Epidemiological investigations and molecular characterization of avian influenza virus in poultry in Egypt

Abstract

Avian influenza virus of H5N1 subtype, clade 2.2.1, was introduced into Egypt by wild birds In February 2006. Since then, these viruses caused significant losses in the poultry industry and posed a public health threat. Surveillance and monitoring of wild birds and domestic poultry described in this dissertation revealed important aspects in the epidemiology of AIV, particularly H5N1, in Egypt. In 2007, isolation of H7 from wild birds in an artificial wetland in Egypt incited us to carry out surveillance on household poultry on the border of the lake. None of the surveyed birds was positive for H7 viruses but few birds had antibodies against H5 (chapter 2). In chapter 3, we conducted a national surveillance in domestic poultry in 2009 and wild birds in 2009-2010. In domestic poultry, the prevalence of the virus was very high in birds in the backyards and LBMs compared to the commercial enterprises. Prevalence of the virus was significantly high in households and LBMs that kept ducks. Infections of H5-vaccinated birds were not uncommon. Also, the virus was detected all over the year and from different provinces particularly in the Nile Delta region. We showed that the Egyptian H5N1 viruses are genetically diverse where two major groups are co-circulating since 2008: an antigenicdrift variant group in the vaccinated commercial poultry and a classic group in the backyard birds and human. Both genotypes developed powerful strategies to continue to evolve in different evolutionary pathways. Meanwhile, the viruses accumulated several point mutations in the HA immunogenic epitopes resulting in antigenic drift and the establishment of infections in vaccinated poultry. The classic viruses acquired mutations thought to improve the dual receptor binding affinity in avians and mammals. None of the samples tested from wild birds was positive for H5N1 virus. In chapter 4, we described in details the vaccination failure of a layer chickens flock infected with a classic 2.2.1/C virus. The flock was vaccinated three times with a homologous H5N1 vaccine but morbidity, mortality and reduced egg production were reported. Breach in the biosecurity and/or poor vaccination was probably the main reasons for the infection. In chapter 5, we recorded for the first time the isolation of H9N2 from asymptomatic H5-vaccinated commercial bobwhite quails. The Egyptian G1-like virus was closely related to the viruses circulating in the neighbouring countries which may indicate a possible epidemiological link. Based on the findings of this study we provided several recommendations to control the disease in poultry in Egypt. Although there are accumulating data from surveillance on the Egyptian H5N1 and H9N2 viruses in the last few years, many key knowledge gaps regarding the epidemiology and evolution of these viruses in poultry should be investigated.

Im Februar 2006 wurde Aviäre Influenzavirus (AIV) des Subtyps H5N1, Clade 2.2.1, von Wildvögeln in Ägypten isoliert. Seitdem verursachen diese Viren erhebliche Verluste in der Geflügelindustrie und stellen eine Bedrohung der öffentlichen Gesundheit dar. In dieser Dissertation wird die Überwachung und Kontrolle von Influenzavirusinfektionen in Wildvögeln und Hausgeflügel in Ägypten beschrieben, welche wichtige epidemiologische Aspekte, insbesondere über das H5N1 AIV, aufzeigen konnte. Im Jahr 2007 wurde in Ägypten AIV vom Subtyp H7 von Wildvögeln nahe einer Fischhälterung isoliert, weshalb eine Überwachung des Hinterhofgeflügels in der Umgebung dieser Hälterung durchgeführt wurde. Von keinem der untersuchten Vögel konnten H7-Viren isoliert werden, serologisch zeigten einige Tiere Antikörper gegen H5 (Publikation 1). Die Publikation 2 fasst die nationale Überwachung des domestizierten Geflügels in kommerziellen Betrieben, Hinterhöfen/Haushalten und Geflügelmärkten (LBMs) im Jahr 2009 und Wildvögel in den Jahren 2009-2010 zusammen. Im domestizierten Geflügel war die Prävalenz in den Hinterhöfen und LBMs im Vergleich zu den kommerziellen Betrieben sehr hoch. Eine signifikant höhere Verbreitung von H5N1 AIV fand sich in Haushalten und LBMs, in denen auch Enten gehalten wurden. Infektionen in geimpften Beständen waren nicht ungewöhnlich. Auch konnte das Virus über das ganze Jahr und aus verschiedenen Provinzen in der Nil-Delta-Region detektiert werden. Es konnte gezeigt werden, dass die ägyptischen H5N1-Viren genetisch vielfältig sind. Seit 2008 zirkulieren zwei Genotypen: eine antigene Driftvariante (auch Clade 2.2.1.1 genannt) in geimpftem kommerziellen Geflügel und eine klassische Gruppe (auch Clade 2.2.1/C genannt) in Hinterhofgeflügel und Menschen. Beide Genotypen zeigen eine unabhängige evolutionäre Entwicklung. Die aus geimpftem Geflügel isolierten Virusvarianten 2.2.1.1 weisen mehrere Punktmutationen in den immunogenen Epitopen des HA auf. Die klassischen 2.2.1/C Virusvarianten erwarben dagegen Mutationen, die möglicherweise die duale Rezeptorbindungsaffinität dieser Viren zu Vogel- und Säugetierzellen verbessern konnte. In keinem der untersuchten Proben von Wildvögeln konnte H5N1-Virus nachgewiesen werden. In der 3. Publikation wurde die Infektion einer Legehennenherde mit einer klassischen 2.2.1/C–Virusvariante beschrieben, obwohl die Herde dreimal mit einer homologen H5N1-Vakzine geimpft wurde. Die Infektion führte zu reduzierter Legeleistung und Morbidität sowie Mortalität. Als Ursache wurden eine ineffektive Impfung und/oder ungenügende hygienische Maßnahmen diskutiert. Die 4. Publikation beschreibt die Erstisolierung von AIV vom Subtyp H9N2 aus asymptomatischen, H5-geimpften Wachteln. Die enge Verwandtschaft des ägyptischen H9N2 G1-ähnlichen Virus mit den zirkulierenden Viren in den Nachbarländern weißt auf eine mögliche epidemiologische Verbindung hin. Basierend auf den Ergebnissen dieser Studien ergaben sich mehrere Empfehlungen für die Kontrolle der Aviären Influenza in Ägypten. Obwohl es eine Fülle von Daten aus der Überwachung der ägyptischen H5N1 und H9N2 Viren in den letzten Jahren gibt, sollten weiter Untersuchungen durchgeführt werden, um wichtige Wissenslücken in Bezug auf die Epidemiologie und Evolution dieser Viren im Geflügel zu schließen.