Enteropatojenik Virus Enfeksiyonlarının Patogenezi

Veteriner Hekimleri Mikrobiyoloji Dergisi Elektronik Versiyonu Yıl 2002 Cilt 02 Sayı 2 Sayfa 50-57 (orijinal dergide sayfa 41-46) www.mikrobiyoloji.org/pdf/703020209.pdf Enteropatojenik Virus Enfeksiyonlarının Patogenezi Kezban CAN ŞAHNA* *Erciyes Üniversitesi Veteriner Fakültesi Viroloji Anabilim Dalı ÖZET Enterik enfeksiyonlar, yaşamın erken dönemlerinde oluşan yüksek mortalite ile medikal girdiler ve gelişme geriliği sonucunda önemli ekonomik kayıplara neden olurlar. Bu enfeksiyonların etiyolojisinde mantar, bakteri, protozoa ve viruslar rol oynamaktadır. Yetersiz beslenme, düşük sıcaklık, kötü hijyen, kalabalık ortam, kolostrum alamama ve bireysel duyarlılık gibi faktörler ise enfeksiyonun şiddetini etkiler. Viruslar tarafından oluşturulan diyarenin en önemli etkenleri rota ve coronaviruslardır. Bununla birlikte, Bredavirus, calicivirus, parvovirus, bovine viral diarrhoe virus (BVDV), adeno ve astroviruslar da hayvanlarda diyareye neden olmaktadır. Bu viruslar ile oluşan enfeksiyonların patogenezi, korunma ve kontrol yöntemlerinin belirlenmesinde önemli yer tutmaktadır. Anahtar Kelimeler: Diyare, Enteropatojen virus, Patogenez. SUMMARY Pathogenesis of Enteropathogenic Virus Infections Enteric infections causes economical loss in early period of life due to retardation growth, medical impute and high mortality rate. Fungi, bacteria, protozoa and viruses have a role in etiology of these infections. Factors such as poor nutrition, low temperature, bad hygiene, crowded environment, deprive of colostrum and individual sensitivity effect on severity of infection. Rota and coronavirus are the most significant agents in viral diarrhea. Apart from these agents, Bredavirus, calicivirus, parvovirus, BVDV, adenovirus and astrovirus have been described in associations with diarrhea in animals. Pathogenesis of these infections to be importance in determining the methods of prevention and control. Key Words: Diarrhea, Enteropatogen virus, pathogenes. 50

GİRİŞ Enteritislerin oluşumunda beslenme, bakım yanısıra enfeksiyöz ajanlar önemli yer tutar. Enterik enfeksiyonların etkeni olarak E.coli 'nin enteropatojenik suşları uzun yıllar önce tanımlanmıştır. Daha sonra, 1945 yılında, domuzlarda Transmissible Gastroenterit Virusu'nun diyareye neden olduğu belirlenmiştir. 1970'te Mebus ve arkadaşları rota ve coronavirusların saha suşlarını kullanarak buzağılarda diyare oluşturmuşlar ve bu suşları hücre kültürlerinden izole etmişlerdir (28, 29). 1973 yılında ise çocuklarda rotavirusun diyareye neden olduğu belirlenmiş ve daha sonraki yıllarda diğer hayvan türlerinde de rotavirusun enfeksiyon oluşturduğu tespit edilmiştir (5). Enterik enfeksiyonlar daha çok yenidoğan ve genç hayvanlarda görülür. Erişkinlerde ise enfeksiyonların çoğu subkliniktir ve bu subklinik enfekte hayvanlar sürüde enfeksiyonun devamlılığında önemli rol oynarlar (13). Enteropatojen Virusların Sınıflandırılması Enteropatojen viruslar barsaklardaki replikasyon bölgeleri ve generalize enfeksiyon oluşturup oluşturmamalarına göre 4 grupta incelenir (Tablo 1). Tip 1 viruslar generalize enfeksiyon oluşturmazlar ve barsaktaki lokalizasyon bölgeleri Tip 2 viruslardan farklıdır. Ancak enterik adenovirusların bazı suşları istisna olarak generalize enfeksiyon oluşturabilirler. Parvovirus ve BVD virusu içeren Tip 2 viruslar ise kript enterositlerini enfekte ederler ve generalize enfeksiyona neden olurlar. Entero, reo ve hepatit viruslarını içeren diğer viruslar bazı türlerde gaita ile saçılmalarına rağmen diyare oluşturmazlar ve barsak lenfoid hücreleri veya karaciğeri enfekte ederler (22). Tablo 1. Enteropatojenik virusların sınıflandırılması Enterosit Enfeksiyonu Familya/Virus Büyüklük Zar Nükleik Asit Villus Kript Diyare Tip 1 - Villus enterositleri Coronaviridae/coronavirus 60-220 nm + Ss RNA + ± + Toroviridae/Bredavirus 70-120 nm + Ss RNA + ± + Reoviridae/rotavirus 55-70 nm - Ds RNA + - + Adenoviridae/adenovirus 70-90 nm - DNA + ± + Caliciviridae/calicivirus 30-40 nm - Ss RNA + - + Norwalk 25-32 nm -? + - + Astrovirus 28-30 nm - Ss RNA + ± ± Tip 2 - Kript enterositleri Flaviviridae/BVDV 40-120 nm + Ss RNA - + + Parvoviridae/parvovirus 18-26 nm - DNA - + + Tip 3 - İntestinal lenfoid hücreler Picornaviridae/enterovirus 25-30 nm - Ss RNA - - - Reoviridae/reovirus 60-80 nm - Ds RNA - -/± -/± Tip 4 - Karaciğer Hepadnaviridae/hepatit 42 nm - DNA - - ± Enteropatojen virusların çoğu villus ve/veya kript epitellerinde sitolitik enfeksiyon sonucu atrofi ve malabsortif diyare oluştururlar (22). Enterik virusların çoğunun, özellikle Tip 1 virusların hücre kültürlerinde üretil-meleri zordur. Bu virusların hücre kültürlerine adaptasyonu için proteolitik enzim ve düşük ph'ya ihtiyaç vardır. Bu enzimler, rotavirusların dış kapsidindeki polipeptid tabakasının yarılmasına ve enfeksiyözitenin artmasına neden olurken, coronaviruslarda viral bağlanma proteininin aktif forma dönüşmesini sağlarlar (6, 10). 51

Coronavirus, Bredavirus ve BVDV zarlı viruslar olmaları sebebiyle çevre şartları ve dezenfektanlardan etkilenirler. Bu virusların persiste kalmaları ise patogenezlerinin respiratorik fazı ile ilişkilidir (21, 22). Zarsız viruslar ise, özellikle rota ve parvoviruslar, çevre şartlarına daha dayanıklıdırlar (10). Enterik viruslardan adenovirusun 2, Bredavirus'un 2, astrovirusun 5 serotipi, rotavirusların 7 grup (A, B, C, D, E, F ve G) ve her grubunda kendi içinde serotipleri vardır. Grup A rotaviruslar bebeklerde ve yenidoğan hayvan yavrularında en sık görülen gruptur ve ciddi diyarel hastalıklara yol açarlar (16). Grup B rotaviruslar ise yenidoğanlardan ziyade erişkinlerde diyareye neden olurlar (11, 27). Norwalk virus ve BVDV hariç tüm enterik viruslar doğal konakçılarında diyareye neden olurlar. BVDV sığırlarda enterite neden olurken, Norwalk virus için sadece insan duyarlı konaktır (22). Parvovirusun kedi, köpek ve buzağılarda enterite neden olduğu ancak diğer ruminantları da enfekte ettikleri belirlenmiştir (8). Rota ve coronavirusların ise oldukça geniş bir konak spektrumu vardır (9). Tip 1 Enteropatojen Virusların Hücre Tropizmi Tip 1 viruslar villus epitellerinin luminal yüzeylerini enfekte ederler ve fekal-oral yolla nakledilirler. Bu nedenle söz konusu etkenler ile oluşan enfeksiyonların inkubasyon periyodu kısadır. Bu viruslar gaita ile bol miktarda saçılarak duyarlı hayvanları hızla enfekte ederler. Bu grup viruslardan bazıları, özellikle zarlı olanlar, aerosol yolla alınırlar ve ilk replikasyon yerleri oro-farenkstir. Nitekim gnotobiotik buzağılar deneysel olarak intranasal ve oral coronavirus ve Bredavirus ile enfekte edilmiş, ince barsak ve kolonun yanı sıra nasal epitel hücreleri, nasal turbinatalar ve tracheada da viral antijenler tespit edilmiştir (1, 14, 19, 21). Coronavirus ve Bredavirusun primer olarak orofarenkste çoğaldığı, çoğalmayı takiben bol miktarda virus içeren mukusun yutulması ile ince barsakların enfekte olduğu, mukusun virusun mideden geçerken stabil kalmasına yardımcı olduğu belirlenmiştir (19, 21, 26). Tip 1 virusların çoğu ince barsakların distalinde yaygın lezyon ve enfeksiyona neden olurlar. Rota ve coronaviruslar ince barsakların proksimalinde enfeksiyon oluştururlar ve caudal olarak ileum ve jejenum enterositlerine ilerlerler. Caliciviruslar ince barsakların proksimalinde, zarlı viruslar ise kolonda sınırlı enfeksiyon ve lezyon oluştururlar (23). Bovine adeno ve astroviruslar ise peyer plaklarında enfeksiyon ve lezyona neden olurlar. Buzağılarda diyare oluşturmayan astroviruslar peyer plaklarının bulunduğu bölgedeki villusların özelleşmiş epitel hücreleri olan M hücrelerinde çoğalırlar. M hücreleri antijenlerin lenfoid dokuya sunulmasında görevlidir. Bu hücrelerin yıkımı ile oluşan enfeksiyon sonucu barsak immun sistemi zarar görmekte ve patojenlere duyarlı hale gelmektedir (10, 22). Tip 1 Enteropatojen Viruslar ile Oluşan Enfeksiyonların Patogenezi 52

Tip 1 viruslar villus enterositlerini enfekte ederek füzyon ve villöz atrofiye neden olurlar. Villöz atrofi ile sonuçlanan patolojik değişiklikler Şekil 1'de gösterilmiştir. Olgun absortif hücrelerin füzyonu ve atrofisi sonucu barsaklarda absorbsiyon yüzeyi azalır ve dehidrasyon sonucu ölümler şekillenebilir (6, 24). Şekil 1: Enteropatojen virusların enfeksiyon alanları ve patolojik değişiklikler Bakterilerin neden olduğu diyareden farklı olarak viral diyarelerde enterositlerin morfoloji ve fonksiyonları bozulur. Kaybolan enterositlerin yerini kriptlerdeki olgunlaşmamış hücreler alır ve kript hiperplazisi şekillenir (1, 29). Rota ve astroviruslar villusların apikal yarımındaki hücreleri enfekte ederek hafifgeçici diyare oluştururlarken, coronaviruslar villusların tamamını enfekte ederek daha fazla villöz atrofi ve diyareye sebep olur. Villilerin tepesindeki epitel hücreleri sürekli olarak kriptlerden prolifere olan hücreler tarafından yenilenir. Bu hücrelerdeki yenilenme oranı gençlerde daha yavaştır ve bu nedenle de neonatal hayvanlar enfeksiyona karşı daha duyarlıdırlar. Zarar görmüş enterositlerin kriptlerden köken alan hücrelerle sürekli yenilenmesi enfeksiyonu sınırlandırabilir. Ancak bazı Tip 1 viruslar (Porcine Endemik Coronavirus gibi) yenilenen bu hücreleri de enfekte ederek barsakta persiste enfeksiyona neden olabilirler (22, 24). Enteropatojen virusların vertikal replikasyon alanlarından (villilerin bir kısmı veya tamamı) başka longitudinal replikasyon alanları da vardır (Tablo 2). Barsakların belli bölgesinde çoğalan veya sadece enterositleri enfekte eden viruslar hafif atrofi sonucu hafif diyare oluştururken barsakları baştan başa enfekte eden viruslar şiddetli atrofi sonucu şiddetli diyare oluştururlar. Örneğin astroviruslar sınırlı replikasyon sonucu az villöz atrofi oluştururken, coronaviruslar ince barsakların distal bölümü ve kolon boyunca tüm villus enterositlerini enfekte ederler. Rotaviruslar ise ince barsakların distal bölümünde enfeksiyon oluştururlar (18, 22). Viral enfeksiyonun lokalizasyonu diyarenin şiddetini de etkiler. Glikoz ve sodyum emiliminin jejenumun proksimal ve orta bölümünde gerçekleşmesi sebebi ile buradaki bir hasar çok şiddetli bir diyareye neden olabilir. Ancak kolondan da sodyum emilimi olması sebebi ile buradaki epitellerin hasar görmediği enfeksiyonlarda diyarenin şiddeti daha az olur. Ancak rota ve coronavirusların birlikte olduğu enfeksiyonlarda hem jejenum hem de kolon hasar gördüğünden diyarenin şiddeti de fazla olmaktadır (28). 53

Tablo 2: Tip 1 ve Tip 2 enteropatojen virusların barsaktaki replikasyon bölgeleri Primer Replikasyon Bölgesi Vertikal Longitudinal Virus Villus Yerleşim Kript D,J,İ Kolon Yayılım Lezyon Diyare Coronavirus + Tam ± J,İ + İlerleyen J,İ,Kolon Şiddetli Bredavirus + Yan/taban + J,İ + Odak-İlerleyen J,İ,Kolon Orta Rotavirus + Tepe - J,İ - Odak-İlerleyen J,İ Hafif-orta Adenovirus + Yan/taban - İ + Odak J,İ,Kolon Orta Calicivirus + Taban/tam - D,J - Odak-İlerleyen D,J Orta Astrovirus + M hücresi - J,İ - Odak Peyer Plak Orta-Yok Tip 2 Enteropatojen Virusların Hücre Tropizmi Kript epitelleri ve lenfoid hücreleri enfekte eden Tip 2 viruslar respiratorik yol veya oral-fekal yolla alınırlar. Canine ve feline parvovirus ve BVDV ile çalışmalar ilk replikasyon yerinin alt solunum yolları (orofarenks) olduğunu göstermiştir. Bu viruslar ilk replikasyon bölgesinden kan yolu ile intestinal lenfoid doku, kript epitelleri veya diğer ikincil replikasyon bölgelerine ulaşırlar. Bu virusların kript epitelleri ve lenfoid dokulara affinite göstermesinin nedeni bu hücrelerin hızlı mitoz yeteneğine sahip olmasıdır. Kript epitellerini enfekte eden viruslar luminal yüzeyden değil basolateral membran yolu ile enfeksiyon yaparlar (18, 19). Tip 2 Enteropatojen Viruslar ile Oluşan Enfeksiyonların Patogenezi Tip 2 enteropatojenik virusların kript epitellerini enfekte etmesi sonucunda villus epitellerinin yenilenmesi engellenerek villöz atrofi şekillenir ve enfeksiyonun şiddetine bağlı olarak mukozal kollaps meydana gelir. Bu virusların lenfoid dokularda çoğalmasına bağlı olarak da lokal immun yanıt interfere olur ve olası immunsupresyon sonucu sekonder enfeksiyonlar oluşabilir (9, 12). İmmunsupresyon sonucu Tip 1 ve Tip 2 viruslarla çoklu enfeksiyonlar da gelişebilir. Bu çoklu enfeksiyonlarda her virusun tek başına oluşturduğundan daha fazla mortalite ve morbidite meydana gelir. Şöyleki, Tip 1 virusların enfeksiyonunda villus epitellerinin yenilenmesi için kript hiperplazisi şekillenir ve bu da mitotik akvivitesi hızlı kript epitellerine affinitesi olan Tip 2 viruslar ile enfeksiyona predispozisyon oluşturabilir (18, 22). Canine parvovirus ve Feline panlökopeni virusu orofarengeal primer çoğalmadan sonra kan yolu ile barsaklara ulaşır ve kriptlerde dejenerasyona sebep olur. Kript epitellerindeki viral replikasyon sonucu buradaki hücreler kısalır ve kübik bir görünüm alır. Enfeksiyon ince barsakların proksimalinden başlayarak jejenum, ileum ve hatta kolona kadar ilerler. Kriptlerdeki dejenerasyon sebebiyle parvoviral enteritlerde iyileşme diğer viral nedenli enteritlerden daha geç oluşur veya hiç oluşmaz (9, 10). BVDV enfeksiyonunun mukosal disease formunda barsaklarda önemli değişiklikler görülür. Patolojik lezyonlar mukozal ülserasyon, diyare, submukozal hemorajiler, 54

peyer plaklarında yangı, nekroz ve dehidrasyondur. BVDV ayrıca abomazum epitellerini de enfekte eder (2). Sığırların enteropatojenik viruslar ile enfeksiyonunda oluşan lezyonlar biribirine çok benzerdir. Bunlar enfekte villus veya kript epitellerinde dejenerasyon, vakuolizasyon, ince barsaklarda nekroz ve villöz atrofi, mukozada polimorf nüklear hücre infiltrasyonu ve lamina proprianın kalınlaşmasıdır (12). GASTROİNTESTİNAL KANALDA BAĞIŞIKLIK Gastrointestinal kanal enfeksiyonlarında immunitede barsaklardaki lenfoid organlar önemli rol oynamaktadır. Peyer plakları %80 B-hücreleri öncüleri ve %20 T-hücreleri öncülerini içerir. B-hücrelerinin büyük kısmı IgA salgılarken, az bir kısmı IgM antikorlarını salgılarlar (3,4). İmmunitede B hücrelerinin rolü T hücrelerinden fazladır (7). Barsaklarda ayrıca non-spesifik immun mekanizma vardır; ki bu barsaklardaki doğal öldürücü hücreler ve makrofajlarla sağlanır. Ayrıca, lenfokinler ve interferon da savunmada yardımcıdırlar (22). Bütün bu savunma mekanizmaları doğumdan yaklaşık 3 hafta kadar sonra etkin hale geçer. Bu yüzden yenidoğan hayvanlarda bu sistemin koruyucu etkinliğinden söz etmek mümkün değildir. Bu sebeple yenidoğanların enfeksiyondan korunmasında kolostrum önemli bir rol oynamaktadır (15). Kolostral antikorların çoğu sirkülasyona girmektedir. Ancak lokal enfeksiyonlar-da kan serumu antikor miktarından çok barsak lumenindeki antikor miktarı önemlidir (18, 20). Birçok doğal enfeksiyonda kolostrumdaki antikor düzeyi yenidoğanları koruyucu düzeyde olmayabilir. Bu nedenle özellikle rota ve coronavirus enfeksiyonlarının kontrolünde annelerin doğum öncesi aşılanmaları sonucunda, kolostrum ve sütte yüksek miktarda ve uzun süreli antikor oluşumunun sağlanmasına bağlı olarak yenidoğanlarda enfeksiyon insidensi ve gaita ile etken saçılımının azaltılması tercih edilmektedir (17, 25). KAYNAKLAR 1. Akan,E.(1994): Genel ve Özel Viroloji, Çukurova Ünv. Tıp Fak.Mikrobioloji ABD 2. Bachmann,A.P., Hess,R.G.(1983): Local immunity in rotaviral infections. Ann.Rech.Vet., 14: 502-506 3. Besser,T.E., Gay.C.C., McGuire,T.C., Evermann,J.F.(1988): Passive immunity to bovine rotavirus infection associated with transfer into the intestinal lumen. J.of Virol., 62:2238-2242 4. Bishop,R.F., Davidson,G.P., Holmes,I.H., Ruck,B.J.(1973): Virus particles on epithelialcells of doudenalmucosa from children with viral enteritis. Lancet, 2:1281-1283 55

5. Bridger,J.C., Hall,G.A., Parsons,K.R.(1992): A study basis of virulence variation of bovine rotavirus. Vet.Microbiol., 33: 169-174 6. Bruce,M.G., Campbell,I.C., Van-Pinxteren,L.,Snodgrass,D.R.(1995): Intestinal celluler immunity after primary rotavirus infection. J.Comp.Path., 113:155-164 7. Dulbecco.R., Ginsberg,H.S.(1990): Virology, Second edition, J.B. Lippincott Company, USA 8. Fenner,F., Bachmann,P.A., Gibss,E.P.J., Murphy,F.A., Studdent,M.J., White,O.D.(1987): Veterinary Virology. Academic Press, London 9. Fields.B.N., Knipe,D.M., Howley,P.M. (1996): Fundamental Virology, Third edition, Lippincott-Raven, Philadelphia, New York, USA 10. Gueguen,C., Maga,A., McCrae,M.A., Bataillon,G.(1996): Caprine and bovine B rotaviruses in western France: group identification by Northern hybridization. Vet.Res., 27(2): 171-176 11. Jubb,K.V.F., Kennedy,P.C.,Palmer,N.(1994): Pathology of domestic animals Vol 2,117-128 12. Kodituwakku,S.N., Harbour,D.A.(1990): Persistent excretion of rotavirus bypregnant cows. Vet. Rec., 126: 547-549 13. Langpop,T.J., Bergeland,M.E., Reed,D.E.(1979): Coronaviral enteritis of young calves. Am.J Vet.Res., 40(10): 1476-1478 14. Le Rousic,S., Klein,N., Houghton,S., Charleston,B.(2000): Use of colostrum from rotavirus immunised cows as a single feed to prevent rotavirus-induced diarrhoea in calves. Vet.Rec., 147(6):160-161 15. Lucchelli,A., Lance,S.E., Barlett,P.B., Miller,G.Y.,Saif,L.J.(1992): Prevalance of bovine group A rotavirus shedding among dairy calves in Ohio. Am.J Vet. Res., 53(2): 169-174 16. McNulthy,M.S., Logan,E.F.(1987): Effect of vaccination of the dam on rotavirus infection in young calves. Vet.Rec., 120:250-252 17. Murphy,A., Gibbs,E.P.J., Horzinek,M., Studdert,M.(1999): Veterinary Virology, Academic Press, USA 18. Pederson,N.C., Evermann,J.F., McKeirman,A.J., Ott,L.R.(1984): Pathogenecity studies of feline coronavirus isolates79/1146-79/1683. Am.J.Vet.Res., 45:2580-2585 19. Radostits.O.M.(1991): The role of management and the use of vaccines in the control of acute undifferentiated diarrhea of newborn calves. Can.Vet.J., 32:155-159 20. Saif,L.J., Redman,D.R., Moorhead,D.P., Theil,K.W.(1986): Experimental induced coronavirus infection in calves. Am.J Vet.Res., 47(7): 1426-1432 21. Saif,L.J., Theil,K.W.(1990): Viral diarheas of man and animals. CRC Press, Ind.Boca Raton, Florida 22. Scott,F.M., Holliman,A., Jones,G.W., Gray,E.W., Fitton,J.(1996): Evidence of torovirus infection diarrhoeic cattle. Vet.Rec., 138:284-285 23. Snodgrass,D.R., Angus,K.W., Gray,E.W.(1977): Rotavirus infection in lambs. Arch.Virol., 55:263-274 24. Snodgrass,D.R., Fahey,K.J., Wells,P.W., Campbell,I., Whitelaw,A.(1980): Passive immunity in calf rotavirus infection. Infect.andImmun., 28:344-349 25. Tennant,B.J., gaskell,r.m., Kelly,D.F., Carter,S.D.(1991): Canine coronavirus infection in following oronasal inoculation. Res.Vet. Sci., 51:11-18 56

26. Tsunemitsu,H., Morita.D., Takaku,H., Nishimori,T., Imai,K., Saif.L.J.(1999): First detection of bovine group B rotavirus in Japan and sequence of its VP7 gene. Arch.Virol., 144:805-815 27. Vanayama,P.R., Mohanty,G.C., Kumar,R., Rao,D.(1993): Pathoepizootiological studies on viral enteritis/pneumoenteritis in neonatal calves. Indian J of Animal Science 63(4): 391-397 28. Woode,G.N., Bridger,J.C.(1975): Viral enteritis of calves. The Veterinary Record 25: 85-885 57