Tula orthohantavirus (TULV) is a rodent-borne hantavirus with broad geographical distribution in Europe. Its major reservoir is the common vole (Microtus arvalis), but TULV has also been detected in closely related vole species. Given the large distributional range and high amplitude population dynamics of common voles, this host-pathogen complex presents an ideal system to study the complex mechanisms of pathogen transmission in a wild rodent reservoir. We investigated the dynamics of TULV prevalence and the subsequent potential effects on the molecular evolution of TULV in common voles of the Central evolutionary lineage. Rodents were trapped for three years in four regions of Germany and samples were analyzed for the presence of TULV-reactive antibodies and TULV RNA with subsequent sequence determination. The results show that individual (sex) and population-level factors (abundance) of hosts were significant predictors of local TULV dynamics. At the large geographic scale, different phylogenetic TULV clades and an overall isolation-by-distance pattern in virus sequences were detected, while at the small scale (<4 km) this depended on the study area. In combination with an overall delayed density dependence, our results highlight that frequent, localized bottleneck events for the common vole and TULV do occur and can be offset by local recolonization dynamics.
Background
In Europe, bank voles (Myodes glareolus) are widely distributed and can transmit Puumala virus (PUUV) to humans, which causes a mild to moderate form of haemorrhagic fever with renal syndrome, called nephropathia epidemica. Uncovering the link between host and virus dynamics can help to prevent human PUUV infections in the future. Bank voles were live trapped three times a year in 2010–2013 in three woodland plots in each of four regions in Germany. Bank vole population density was estimated and blood samples collected to detect PUUV specific antibodies.
Results
We demonstrated that fluctuation of PUUV seroprevalence is dependent not only on multi-annual but also on seasonal dynamics of rodent host abundance. Moreover, PUUV infection might affect host fitness, because seropositive individuals survived better from spring to summer than uninfected bank voles. Individual space use was independent of PUUV infections.
Conclusions
Our study provides robust estimations of relevant patterns and processes of the dynamics of PUUV and its rodent host in Central Europe, which are highly important for the future development of predictive models for human hantavirus infection risk.
Hantaviren in Deutschland
(2018)
Hantaviren sind Kleinsäuger-assoziierte Krankheitserreger, die vor allem in Nagetieren, aber auch in Spitzmäusen, Maulwürfen und Fledermäusen vorkommen. Ziel dieser Arbeit ist es, einen aktuellen Überblick zur Epidemiologie und Ökologie der Hantaviren in Deutschland zu geben und Modelle zur Vorhersage von Virusausbrüchen zu diskutieren. In Deutschland werden die meisten humanen Erkrankungsfälle beim Menschen durch das von der Rötelmaus (Myodes glareolus) übertragene Puumalavirus (PUUV) verursacht. PUUV ist mit der westlichen evolutionären Linie der Rötelmaus assoziiert und fehlt im östlichen und nördlichen Teil Deutschlands. Ein zweites humanpathogenes Hantavirus ist das Dobrava-Belgrad-Virus (DOBV), Genotyp Kurkino, dessen Reservoir die vor allem im östlichen Teil Deutschlands vorkommende Brandmaus (Apodemus agrarius) ist. Ein PUUV-verwandtes Hantavirus ist das selten humanpathogene Tulavirus (TULV), das mit der Feldmaus (Microtus arvalis) assoziiert ist. Darüber hinaus wurden mit dem Seewis-, Asikkala- und Brugesvirus Spitzmaus- und Maulwurf-assoziierte Hantaviren mit noch unklarer Humanpathogenität gefunden.
Die humanen Erkrankungen sind jeweils mit den verschiedenen Hantaviren in deren regionaler Verteilung assoziiert und können mild bis schwer, aber auch subklinisch verlaufen. Das Auftreten von Häufungen humaner, durch PUUV verursachter Erkrankungen in den Jahren 2007, 2010, 2012, 2015 und 2017 korreliert mit dem Auftreten einer starken Fruktifikation der Buche („Buchenmast“) im jeweiligen Vorjahr. Auf der Basis von Wetterparametern sind Modelle zur Vorhersage von PUUV-Erkrankungshäufungen entwickelt worden, die zukünftig validiert und optimiert werden müssen. Neben dem Ausmaß des Virusvorkommens im Reservoir wird das Risiko humaner Infektionen durch das Expositionsverhalten des Menschen beeinflusst. Durch die Anwendung von Prognosemodellen soll der öffentliche Gesundheitsdienst in die Lage versetzt werden, räumlich und zeitlich gezielte und sachgerechte Präventionsempfehlungen für die Bevölkerung abzugeben.
BACKGROUND Central European outbreak populations of the bank vole (Myodes glareolus Schreber) are known to cause damage in forestry and to transmit the most common type of Hantavirus (Puumala virus, PUUV) to humans. A sound estimation of potential effects of future climate scenarios on population dynamics is a prerequisite for long-term management strategies. Historic abundance time series were used to identify the key weather conditions associated with bank vole abundance, and were extrapolated to future climate scenarios to derive potential long-term changes in bank vole abundance dynamics.
RESULTS Classification and regression tree analysis revealed the most relevant weather parameters associated with high and low bank vole abundances. Summer temperatures 2 years prior to trapping had the highest impact on abundance fluctuation. Extrapolation of the identified parameters to future climate conditions revealed an increase in years with high vole abundance.
CONCLUSION Key weather patterns associated with vole abundance reflect the importance of superabundant food supply through masting to the occurrence of bank vole outbreaks. Owing to changing climate, these outbreaks are predicted potentially to increase in frequency 3-4-fold by the end of this century. This may negatively affect damage patterns in forestry and the risk of human PUUV infection in the long term. (c) 2014 Society of Chemical Industry