Venezuelan encephalitis emergence mediated by a phylogenetically predicted viral mutation

Abstract

RNA viruses are notorious for their genetic plasticity and propensity to exploit new host-range opportunities, which can lead to the emergence of human disease epidemics such as severe acute respiratory syndrome, AIDS, dengue, and influenza. However, the mechanisms of host-range change involved in most of these viral emergences, particularly the genetic mechanisms of adaptation to new hosts, remain poorly understood. We studied the emergence of Venezuelan equine encephalitis virus (VEEV), an alphavirus pathogen of people and equines that has had severe health and economic effects in the Americas since the early 20th century. Between epidemics, VEE disappears for periods up to decades, and the viral source of outbreaks has remained enigmatic. Combined with phylogenetic analyses to predict mutations associated with a 1992-1993 epidemic, we used reverse genetic studies to identify an envelope glycoprotein gene mutation that mediated emergence. This mutation allowed an enzootic, equine-avirulent VEEV strain, which circulates among rodents in nearby forests to adapt for equine amplification. RNA viruses including alphaviruses exhibit high mutation frequencies. Therefore, ecological and epidemiological factors probably constrain the frequency of VEE epidemics more than the generation, via mutation, of amplification-competent (high equine viremia) virus strains. These results underscore the ability of RNA viruses to alter their host range, virulence, and epidemic potential via minor genetic changes. VEE also demonstrates the unpredictable risks to human health of anthropogenic changes such as the introduction of equines and humans into habitats that harbor zoonotic RNA viruses.alphavirus ͉ arbovirus ͉ equine ͉ evolution

Mosquitos (Diptera: Culicidae) en el caserío de Chingalé, Santander, donde se registró un caso humano de encefalitis equina venezolana

“…confinnis y la gran abundancia de Ma. indubitans en el intradomicilio podrían constituir un riesgo de epidemia (8,29,36).…”

“…Las variantes epizoóticas son oportunistas en la utilización de mosquitos mamófilos para su transmisión, entre los cuales Aedes (Ochlerotatus) taeniorhynchus (Wiedemann, 1821) y Psorophora (Grabhamia) confinnis (Lynch Arribalzaga, 1891) han sido las especies más comprometidas. En cambio, para las variantes enzoóticas, los únicos vectores incriminados son mosquitos de la sección Spissipes del subgénero Culex Melanoconion (1) Por medio de los estudios genéticos se ha demostrado que las cepas epizoóticas han emergido a partir de un linaje enzoótico; el subtipo IC en dos ocasiones independientes a partir del subtipo ID, por sustituciones en los aminoácidos de la glicoproteína E2 de la cubierta del virus (8,9). Además de esto, en la epidemia de México (1993)(1994)(1995)(1996), la cual se presentó en una área completamente deforestada en los estados de Chiapas y Oaxaca, se aisló una variante epizoótica del subtipo IE del cerebro y el suero de caballos enfermos (10); antes de 1993 no se sabía que los subtipos enzoóticos tenían potencial epizoótico por sí mismos (11).…”

¿Existen condiciones que favorecen la reemergencia del virus de encefalitis equina venezolana en La Alta Guajira colombiana?

“…Estos subtipos utilizan a los équidos como amplificadores del virus y desaparecen en los períodos entre epidemias por muerte de los équidos sensibles o porque los sobrevivientes generan inmunidad. Por el contrario, los subtipos enzoóticos ID e IE tienen ciclos continuos entre roedores en hábitats de bosque húmedo tropical o pantanoso, no son virulentos en équidos, pero en humanos producen una enfermedad similar a la causada por las cepas epizoóticas (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8).…”

“…Sobre el origen de las cepas epizoóticas, la hipó-tesis más aceptada es que surgen de las cepas enzoóticas debido a cambios en ciertos aminoácidos en la glucoproteína E2 en la superficie del virus, lo cual mejora su amplificación en équidos (1,4,6). Una situación especial se registró con una cepa IE virulenta en équidos, que emergió en la década de los noventa en México y causó una epidemia (9) en la cual no se registraron títulos altos, por lo que, probablemente, los équidos no estuvieron involucrados como huéspedes importantes amplificadores del virus (10).…”

The evolution of viral emergence

“…Work by Anishchenko et al (1) in this issue of PNAS reveals that even small changes in viral genomes can have a fundamental impact on fitness in new hosts, therein facilitating disease emergence.…”