Die Hytrosaviridae (Hytrosaviren, englisch salivary gland hypertrophy viruses, SGHVs) sind eine Familie von doppelsträngiger DNA-Viren, die Insekten infizieren.[2] Der Name leitet sich ab von Hytrosa, einer Abkürzung aus griechisch Hypertrophia für Hypertrophie, und Sialoadenitis für Speicheldrüsenentzündung.
Die Familie ist Mitglied der 2021 neu geschaffenen Ordnung Lefavirales in der ebenfalls neuen Klasse Naldaviricetes. Diese Taxonomie löst provisorische Bezeichnungen ab wie beispielsweise „Baculo-like viruses“.[3]
Die Virionen von Mitgliedern dieser Familie sind nicht verschlossen, umhüllt und stabförmig bei einer Länge von 500–1000 nm und einem Durchmesser von 50–80 nm. Sie enthalten ein dünnes, dichtes zentrales Nukleokapsid, das den DNA-Proteinkern einhüllt. Der Nukleokapsidkern ist von einer amorphen Proteinschicht (Tegument) umgeben.[4] Die äußere Oberfläche der Virionen ist mit einer spiralförmigen Strukturen besetzt, die aus viral (vom Virusgenom) kodierten Proteindimeren besteht. diese stammen von den Wirten ab (Horizontaler Gentransfer). Die Virionen enthalten mindestens 35 Polypeptide mit einer Größe von 10 bis 200 Kilodalton.
Das Genom ist ein zirkuläres (kreisförmiges) Doppelstrang-DNA-Molekül (dsDNA), „supercoiled“ (gewickelt) und mit einer Größe von 120 bis 190 Kilobasen. Es hat vermutlich 108–174 nicht überlappende Gene, die in unidirektionalen Clustern gleichmäßig über das Genom verteilt sind.[5] Der GC-Gehalt variiert zwischen 28 % und 44 %.
Die von Spezies in dieser Familie verursachten Symptome sind in der Hauptsache eine offene Hypertrophie der Speicheldrüse bei adulten Diptera. Daneben schließen Infektion und Replikation in Nicht-Speicheldrüsenzellen bei Tsetsefliegen eine teilweise und bei Stubenfliegen eine vollständige Unterbrechung der Vitellogenese (Dotterbildung) ein.[6][7]
Die Replikation erfolgt im Zellkern der sekretorischen Epithelzellen der Speicheldrüse. Die virale DNA-Synthese und -Transkription findet innerhalb der Zellkerns statt. Die Nucleocapside verlassen den Zellkern in das Zytoplasma durch die Kernporen und lagern sich anschließend an den Golgi-Apparat an. So werden sie im Zytoplasma mit einer Hülle versehen und zu kompletten Virionen zusammengebaut (assembliert).
Die Übertragung erfolgt entweder „horizontal“ durch Nahrungsaufnahme oder „vertikal“ von der Mutter auf die Nachkommen.[8][9] Bei Stubenfliegen wurde auch eine mechanische Übertragung (durch Wunden in der Cuticula) vorgeschlagen.[10]
In der Familie Hytrosaviridae (Hytrosaviren, englisch salivary gland hypertophy viruses, SGHVs) gibt es (mit Stand März 2019) vom International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) bestätigt zwei Gattungen mit jeweils einer Spezies:[11][12]
Strukturell ähneln die Hytrosaviren Mitgliedern anderer Arthropoden-infizierender Virusfamilien wie Baculoviridae, Nudiviridae und Nimaviridae (alle in der Klasse Naldaviricetes). Hytrosaviren teilen 12 der 38 Kerngene (englisch core genes), die bei Baculoviren, Nudiviren, Nimaviren und einigen Bracoviren (Gattung Bracovirus, gegenwärtig – Stand März 2019 – noch klassifiziert in der vermutlich polyphyletischen Familie Polydnaviridae[20]) beschrieben wurden. Einige der strukturellen und genomischen Merkmale, die Hytrosaviren und andere große dsDNA-Viren gemeinsam haben, umfassen:
Hytrosaviren unterscheiden sich jedoch funktional von Baculoviren durch das Fehlen von Okklusionskörpern und eine geringere Letalität.[7]
Die kodierte virale (viruseigene) DNA-Polymerase ist vom Typ B, der in allen großen dsDNA-Viren vorhanden und konserviert ist. Auf Aminosäureebene ist die beste Übereinstimmung des DNA-PolB von Hytrosaviren mit dem im Alcelaphine gammaherpesvirus 1 (Alcelaphine herpesvirus)[21] gefundenen DNA-PolB.[14][5][22] Basierend auf dem DNA-polB-Gen sind Hytrosaviren im Vergleich zu anderen Viren mit zirkulärem dsDNA-Genom enger mit Wirbellosen-Viren mit großer linearer dsDNA verwandt. Einige der linearen dsDNA-Viren mit Ähnlichkeiten zu den Hytrosaviren, umfassen Mitglieder der folgenden Familien (in Klammern die Größe des übereinstimmenden Genom-Teils):[23]
Hytrosaviren kodieren Homologe zu den in anderen dsDNA-Viren gefundenen hochkonservierten PIF-Genen (PIF: oral infectivity factor, hier die PIFs o/P74, 1,2 and 3) PIF: (PIF o / P74, 1,2 und 3)
In Hytrosaviren finden sich auch Homologe zu einigen der in Baculoviren und Nudiviren vorkommenden Untereinheiten des DNA-abhängigen RNA-Polymerase-Komplexes (DdRp). Die in den Hytrosaviren vorhandenen DdRp-Komplexkomponenten umfassen die late expression factors 4, 5, 8 und 9 (LEF-4, LEF-5, LEF-8 und LEF-9).[5]
Die Tsetsefliege Glossina pallidipes ist der natürliche Wirt der Virusspezies Glossina hytrovirus (alias Glossina pallidipes salivary gland hypertophy virus, GpSGHV), bei dem das Virus vorwiegend chronische asymptomatische (symptomlos verdeckte) Speicheldrüsenhypertophie-Infektionen (SGH-Infektionen) verursacht. GpSGHV ist hochspezifisch für Glossina-Arten. Es gibt keine verfügbaren Hinweise auf GpSGHV-Infektionen oder Replikationen bei anderen (heterologen) Wirtsspezies wie beispielsweise der Stubenfliege. Die Anfälligkeit des Tsetsefliege für GpSGHV-Infektionen ist bei verschiedenen Glossina-Arten sehr unterschiedlich, wobei Glossina pallidipes am anfälligsten ist. In der Wildpopulation von Tsetsefliegen in Ost-, Mittel- und Westafrika wurde von bis zu 15 verschiedene GpSGHV-Haplotypen mit unterschiedlicher Prävalenz berichtet.[29][30]
Die Prävalenz (Krankheitshäufigkeit) dieses Virus ist bei Glossina pallidipes hoch (80 %).[31]
Die Gemeine Stubenfliege (Musca domestica) ist der natürliche Wirt der Virusspezies Musca hytrovirus (alias Musca domestica salivary gland hypertophy virus, MdSGHV). Das Virus verursacht bei dem Wirt nur akute symptomatische (offene) SGH-Infektionen.[32][16]
Innerhalb der Stubenfliegenpopulationen induziert MdSGHV Raten offener SGH-Symptome zwischen 0 und 40 %. Diese hohe Variabilität ist bedingt durch die unterschiedliche saisonalen Dichte der Fliegenpopulationen an den verschiedenen Probenahmestellen.[31]
Unter Laborbedingungen kann MdSGHV auch andere Insekten infizieren, einschließlich:[33]
MdSGHV induziert bei anderen Wirten als der Stubenfliege jedoch keine offen zutage tretende SGH-Symptome, es beeinflusst jedoch erheblich die Entwicklung der Eierstöcke und kann bei einigen Muscidae auch zum Tod führen, wie beim Wadenstecher (Stomoxys calcitrans) und der Kippenfliege (Hydrotaea aenescens).
Dieses vorgeschlagene Mitglied der Hytrosaviridae infiziert die Große Narzissenfliege (Merodon equestris), eine Schwebfliege, verwandt mit der Zwiebel-Schwebfliege (Merodon trochantericus). Eine genauere Charakterisierung steht noch aus.[17]
Alle Hytrosaviren (SGHVs) bewirken ein grob gesehen ähnliches Krankheitsbild (SGH-Symptome) in den Speicheldrüsen ihrer jeweiligen adulten Insektenwirte (nur auf zellulärer Ebene gibt es zwischen den beiden bekannten Gattungen Glossinavirus und Muscavirus Unterschiede). Beide Paare des Speicheldrüsengewebes sind gleichermaßen betroffen und bis zum Vierfachen ihrer normalen Größe geschwollen, wobei sich die Vergrößerung über die gesamte Länge der distalen Bereiche der Speicheldrüsen erstreckt. Infektionen von anderen Geweben als den Speicheldrüsen gehen mit verschiedenen Pathologien einher, wie z. B. Reproduktionsstörungen, Unfruchtbarkeit bei Weibchen und ein gestörtes Paarungsverhalten.
GpSGHV verursacht bei den infizierten Tsetsefliegen eine Speicheldrüsenhyperplasie, d. h. nur das zytoplasmatische, nicht aber das Kernkompartiment der Drüsen ist vergrößert.[7] Die infizierten Speicheldrüsenzellen können sich jedoch teilen. Es wird angenommen, dass diese Pathologie auf die virusinduzierte Reprogrammierung der ausdifferenzierten Speicheldrüsenzellen zurückzuführen ist. Insgesamt ist das Auftreten offenkundiger SGH-Symptome eher die Ausnahme als die Regel. Nur unter einigen unbekannten Bedingungen geht der asymptomatische (symptomfreie) Infektionszustand in einen symptomatischen Infektionszustand (mit den Symptomen) über.[34] Wenn GpSGHV in adulte Stadien der Tsetsefliege künstlich eingeimpft wird, entwickeln sich bei den Nachkommen der ersten Generation (F1-Nachkommen) der injizierten Muttertiere offensichtliche SGH-Symptome, nicht jedoch bei den Eltern selbst.[8]
MdSGHV induziert eine Speicheldrüsenhypertrophie in der Stubenfliege, d. h. sowohl das zytoplasmatische als auch das Kernkompartiment des Speicheldrüsengewebes vergrößern sich, und die infizierten Zellen können sich nicht mehr teilen. Wenn MdSGHV-Suspensionen in adulten Stubenfliegen künstlich injiziert werden, bewirkt das Virus bei 100 % der infizierten Fliegen innerhalb von drei Tagen nach der Infektion offensichtliche SGH-Symptome.[35] Erwachsene Stubenfliegen entwickeln mit zunehmendem Alter eine erhöhte Resistenz gegen MdSGHV-Infektionen.
Infektionen andrer Gewebeteile der Tsetsefliegen durch GpSGHV sind können Hodendegeneration, Ovarienanomalien, schwere Nekrose und einer Verschlechterung der Entwicklung, des Überlebens und der Fruchtbarkeit der Fliege verbunden.
Infektionen der Milchdrüsen verursachen Nekrose und Erschöpfung der Milchreservoirorganellen.[36][37]
In der Stubenfliege blockiert MdSGHV in anderen Gewebeteilen die Produktion von Sesquiterpenoiden,[38] was wiederum zum vollständigen Zusammenbruch der Vitellogenese (Eidotterbildung) führt.[6]
Der symptomlose GpSGHV-Infektionszustand bedeutet entweder, dass die Viren dauerhaft vorhanden sind ohne zu einer Erkrankung zu führen (subletale Persistenz), oder dass das Virus „schläft“ (sich versteckt hält, Viruslatenz[39]). RNA-Interferenz (RNAi) des Wirts als auch kleinen interferierende RNA (englisch small interfering RNA, siRNA) und Mikro-RNA (miRNA) können offenbar eine GpSGHV-Infektionen unter Kontrolle halten.[40][41]
Bei der Massenaufzucht von Tsetsefliegen, zum Beispiel für die Sterile-Insekten-Technik, führen Infektionen mit Hytrosaviren zu einer Verringerung der Kolonieproduktivität, was zum Kollaps der Kolonien führen kann.[9]
Das Virus wird unabsichtlich aus symptomfreien, vor Ort gesammelten Tieren oder aus bereits vorhandenen Kolonien in die Massenaufzuchtanlagen eingeschleust, wenn neue Kolonien zu errichtet oder vorhandene Kolonien aufgefüllt werden sollen. Das Virus wird danach in den Kolonien durch vertikale Übertragung (von Eltern auf die Nachkommen) verbreitet. Verschiedene Faktoren (z. B. Stress oder genetische Faktoren, oft aber unbekannt) können die Expression von offenen SGH-Symptomen auslösen, und entweder zum Tod der Fliegen führen, oder zumindest die Fruchtbarkeit verringern und schließlich zum Zusammenbruch von Kolonien führen. Wegen des Fehlens äußerer klinischen Anzeichen einer symptomfreien Hytrosavirus-Infektionen wird eine Hytrosavirus-Infektion bei Tsetsefliegen mithilfe eines einfachen und zuverlässigen zerstörungsfreien PCR-Tests diagnostiziert. Dies ermöglicht das Screening des Virus an einzelnen lebenden Fliegen.[42] Die Bekämpfung von Hytrosavirus-Infektionen bei Tsetsefliegen in Massenhaltung kann durch einen integrierten Ansatz wirksam bekämpft werden. Dieser sollte folgende Maßnahmen umfassen:[43]
Das CFS kann mit der Ergänzung von Blutmahlzeiten mit antiviralen Arzneimitteln wie Valaciclovir kombiniert werden, die in so geringen Dosen verabreicht werden, dass die die DNA-Synthese der Fliege nicht beeinträchtigt wird.[44] Bei der Verabreichung wird das antivirale Arzneimittel durch die viral kodierte Thymidylatsynthase in aktive Metaboliten umgewandelt. Diese blockieren anschließend die Virusreplikation, was zu einer Verringerung der Virustiter und der Abgabe von Viren führt.
Die Hytrosaviridae (Hytrosaviren, englisch salivary gland hypertrophy viruses, SGHVs) sind eine Familie von doppelsträngiger DNA-Viren, die Insekten infizieren. Der Name leitet sich ab von Hytrosa, einer Abkürzung aus griechisch Hypertrophia für Hypertrophie, und Sialoadenitis für Speicheldrüsenentzündung.
Die Familie ist Mitglied der 2021 neu geschaffenen Ordnung Lefavirales in der ebenfalls neuen Klasse Naldaviricetes. Diese Taxonomie löst provisorische Bezeichnungen ab wie beispielsweise „Baculo-like viruses“.
Hytrosaviridae is a family of double-stranded DNA viruses that infect insects.[1][2][3] The name is derived from Hytrosa, sigla from the Greek Hypertrophia for 'hypertrophy' and 'sialoadenitis' for 'salivary gland inflammation.'
The viruses in this family are non occluded, enveloped, rod-shaped virions measuring 500–1,000 nanometers (nm) in length and 50–80 nm in diameter.[4] The virions contain a thin, dense central nucleocapsid that encases the DNA-protein core. The nucleocapsid core is surrounded by an amorphous proteinaceous tegument layer.[5] The outer surface of the virions is studded with helical polymeric structure composed of virally-encoded and host-derived protein dimers. The virions contain at least 35 polypeptides which range in size from 10 to 200 kiloDaltons.
The genome is a supercoiled, circular double stranded DNA (dsDNA) molecule ranging in size from 120 to 190 kilobases with 108-174 putative non-overlapping genes that are equally distributed over the genome in unidirectional clusters.[6] The G+C ratio varies between 28% and 44%.
Species in this family cause overt salivary gland hypertrophy symptoms in dipteran adults. Infection and replication in non-salivary gland cells induce partial in tsetse flies and complete shutdown of vitellogenesis in the houseflies,.[7][8]
Replication occurs in the nucleus of secretory epithelial cells of the salivary gland. The viral DNA synthesis and transcription occurs within the nuclear replication complexes. Replication involved temporal expression of immediate early, early and late genes. The nucleocapsids exit the nucleus into the cytoplasm through the nuclear pore complex, after which they associate with the Golgi apparatus that culminates in cytoplasmic envelopment and virion assembly.
Transmission is either horizontally (per os) through feeding or vertically (transovarially) from mother to offspring,.[9][10] Mechanical transmission (trans-cuticular though wounds) has been suggested in the houseflies.[11]
Two genera, each containing one species, are assigned to this family:[12]
Morphologically and symptomologically similar virus to SGHVs has been reported to cause SGH symptoms in the male accessory gland filaments of the solitary braconid wasp, Diachasmimorpha longicuadata Ashmed (Hymenoptera. Braconidae),[22] which suggests existence of other Hytrosaviridae family members.
Prevalence of this virus is high (80%) in Glossina pallidipes. Within the housefly populations, MdSGHV induces variable rates of overt SGH symptoms (0-40%), which is related to the fly's seasonal densities at various sampling sites.[23]
Hytrosaviruses (SGHVs) induce similar gross pathology (SGH symptoms) in the salivary glands of their respective adult insect hosts, but the cytopathogies are distinct for the each of the two known genera (Glossinavirus and Muscavirus). Both pairs of the salivary gland tissue are equally affected (swollen up to four times their normal sizes) with the enlargement extending the entire lengths of the distal regions of the salivary glands. Infections of tissues other than the salivary glands is associated with various pathologies such as reproductive dysfunctions, infertility in females and distorted mating behaviors.
GpSGHV causes salivary gland hyperplasia in the infected tsetse flies, i.e. only the cytoplasmic but not the nuclear compartment of the glands are enlarged.[24] However, the hyperplastic salivary gland cells are capable of dividing. This pathology is thought to be due to the virus-induced reprogramming of the differentiated salivary gland cells. Overall, the induction of overt SGH symptoms is typically the exemption rather than the rule. It is only under some unknown conditions that the asymptomatic infection state is triggered to the symptomatic infection state.[25] When GpSGHV is artificially inoculated (intrahemocoelic) into adult stages of the tsetse fly Glossina pallidipes, overt SGH symptoms develop in the F1 offsprings produced by the injected mothers, but not in the parental generation.[26] MdSGHV induces salivary gland hypertrophy in the housefly, i.e. both the cytoplasmic and nuclear compartments of the salivary gland tissue proliferate, but are incapable of dividing. When MdSGHV suspensions are artificially infected into adult houseflies, the virus induces overt SGH symptoms in 100% of the infected flies within three days post infection.[27] Adult housefly develops increased resistance to MdSGHV infections with age, which is partially attributed to the development of the PM barrier in the fly's midguts.
Infections of non-salivary gland tissues in the tsetse flies by GpSGHV is associated with testicular degeneration, ovarian abnormalities, severe necrosis, degeneration of germinaria, and a reduction of the fly's development, survival and fecundity. Infections of the milk glands cause necrosis and depletion of the milk reservoir organelles.
In the housefly, MdSGHV in non-salivary gland tissues blocks the production of sesquiterpenoids, which in turn induces complete shutdown of vitellogenesis. The ovaries of viremic housefly females become arrested at the pre-vitellogenic stages. MdSGHV induces behavioral alterations in infected females, which refuse to copulate with either healthy or viremic males.[28]
The asymptomatic GpSGHV infection state represents either a sub-lethal persistence or latency. Host's RNA interference (RNAi) machineries such as the small interfering RNA (siRNA) and micro RNA (miRNA) pathways have been implicated in keeping GpSGHV infections under control,.[29][30]
Structurally, hytrosaviruses are similar to members of other arthropod-infecting virus families such as Baculoviridae, Nudiviridae and Nimaviridae. Hytrosaviruses share 12 of the 38 core genes that have been described in baculoviruses, nudiviruses, nimaviruses and some bracoviruses. Some of the structural and genomic features shared between hytrosaviruses and other large, dsDNA viruses include the possession of enveloped, rod-shaped virions, circular dsDNA genomes and replication in the nucleus of infected cells. However, hytrosaviruses differ functionally with baculoviruses by the lack of occlusion bodies and lower lethality.[31]
The viral DNA polymerase encoded is type B, which is present and conserved in all large dsDNA viruses. At the amino acid level, the best match of the DNA polB of hytrosaviruses is to the DNA polB found in the Alcelaphine gammaherpesvirus,.[32][33][34] Based on the DNA polB gene, hytrosaviruses relate more closely with invertebrate viruses with large linear dsDNA compared to viruses with circular dsDNA genomes. Some of the linear dsDNA viruses that cluster together with hytrosaviruses include members of families Herpesviridae (120-240 kp), Iridoviridae (140-303 bp), Poxviridae (130–375 kb), Phycodnaviridae (100–560 kb) and Mimiviridae (1200 kb).[35] Hytrosaviruses encode homologs to the core and highly conserved oral infectivity factor (PIF) genes found in other dsDNA viruses (PIFs o/P74, 1,2 and 3), and occlusion-derived virus (ODV) envelope of epidopteran baculoviruses (OVD-E66). Also found in hytrosaviruses are homologs to some of the subunits of the DNA-dependent RNA polymerase (DdRp) complex found in baculoviruses and nudivuses. The DdRp complex components present in the hytrosaviruses include the late expression factors 4, 5, 8 and 9 (LEF-4, LEF-5, LEF-8 and LEF-9).[36]
In mass rearing facilities, infections of tsetse flies by hytrosavirus causes reduction in colony productivity, which can cause collapse of the colonies.[37] The virus is introduced into the mass rearing facilities from asymptomatic, field-collected materials, or material derived from already existing colonies, that are used to establish new or replenish existing colonies. The virus is then spread and maintained in the colonies through vertical transmission. Unknown factors (e.g. stress or genetic) can trigger expression of overt SGH symptoms, which culminate in fly mortalities, reduced fecundity and eventual colony collapse. There are no obvious external clinical signs for hytrosavirus infections. The hytrosavirus infecting the tsetse flies can be diagnosed using a simple, sensitive and reliable non-destructive PCR-based assay, which allows the screening of the virus in individual live flies.[38] Hytrosavirus infections in mass-reared tsetse flies can be effectively managed by an integrated approach involving a "clean feeding system" (CFS), which is based on strict sanitation, regular and routing monitoring of viral infections and the occurrence of overt SGH symptoms.[39] The CFS can be combined with supplementation of bloodmeals with antiviral drugs such as valacyclovir, which are administered at low doses that are non-detrimental to the fly's DNA synthesis.[40] When administered, the antiviral drug is converted into active metabolites by the virally-encoded thymidylate synthase. The active metabolites subsequently block viral replication resulting in the reduction of viral titers and shedding.
Hytrosaviridae is a family of double-stranded DNA viruses that infect insects. The name is derived from Hytrosa, sigla from the Greek Hypertrophia for 'hypertrophy' and 'sialoadenitis' for 'salivary gland inflammation.'
