppi 2 löydettiin ihmisen ihosta ja genotyyppi 3 seerumista. Parvorokkoviruksen on pitkään oletettu olevan ainoa ihmiselle patogeeninen parvovirussuvun jäsen. Vuoden 2005 aikaiset ja myöhemmät löydökset kuitenkin mullistivat tämän oletuksen, kun taas ihmisen bokavirukset 1-4 (HBoV1-4) sekä ihmisen parvovirus 4 (PARV4) löydettiin geenimonistuksella. HBoV1:n tiedetään aiheuttavan hengitystiesairauksia pikkulapsilla, kun PARV4:n esiintyminen Euroopassa on pääasiassa rajoittunut neulahuumekäyttäjien keskuuteen. HBoV2-4:lle ei tunneta varmoja tautiassosiaatioita, mutta mahdollisesti ne aiheuttavat ripulitauteja. Euroopan unionin verituotteita koskevia säädöksiä tarkennettiin vuonna 2004, jolloin B19V-pitoisuudelle säädettiin uusi raja, 104 kopiota/ml. Uuden säädöksen vuoksi verituotteiden analysointiin tarvitaan kvantitatiivinen B19V-geenimonistusmenetelmä (PCR). Väitöskirjatyössä määritettiin kahden kaupallisen kvantitatiivisen PCR-menetelmän (qPCR A ja qPCR B) kykyä tunnistaa ja monistaa B19V:n kaikki kolme genotyyppiä. qPCR A monisti genotyypit 1 ja 3, mutta ei tunnistanut lainkaan genotyyppiä 2. Kyseisellä menetelmällä ei pystytty erottamaan toisistaan B19V:n genotyyppejä 1 ja 3. Sitä vastoin qPCR B tunnisti ja monisti B19V:n kolme genotyyppiä, ja on sovelias ja nopea menetelmä B19V:n kvantitointiin. Tutkimme qPCR B:llä B19V genotyyppien esiintyvyyttä 140 000 suomalaisen verenluovuttajan verinäytteistä. Genotyyppi 1 esiintyi 23%:sa näytteitä, mutta genotyyppejä 2 ja 3 ei tavattu lainkaan. Parvorokkoviruksen kudossäilyvyyden laajuutta ja mahdollista genotyyppikohtaista kudosspesifisyyttä tutkittiin analysoimalla yli 500 ihmiskudosta (iho, synovia, tonsilla, maksa) sekä 1640 verinäytettä. Elimistössä persistoivia genotyyppejä 1 ja 2 löytyi kaikista kudoslajeista, mutta genotyyppiä 3:a ei. Genotyypin 3 on kuitenkin havaittu esiintyvän laajalti Afrikassa ja Etelä-Amerikassa. Kun kudoslöydöksiä tarkasteltiin näytteen luovuttajan iän näkökulmasta, tehtiin mielenkiintoinen havainto. Siinä missä genotyypin 1 virusgeenejä löytyi tasaisesti kaiken ikäisistä henkilöistä, nuorimpia lapsia lukuun ottamatta, genotyypin 2 esiintyvyys rajoittui keski-ikäisiin ja vanhempiin. 1950-luvulla syntyneiden ja iäkkäämpien kudoksissa molemmat virustyypit esiintyivät lähes yhtä usein, kun taas 60-lukulaisissa tyyppi 2 oli jo peräti harvinainen ja 70-lukulaisista sitä kantoi kudoksissaan vain yksi ainoa. Vuosina 1980 - 90 kerätyistä potilasseerumeista löytyi yksinomaa tyypin 1 virusta. Sama ilmiö havaittiin, kun yhteistyössä saksalaisen tutkimusryhmän kanssa tutkittiin B19V:n kudossäilyvyyden yhteyttä sydänsairauksiin. Korrelaatiota sydänkudoksessa esiintyvän B19V-DNA:n ja sydänoireiden välillä ei havaittu. Sen sijaan genotyyppien persistenssi vahvisti aiempaa havaintoamme; genotyyppi 2 esiintyi vanhempien henkilöiden sydänkudoksessa kuin genotyyppi 1. Uusi genotyyppi 2, osoittautuikin siis Pohjois- ja Keski-Euroopassa huomattavasti esiintyvyydeltään vanhemmaksi kuin klassinen genotyyppi 1. Viime vuosisadan alkupuoliskolla kumpikin oli ollut yhtä yleinen, kunnes 1960 -70-luvuilla tyyppi 2 hävisi käytännöllisesti katsoen kokonaan jääden kuitenkin piilemään kudoksiin muistona ensitartunnasta. Syytä viruksen häviämiseen väestökierrosta ei tiedetä. DNA-virusten muuntumisen eli evoluutionopeuden ajatellaan olevan hitaampaa kuin RNA-virusten. Yhteistyöprojektissa Edinburghin yliopiston kanssa analysoimme B19V-genomin muuntumisnopeutta toisaalta akuutin infektion yhteydessä veressä ja toisaalta persistenssin aikana kudoksissa. Evoluutionopeuden havaittiin olevan huomattavan korkea verestä peräisin olevien sekvenssien perustella, kun taas kudossäilyvyyden aikana se oli kymmenenkertaisesti matalampi. Tulos kertoo, että kudossäilyvyyden aikana virusgenomin aktiivisuus on olematonta tai hyvin matalaa. Ensitartuntaan liittyvä, korkea evoluutionopeus eli viruksen nopea muuntuminen on voinut johtaa eri genotyyppien olemassaoloon sekä niiden erilaiseen ajanjaksolliseen ja maantieteelliseen esiintyvyyteen. B19V:n lisäksi etsimme PCR-tekniikoilla veri- ja kudosnäytteistä uusien ihmisen parvovirusten DNA:ta määrittääksemme sen, onko kudossäilyvyys parvovirusten yhteinen ominaisuus. Lisäksi tutkittiin uusia parvoviruksia vastaan muodostuneiden vasta-aineiden esiintyvyyttä kudosluovuttajien keskuudessa. HBoV1-DNA:ta havaittiin 9%:sa nielurisanäytteistä, jotka oli kerätty lapsilta. Sitä vastoin HBoV1-vasta-aineita kantavien aikuisten nielurisoissa HBoV1-DNA:ta ei havaittu. Parvorokkovirus-DNA:n pitkäaikainen kudossäilyvyys ei siis näytä olevan parvovirusten yleinen ominaisuus. Väitöskirjatutkimus antoi uutta tietoa uusien ihmisparvovirusten esiintyvyydestä ja todisti, että parvorokkovirus pysyy ensitartunnasta lähtien koko eliniän. Tämä ilmiö tarjoaa uuden tietolähteen menneisyydestämme yksilön tartuntatautihistoriasta, väestön infektioepidemiologiasta ja mikrobievoluutiosta koostuvan tietopankin jota kutsumme nimellä Bioportfolio. fi
dc.format.mimetype application/pdf fi
dc.language.iso en fi
dc.publisher Helsingin yliopisto fi
dc.publisher Helsingfors universitet sv
dc.publisher University of Helsinki en
dc.relation.isformatof URN:ISBN:ISBN 978-952-10-7909-2 fi
dc.relation.isformatof 2012 fi
dc.rights Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty. fi
dc.rights This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited. en
dc.rights Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden. sv
dc.subject virologia fi
dc.title Prevalence and evolution of human parvoviruses en
dc.title.alternative Ihmisparvovirusten esiintyvyys ja evoluutio fi
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Doktorsavhandling (sammanläggning) sv
dc.ths Hedman, Klaus fi
dc.ths Söderlund-Venermo, Maria fi
dc.opn Vuorinen, Tytti fi
dc.type.dcmitype Text fi

Files in this item

Files Description Size Format View/Open
prevalen.pdf 2.236Mb PDF View/Open
This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search Helda


Advanced Search

Browse

My Account