2 Zirkulation von LPAIV unter Wildvögeln
Wilde Wasservögel aus den Ordnungen Anseriformes (hauptsächlich Enten, Gänse und Schwäne) und Charadriiformes (hauptsächlich Möwen, Seeschwalben und Watvögel) bilden das natürliche Reservoir von IAV der Subtypen H1–16 und N1–9. Innerhalb der Ordnungen, in denen LPAIV am häufigsten nachgewiesen werden, gibt es Unterschiede zwischen den Arten in der Häufigkeit, in der LPAIV nachgewiesen werden. Obwohl nicht vollständig ausgeschlossen werden kann, dass Stichprobenverzerrungen eine Rolle spielen, werden LPAIV häufig von Mitgliedern der Unterfamilie isoliert Anatinae (Plantsch- und Tauchenten), insbesondere Plantsch-Enten (Munster et al., 2007). Unter den Plantschenten wurden die meisten Viren aus der Stockente (Anas platyrhynchos) isoliert (Munster et al., 2007; Nishiura et al., 2009; Wilcox et al., 2011). Insbesondere LPAIV der Subtypen H1-H12 wurden in mehreren Kombinationen aus Stockenten isoliert. Innerhalb der Ordnung der Charadriiformes sind auch familien- und artenspezifische Muster vorhanden. LPAIV verschiedener Subtypen wurde aus mehreren Arten der Familien Scolopacidae, Charadriidae, Laridae und Alcidae isoliert, wobei Mitglieder der Familie der Laridae (Möwen, Seeschwalben und Skimmer) am häufigsten positiv für LPAIV sind. Möwen sind höchstwahrscheinlich das Reservoir von LPAIV der Subtypen H13 und H16 (Arnal et al., 2015; Munster et al., 2007; Verhagen et al., 2014a). Die Diversität der LPAIV-Subtypen unterscheidet sich auch zwischen den Jahren (Krauss et al., 2004; Sharp et al., 1993; Wilcox et al., 2011).
Neben Arten der Ordnung Anseriformes und Charadriiformes wurden IAV bei verschiedenen anderen Vögeln entdeckt, wenn auch in relativ geringen Frequenzen. Das Vorhandensein von IAV in diesen zusätzlichen Wirten ist höchstwahrscheinlich zumindest teilweise mit dem Übergreifen von Viren von Vögeln der Ordnungen Anseriformes und Charadriiformes verbunden (Stallknecht und Brown, 2017).
Neben der artspezifischen Variation der Prävalenz von LPAIV bei Wildvögeln gibt es auch räumlich-zeitliche Unterschiede in der Prävalenz von LPAIV. Typischerweise variiert die Virusprävalenz bei Stockenten in Nordamerika und Europa von sehr niedrig im Frühjahr und Sommer bis hoch im Herbst (Herbstwanderung) und Winter (Hinshaw et al., 1985). Diese hohe Prävalenz während der Herbstwanderung ist höchstwahrscheinlich auf die Aggregation einer großen Anzahl von Jungvögeln vor und während der Migration zurückzuführen, die noch nicht IAV ausgesetzt waren. Wenn Vögel nach Süden wandern, nimmt die AIV-Prävalenz rapide ab, wie Studien im Norden der USA, Europas und Asiens gezeigt haben, obwohl in Teilen Nordeuropas die Periode hoher Prävalenz bis zum Ende des Herbstes anhält (Stallknecht und Shane, 1988; Wallenten et al., 2007). Neben dem Peak während der Herbstwanderung gibt es auch einen Peak, wenn auch niedriger, während der Frühjahrsmigration (Hanson et al., 2005; Wallenten et al., 2006). In anderen Regionen wie Afrika, Australien und Südamerika sind die zeitlichen Muster der LPAIV-Prävalenz von Enten weniger offensichtlich (Gaidet, 2016; Gaidet et al., 2007, 2012; Mackenzie et al., 1984; Pereda et al., 2008). Obwohl es zwischen den verschiedenen Jahreszeiten keine größeren Temperaturänderungen gibt, gibt es in Afrika eine starke Saisonalität der Niederschläge und Oberflächen von Feuchtgebieten, die in Kombination mit längeren und nicht synchronisierten Brutzeiträumen zu unterschiedlichen Mustern der Infektionsdynamik von LPAIV führt (Gaidet, 2016).
In mehreren Studien wurde gezeigt, dass eine Infektion mit einem IAV bei Wildvögeln zumindest teilweise Immunität induziert (Costa et al., 2010; Jourdain et al., 2010; Latorre-Margalef et al., 2013; Tolf et al., 2013; Verhagen et al., 2015b). Die Infektion von Enten mit einem LPAIV führt zu einer Immunität gegen das gleiche LPAIV, aber auch zu einem gewissen Grad gegen IAV anderer Subtypen (heterosubtypische Immunität) (Costa et al., 2010; Latorre-Margalef et al., 2013). Diese Ergebnisse wurden durch eine weitere Studie an Kanadagänsen (Branta canadensis) bestätigt (Berhane et al., 2014). Die Ergebnisse einer experimentellen Studie mit Schwarzkopfmöwen (Chroicocephalus ridibundus) unter Verwendung von H13N2- und H16N3-Viren zeigten jedoch, dass eine Infektion nach 1 Jahr mit dem homologen Virus zu einer geringeren Virusausscheidung führte, eine Infektion mit dem heterologen Virus jedoch keinen Einfluss auf die Dauer oder das Ausmaß der Virusausscheidung hatte. In einer weiteren Studie, die sich mit der Altersstruktur der Immunantworten auf aviäre IAV in einer frei lebenden Höckerschwanpopulation (Cygnus olor) (Abbotsbury, Vereinigtes Königreich) vor und nach einem Ausbruch von HPAIV H5N1 im Jahr 2008 befasste, wurde gezeigt, dass sich die Breite der Immunantwort mit dem Alter ansammelt, was darauf hindeutet, dass diese Schwäne ein langfristiges Immungedächtnis entwickeln können, aber es blieb unklar, ob dies auch zu reduzierten Infektionen in einem höheren Alter führte (Hill et al., 2016).
LPAIV vermehrt sich hauptsächlich im Darmtrakt von Enten, so dass die Übertragung von LPAIV unter Wildvögeln hauptsächlich über den fäkal–oralen Weg erfolgt. LPAIV werden in hohen Konzentrationen im Kot ausgeschieden, und es wurde gezeigt, dass LPAIV in der Lage sind, lange Zeit in Wasser infektiös zu bleiben, abhängig von verschiedenen Aspekten wie Temperatur, pH–Wert, Salzgehalt und der Anzahl der Gefrier-Tau-Zyklen (Stallknecht und Brown, 2017). Daher wurde vorgeschlagen, dass die Übertragung über das Wasser eine Schlüsselrolle bei der Übertragung von LPAIV unter Wasservögeln spielen könnte. Dies wurde durch mathematische Modelle bestätigt, die zeigten, dass die indirekte Übertragung von LPAIV innerhalb eines Umweltvirus-Reservoirs eine wichtige Rolle in der Epidemiologie von LPAIV spielen könnte (Rohani et al., 2009). Da viele der Wirtsarten von LPAIV während der Migration lange Strecken zurücklegen, könnten Wildvögel LPAIV über große Entfernungen und zwischen verschiedenen Wirten, Populationen und Kontinenten tragen. Darüber hinaus könnten Zugvögel auch als lokale Verstärker wirken, wenn immunologisch naïve Zugvögel an einem bestimmten Ort ankommen, an dem ein LPAIV unter ansässigen Vögeln zirkuliert (Verhagen et al., 2014b). Obwohl Zugvögel LPAIV über große Entfernungen tragen können, gibt es immer noch zwei phylogenetische Hauptlinien von LPAIV, die geografisch getrennt sind: die eurasische und die amerikanische Linie (Donis et al., 1989; Olsen et al., 2006; Yoon et al., 2014). Darüber hinaus gibt es Hinweise auf eine zusätzliche südamerikanische Abstammungslinie (Pereda et al., 2008). Trotz der Tatsache, dass eine Reihe von Arten sowohl von Enten als auch von Küstenvögeln regelmäßig die Beringstraße überqueren und Gene zwischen eurasischen und amerikanischen LPAIV-Linien ausgetauscht werden, ist die Persistenz von Genen aus LPAIV einer Linie innerhalb der anderen Linie begrenzt. Ein Crossover von Genen wurde für das eurasische H6-Gen beschrieben, das das nordamerikanische H6 ersetzte (Bahl et al., 2009) und die Einführung und Persistenz des H14-HA-Gens in Nordamerika (Fries et al., 2013; Ramey et al., 2014). Es wurde auch von Pearce et al. (2009), die eine phylogenetische und populationsgenetische Analyse von LPAIV durchführten, die vom nördlichen Pintail (Anas acuta) gesammelt wurden, einer Art, von der bekannt ist, dass sie zwischen Nordamerika und Eurasien wandert (Miller, 2006; Nicolai et al., 2005), auf beiden Seiten des Pacific migratory Flyway in Nordamerika. Die Analyse genetischer Daten von LPAIV ergab, dass asiatische Abstammungsviren unter nördlichen Pintails in Alaska neben der Beringstraße zirkulieren, aber es gab nur begrenzte Beweise für asiatische LPAIV in Überwinterungsgebieten von nördlichen Pintails in Kalifornien weiter südlich (Pearce et al., 2009).
Eine wichtige Frage zur Rolle wilder Wasservögel als Reservoir für LPAIV ist, ob eine Infektion klinische Symptome hervorruft. Obwohl ursprünglich angenommen wurde, dass sich LPAIV so an Wasservögel angepasst haben, dass sie nicht pathogen sind, wurde in verschiedenen Studien gezeigt, dass eine LPAIV-Infektion negativ mit dem Körpergewicht korreliert (zur Überprüfung siehe Kuiken, 2013). Darüber hinaus zeigten Ergebnisse einer aktuellen Studie von Hoye und Kollegen, dass eine LPAIV-Infektion von Bewick-Schwänen (Cygnus columbianus bewickii) zu indirekten Auswirkungen auf die individuelle Leistung und Rekrutierung geführt haben könnte (Hoye et al., 2016). Ein kausaler Zusammenhang zwischen Infektion und reduzierter Migration wurde jedoch in keiner dieser Studien gezeigt (zur Übersicht siehe Kuiken, 2013). Neben dem Einfluss der LPAIV-Infektion auf das Körpergewicht und das Migrationsmuster wurde auch die Hypothese aufgestellt, dass der Körperzustand und die jährliche Migration einen Einfluss auf die Anfälligkeit für eine LPAIV-Infektion haben könnten (Flint und Franson, 2009). In einer Studie von Dannemiller und Kollegen mit sekundären LPAIV-Infektionen bei Stockenten wurde jedoch kein Zusammenhang zwischen Körperzustand, Infektion und Immunkompetenz festgestellt (Dannemiller et al., 2017). Auch in einer Studie von Van Dijk und Kollegen an wilden Stockenten wurden nur schwache Assoziationen zwischen Infektion und Ausscheidung von LPAIV und dem Körperzustand und Immunstatus gefunden. Obwohl die genaue Rolle der Infektion mit LPAIV auf Migrationsmuster von Wildvögeln ist noch nicht geklärt, aktuelle Erkenntnisse stützen die Hypothese, dass Wildvögel in erster Linie asymptomatische Träger von LPAIV sind.
Die Verfügbarkeit neuartiger Techniken zur Sequenzierung viraler Genome hat die Möglichkeit, LPAIV-Sequenzen zeitlich und räumlich zu analysieren, erheblich verbessert, was zu sehr interessanten Ergebnissen geführt hat. In verschiedenen Studien wurde gezeigt, dass infolge der Zirkulation mehrerer Subtypen zur gleichen Zeit, am gleichen Ort und in der Wirtspopulation häufig Neusortierungen zwischen verschiedenen LPAIV auftreten (Dugan et al., 2008; Macken et al., 2006; Olsen et al., 2015). Daher wurde vorgeschlagen, dass LPAIV in Wildvögeln transiente Genomkonstellationen bilden, die sich durch Reassortment kontinuierlich neu mischen (Dugan et al., 2008; Olsen et al., 2015). Trotz des kontinuierlichen Austauschs von Gensegmenten von LPAIV unter Wildvögeln wurde für H4- und H6-Viren nachgewiesen, dass ihre Evolutionsrate signifikant langsamer ist als für H5N1-Viren und eine geflügelassoziierte Linie der H6-Influenza (Fourment und Holmes, 2015).