Modalities of Transmission of Simian Foamy Virus in Wild Chimpanzees

Abstract

The discovery of the zoonotic potential of retroviruses infecting non-human primates (NHPs) aroused the interest in simian retroviruses such as simian immunodeficiency virus, simian T-cell leukemia virus or simian foamy virus (SFV). However, investigations of retroviral circulation in wild primate communities are rare. Of particular interest are the transmission modalities of SFV, obviously successful strategies, which have led to frequent, persistent infections of NHPs for at least 40 million years. This work is an attempt to determine these modalities in wild chimpanzees from the Taï National Park, Côte d’Ivoire, where SFVs are highly endemic. These analyses presume a fine diagnostic tool to estimate the SFV diversity within each host and identify superinfection cases, i.e., the simultaneous infection of the same individual host with several strains of the same virus. So far, methods possibly allowing such investigations from samples collected non-invasively (such as feces) have never been properly compare. Therefore, the costs and benefits of the gold standard (end-point dilution PCR, EPD-PCR) and multiple bulk-PCR cloning methods were assessed for SFV super-infections based on a case study using fecal samples of two different chimpanzee subspecies ( Pan troglodytes verus and P. t. schweinfurthii ). It could be shown that in these conditions EPD-PCR can lead to massive consumption of biological material. This constitutes a serious drawback in a field in which rarity of biological material is a fundamental constraint. In addition, data demonstrated that EPD- PCR results (single/multiple infection; founder strains) could be well predicted from multiple bulk-PCR clone experiments, by applying simple statistical and network analyses to sequence alignments. Therefore, the implementation of the latter method can be recommended, when the focus is put on retroviral super-infection and only low retroviral loads are encountered. Using this approach, SFV diversity was then estimated for each sample of the study community in Taï National Park to investigate dynamics of SFVs. The results indicate, that vertical transmission (being here understood as mother- offspring transmission) is a common route of SFV transmission within the community whereas previous studies so far only pointed at horizontal transmissions of SFVs. The strong bond between mother and offspring is likely to be responsible for primary infections. With increasing age subsequent infections with SFVs could be observed (super-infections). The development of truly aggressive behavior during the onset of adulthood is hypothesized to result into frequent horizontal transmissions of SFVs between other members of the group. Finally, these data gives evidence for complex SFV dynamics in wild chimpanzees, even at a single community scale, and show that linking wild NHP social interactions and their microorganisms’ dynamics is feasible.

Erst die Erkenntnis über das zoonotische Potential von simianen Retroviren, welche nichthumane Primaten (NHP) infizieren, lenkte das wissenschaftliche Interesse auf simiane Retroviren wie das Simiane Immunodefizienz Virus, das Simiane T-cell Leukämie Virus oder das Simiane Foamy Virus (SFV). Dennoch gibt es nur wenige Untersuchungen zur Verbreitung von Retroviren bei wildlebenden Primaten. Von besonderem Interesse sind dabei die Übertragungswege von SFV, welche offenbar eine so erfolgreiche Strategie verfolgen, dass sie bei NHPs seit über 40 Millionen Jahren verbreitet sind und diese persistent infizieren. Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel die Übertragungswege bei wildlebenden Schimpansen aus dem Taï Nationalpark, Côte d’Ivoire, wo SFV endemisch vorkommt, aufzuzeigen. Solche Analysen setzen jedoch präzise diagnostische Methoden voraus, um die Diversität von SFV innerhalb des Wirtes und dadurch Superinfektionen, i.e., ein Individuum ist parallel mit mehreren Stämmen eines Virus infiziert, zu bestimmen. Die zur Verfügung stehenden Methoden wurden jedoch bisher nicht für den Gebrauch von nicht-invasiv gesammeltem Probenmaterial (z.B. Kotproben) getestet. Daher wurden hier an einem Fallbeispiel mit Kotproben von zwei verschiedenen Schimpansensubspezies Vor- und Nachteile des Goldstandards (Endpunkt-Verdünnungs-PCR, EPDPCR) und der klassischen PCR mit anschließender Klonierung zur Bestimmung von Superinfektionen verglichen. Dabei konnte gezeigt werden, dass unter diesen Konditionen EPD–PCR zu erheblichem Verbrauch von biologischem Material führt. Dies bedeutet eine große Einschränkung in Untersuchungsgebieten, wo biologisches Material nur in begrenztem Maße zur Verfügung steht. Weiterhin zeigen die Daten, dass Ergebnisse der EPD-PCR (Einfach-/ Superinfektion, Identifizierung von Gründersequenzen) auch mittels Experimenten der klassischer PCR und Klonierung erhoben werden können, soweit dabei die Sequenzalignments statistischen und Netzwerkanalysen unterzogen werden. Die Verwendung der letztgenannten Methode kann insbesondere empfohlen werden, wenn retrovirale Superinfektionen im Fokus der Untersuchung stehen und nur eine geringe Viruslast in den Proben vorliegt. Nach diesem Vorgehen wurde im Anschluss die SFV Diversität je Probe erfasst, um die Dynamik von SFV innerhalb der Studiengruppe im Taï National Park zu untersuchen. Im Gegensatz zu bisherigen Studien konnte gezeigt werden, dass die vertikale Übertragung (hier definiert als Mutter-Kind-Übertragung) neben der horizontalen Übertragung eine große Rolle bei der Verbreitung von SFV spielt. Diese Übertragung ist sehr wahrscheinlich für die Primärinfektion mit dem Erreger verantwortlich, da Mutter und Kind zunächst eng miteinander verbunden sind. Mit zunehmendem Alter der Schimpansen wurden jedoch Infektionen mit weiteren SFV Stämmen beobachtet (Superinfektion). Diese sind vermutlich auf horizontale Übertragungen von SFV zwischen Gruppenmitgliedern durch aggressives Verhalten untereinander während des Erwachsenwerdens zurückzuführen. Insgesamt gibt es Hinweise auf eine sehr komplexe Dynamik von Foamy Viren bei wildlebenden Schimpansen bereits auf der Ebene einer einzelnen Schimpansengruppe. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass die sozialen Interaktionen des Wirtes Einfluss auf die Dynamik der Mikroorganismen nehmen können.