Jens H. Kuhn, Gaya K. Amarasinghe, Christopher F. Basler, Sina Bavari, Alexander Bukreyev, Kartik Chandran, Ian Crozier, Olga Dolnik, John M. Dye, Pierre B. H. Formenty, Anthony Griffiths, Roger Hewson, Gary P. Kobinger, Eric M. Leroy, Elke Mühlberger, Sergey V. Netesov (Нетёсов Сергей Викторович), Gustavo Palacios, Bernadett Pályi, Janusz T. Pawęska, Sophie J. Smither, Ayato Takada (高田礼人), Jonathan S. Towner und Victoria Wahl

Korrespondierender Autor: Jens H. Kuhn ([email protected])
Bearbeitet von: Stuart G. Siddell und Peter J. Walker
Bearbeitet: März 2019, aktualisiert Oktober 2020
PDF: ICTV_Filoviridae.pdf

Zusammenfassung

Mitglieder der Familie Filoviridae produzieren unterschiedlich geformte, oft filamentöse, umhüllte Virionen, die lineare, nicht segmentierte RNA-Genome mit negativem Sinn von 15-19 kb enthalten (Tabelle 1.Filoviridae). Die Familie umfasst sechs Gattungen. Mehrere Filoviren (z. B. das Ebola-Virus und das Marburg-Virus) sind für den Menschen pathogen und hochvirulent. Fledermäuse sind natürliche Wirte für einige Filoviren (z.B. Marburg-Virus, Ravn-Virus), während andere Fische infizieren (z.B. Huángjiāo-Virus, Xīlǎng-Virus).

Tabelle 1.Filoviridae. Merkmale der Mitglieder der Familie Filoviridae

Merkmal	Beschreibung
Typisches Mitglied	Marburgvirus , Spezies Marburg marburgvirus, Gattung Marburgvirus
Virion	umhüllt, unterschiedlich geformt, mit einem einzelnen Nukleokapsid oder polyploid
Genom	Zirka 15-19 kb lineare, nicht segmentierte RNA mit negativem Sinn
Replikation	Antigenomische RNA ist ein Replikationsintermediat. Sowohl das Genom als auch das Antigenom bilden Ribonukleoproteinkomplexe, die als Templates dienen
Translation	aus mehreren 5′-verkappten und 3′-polyadenylierten mRNAs
Wirtsbereich	Primaten (Ebolaviren, Marburgviren), Fledermäuse (Cuevaviren, Dianloviren, Marburgviren, wahrscheinlich Ebolaviren), Hausschweine (Reston-Virus) und Fische (Striaviren, Thamnoviren) werden auf natürliche Weise infiziert
Taxonomie	Reich Riboviria, Stamm Negarnaviricota, Unterstamm Haploviricotina, Klasse Monjiviricetes, Ordnung Mononegavirales: Die Familie umfasst sechs Gattungen (Cuevavirus, Dianlovirus, Ebolavirus, Marburgvirus, Striavirus und Thamnovirus) und insgesamt elf Arten

Viren, die den sechs Gattungen zugeordnet sind, bilden eine monophyletische Klade, basierend auf der phylogenetischen Analyse von RNA-directed RNA polymerase (RdRP) Sequenzen (Wolf et al., 2018). Die Genome der Viren aller sechs Gattungen haben eine ähnliche genomische Architektur.

Säugetierwirt

Gattung Cuevavirus. Diese Gattung umfasst eine Spezies für ein Virus (Lloviu-Virus ), das in toten Zwergfledermäusen (wahrscheinlich zufällige Wirte) entdeckt wurde. Cuevaviren wurden bisher nur aus Europa gemeldet. Cuevaviren zeichnen sich durch Genome aus, die das Ribonukleoprotein (RNP)-Komplex-assoziierte Protein (VP24) und das große Protein (L) aus einer bicistronischen mRNA und nicht aus einzelnen Transkripten (Dianloviren, Ebolaviren, Marburgviren) exprimieren (Negredo et al., 2011).

Genus Dianlovirus. Diese Gattung umfasst eine Art für ein Virus (Měnglà-Virus ), das in pteropodiden Fledermäusen entdeckt wurde. Dianloviren sind bisher nur aus China bekannt. Die Organisation der Dianlovirus-Genome erinnert stark an die Genome von Marburgviren, aber sie enthalten vier statt nur einer Genüberlappung (Yang et al., 2019).

Genus Ebolavirus. Diese Gattung umfasst sechs Arten für sechs Viren. Eines dieser Viren, das Bombali-Virus (BOMV), wurde bei molossiden Fledermäusen nachgewiesen (Goldstein et al., 2018). Zwei weitere Viren, Ebolavirus (EBOV) und Reston-Virus (RESTV), stehen im Verdacht, von Fledermäusen als natürliche Wirte beherbergt zu werden. Fünf Ebolaviren (Bundibugyo-Virus , EBOV, RESTV, Sudan-Virus und Taï Forest Virus ) sind für nichtmenschliche Primaten pathogen. BDBV, EBOV und SUDV sind hochgradig tödliche Krankheitserreger für den Menschen. Berichten zufolge hat TAFV nur einen einzigen Fall einer schweren, aber nicht tödlichen Erkrankung beim Menschen verursacht, und RESTV hat, soweit bekannt, nur eine inapparente Infektion beim Menschen verursacht. RESTV wurde auch bei Hausschweinen gefunden. RESTV scheint in Südostasien endemisch zu sein; alle anderen Ebolaviren zirkulieren in Afrika (Kuhn et al., 2020). Ebolaviren zeichnen sich dadurch aus, dass sie drei verschiedene Proteine aus ihren Glykoprotein (GP)-Genen exprimieren, eine Strategie, die sie mit Cuevaviren teilen (Negredo et al., 2011, Sanchez et al., 1996, Volchkov et al., 1995).

Genus Marburgvirus. Diese Gattung umfasst eine Art für zwei Viren, die in pteropodiden Fledermäusen vorkommen. Beide Viren (Marburg-Virus und Ravn-Virus) sind hochgradig tödliche menschliche Krankheitserreger, die in Afrika endemisch sind (Kuhn et al., 2020).

Piscine Host

Genus Striavirus. Diese Gattung umfasst eine Art für ein Virus (Xīlǎng-Virus ), das in gefangenen Anglerfischen (Familie Antennariidae) aus dem Ostchinesischen Meer entdeckt wurde. Striaviren zeichnen sich durch Genome aus, die neun Genüberlappungen enthalten, mindestens drei Proteine ohne offensichtliche Homologe in anderen Filovirus-Gattungen kodieren und nicht für VP24 kodieren (Shi et al., 2018, Hume und Mühlberger 2019).

Genus Thamnovirus. Diese Gattung umfasst eine Art für ein Virus (Huángjiāo-Virus ), das in gefangenen Feilenfischen (Familie Monacanthidae) aus dem Ostchinesischen Meer entdeckt wurde. Thamnoviren zeichnen sich durch Genome aus, die für mindestens ein Protein ohne offensichtliche Homologe in anderen Filovirus-Gattungen kodieren und nicht für das Matrixprotein (VP40) oder VP24 kodieren (Shi et al., 2018, Hume und Mühlberger 2019).

Virus

Morphologie

Die Morphologie des Virions (Abbildung 1.Filoviridae) wurde nur für Ebolaviren und Marburgviren untersucht und ist auf den jeweiligen Gattungsseiten beschrieben.

Abbildung 1.Filoviridae. A) Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Marburg-Virus-Partikeln (rot), die aus einer infizierten Grivet (Chlorocebus aethiops (Linnaeus, 1758)) Vero E6-Zelle. B) Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme von Marburg-Virus-Partikeln (rot), die sowohl als extrazelluläre Partikel als auch als knospende Partikel aus Vero E6-Zellen gefunden wurden. Die Bilder sind zur Verdeutlichung eingefärbt. Mit freundlicher Genehmigung von John G. Bernbaum und Jiro Wada, NIH/NIAID/DCR/IRF-Frederick, Fort Detrick, MD, USA.

Physikochemische und physikalische Eigenschaften

Physikochemische und physikalische Eigenschaften wurden nur für einzelne Ebolaviren und Marburgviren beschrieben und sind auf den jeweiligen Gattungsseiten beschrieben.

Nukleinsäure

Filovirus-Genome sind lineare, nicht segmentierte RNA-Moleküle mit negativer Polarität. Die Genome variieren von etwa 15 kb (Thamnoviren) bis etwa 19 kb (Cuevaviren, Ebolaviren und Marburgviren) (Negredo et al., 2011, Shi et al., 2018, Feldmann et al., 1992, Sanchez et al., 1993).

Proteine

Filoviren exprimieren 6 bis 10 Proteine. RNP-Komplexe bestehen aus einem genomischen RNA-Molekül und mehreren Arten von Strukturproteinen, darunter das große Protein (L) (Ortín und Martín-Benito 2015).

Lipide

Die Filovirus-Hülle ist von Wirtszellmembranen abgeleitet und hat eine ähnliche Lipidzusammensetzung wie die Plasmamembran der Wirtszelle (Bavari et al., 2002). Einige Filovirus-Proteine können acyliert sein (Funke et al., 1995, Ito et al., 2001).

Kohlenhydrate

Die Zusammensetzung der Kohlenhydrate ist nur für einzelne Ebolaviren und Marburgviren beschrieben worden und wird auf den jeweiligen Gattungsseiten beschrieben.

Genomorganisation und Replikation

Filovirusgenome sind wie die meisten Mononegavirusgenome organisiert, mit der allgemeinen Genfolge 3′-N-P-M-(G)-L-5′ (alternative Terminologie für Filoviren: 3′-NP-VP35-VP40-(GP)-L-5′), unterscheiden sich aber dadurch, dass sie zusätzliche Gene enthalten (Abbildung 2.Filoviridae) (Negredo et al., 2011, Shi et al., 2018, Feldmann et al., 1992, Sanchez et al., 1993). Die extragenen Sequenzen am äußersten 3′-Ende (Leader) und 5′-Ende (Trailer) der Filovirus-Genome sind konserviert, und kurze Abschnitte dieser Endsequenzen sind komplementär. Gene von Nicht-Fisch-Filoviren werden von konservierten Transkriptionsinitiations- und -terminationsstellen (Polyadenylierung) flankiert, die typischerweise das hoch konservierte Pentamer 3′-UAAUU-5′ enthalten. Gene können durch nicht konservierte intergene Sequenzen oder Überlappungen getrennt sein. Die meisten Gene besitzen relativ lange 3′- und 5′-nicht codierende Regionen (Kuhn et al., 2020, Hume und Mühlberger 2019, Brauburger et al., 2015).

Abbildung 2.Filoviridae. Schematische Darstellung der Genomorganisation der Filoviren. Die Genome sind maßstabsgetreu gezeichnet. Mit freundlicher Genehmigung von Jiro Wada, NIH/NIAID/DCR/IRF-Frederick, Fort Detrick, MD, USA.

Die Replikationsstrategien von Filoviren (Abbildung 3.Filoviridae) wurden nur anhand von EBOV und MARV eingehend untersucht und werden in den jeweiligen Unterkapiteln erörtert.

Abbildung 3.Filoviridae. Replikationszyklus der Filoviren (möglicherweise ohne Striaviren und Thamnoviren). Die Virionen heften sich an die Zelloberflächen-Anheftungsfaktoren (orangefarbene Ys) und werden durch Endozytose in die Zelle aufgenommen (Davey et al., 2017). Die Filovirus-Glykoproteine (gelbe Keulen) binden an den endosomalen NPC intrazellulären Cholesterin-Transporter 1 (NPC1, weißer Zickzack) und katalysieren die Fusion der viralen und zellulären Membranen, um den Filovirus-RNP-Komplex (grüne Helix) freizusetzen (Carette et al., 2011, Côté et al., 2011, Ng et al., 2014). Der Polymerasekomplex (bestehend aus VP35 und L ) transkribiert Filovirus-mRNAs, die in Filovirus-Proteine übersetzt werden, und repliziert Filovirus-genomische RNA über antigenomische Intermediate (Brauburger et al., 2015). Genomische RNA und antigenomische RNA kommen nur als Ribonukleoproteinkomplexe vor, die als Vorlagen für die Replikation und/oder Transkription dienen. Der Zusammenbau der filoviralen Proteine und Nachkommengenome erfolgt im Zytoplasma und führt zur Knospung und Freisetzung von Virionen an der Plasmamembran (Kolesnikova et al., 2017). Mit freundlicher Genehmigung von Jiro Wada, NIH/NIAID/DCR/IRF-Frederick, Fort Detrick, MD, USA.

Biologie

Filoviren scheinen in Westafrika (BOMV, EBOV, MARV, TAFV), Zentralafrika (BDBV, EBOV, MARV), Ostafrika (BDBV, SUDV, MARV, RAVV), dem südlichen Afrika (MARV), Ostasien (HUJV, MLAV, RESTV, XILV), Südostasien (RESTV) und Ost- und Südeuropa (LLOV). Natürlich infizierte Wirte von Filoviren sind Fledermäuse (BOMV, LLOV, MARV, RAVV, wahrscheinlich auch Ebolaviren), wahrscheinlich Actinopterygia-Fische (HUJV, XILV) und Hausschweine (RESTV) (Negredo et al., 2011, Yang et al., 2019, Goldstein et al, 2018, Shi et al., 2018, Amman et al., 2017, Kemenesi et al., 2018).

Antigenität

Da es keine replizierenden Cuevavirus-, Striavirus- und Thamnovirus-Isolate gibt, wurden keine Pan-Filovirus-Antigenitätsstudien durchgeführt.

Gattungsabgrenzungskriterien

Das primäre Instrument zur Gattungsabgrenzung von Filoviren ist der PASC (PAirwise Sequence Comparison) unter Verwendung kodierter, vollständiger Filovirus-Genome. Genomische Sequenzen von Filoviren verschiedener Gattungen unterscheiden sich um ≥55 % (Bào et al., 2017). Genomische Merkmale wie Anzahl und Lage von Genüberlappungen, Anzahl offener Leserahmen (ORFs) und/oder Gene, Filovirus-Wirt und geografische Verbreitung sowie Filovirus-Pathogenität für verschiedene Organismen werden bei der Gattungszuordnung ebenfalls berücksichtigt.

Namensherleitung

Filoviridae: von lateinisch filum, „Faden“, bezogen auf die Morphologie der Filovirus-Partikel.

Verwandtschaftsbeziehungen innerhalb der Familie

Phylogenetische Beziehungen innerhalb der Familie wurden anhand von Maximum-Likelihood-Bäumen erstellt, die mit kodierenden vollständigen oder vollständigen Genomsequenzen (Abbildung 4.Filoviridae) oder durch phylogenetische Analyse von RdRP-Sequenzen (Wolf et al, 2018).

Figure 4.Filoviridae. Phylogenetische Beziehungen der Filoviren. Der Maximum-Likelihood-Baum (in der Mitte verwurzelt), der unter Verwendung kodierender vollständiger oder kompletter Filovirus-Genome abgeleitet wurde, zeigt die sechs verschiedenen Kladen (Gattungen) der Familie. Die Sequenzen wurden mit Clustal-Omega Version 1.2.1 (http://www.clustal.org/omega/) aligniert und manuell in Geneious Version R9 (http://www.geneious.com) kuratiert. Bäume wurden in FastTree Version 2.1 (Price et al., 2010) unter Verwendung eines General Time Reversible (GTR) Modells mit 20 Gamma-Rate-Kategorien, 5.000 Bootstrap-Wiederholungen und erschöpfenden Suchparametern (-slow) und Pseudocounts (-pseudo) abgeleitet. Die Zahlen neben den Knoten in den Bäumen geben die Bootstrap-Werte in dezimaler Form an. Die Äste der Bäume sind auf die Nukleotidsubstitutionen pro Standort skaliert. Die Zweigspitzen geben die GenBank-Zugangsnummern an. Die Analyse erfolgte mit freundlicher Genehmigung von Nicholas Di Paola, USAMRIID, Fort Detrick, MD, USA. Dieser phylogenetische Baum und das entsprechende Sequenz-Alignment können von der Ressourcen-Seite heruntergeladen werden.

Beziehungen zu anderen Taxa

Filoviren sind eng mit Paramyxoviren (Mononegavirales: Paramyxoviridae), Pneumoviren (Mononegavirales: Pneumoviridae) und Sunviren (Mononegavirales: Sunviridae) verwandt (Wolf et al., 2018).

Verwandte, nicht klassifizierte Viren

Unklassifizierte Filoviren (weitere nicht klassifizierte Filoviren, die wahrscheinlich Mitglieder bestehender Gattungen sind, sind unter den einzelnen Gattungsbeschreibungen aufgeführt).

Virusname	Akzessionsnummer	Referenz
BtFiloYN2162	KX371873	(Yang et al., 2017)
BtFiloYN2176	KX371874	(Yang et al, 2017)
BtFiloYN2180	KX371875	(Yang et al, 2017)
BtFiloYN2181	KX371876	(Yang et al, 2017)
BtFiloYN2190	KX371879	(Yang et al, 2017)
BtFiloYN9434	KX371883	(Yang et al, 2017)
BtFiloYN9435	KX371885	(Yang et al., 2017)
BtFiloYN9442	KX371884	(Yang et al, 2017)
BtFiloYN9445	KX371886	(Yang et al, 2017)
BtFiloYN9447-2	KX371888	(Yang et al, 2017)
BtFiloYN9447-3	KX371889	(Yang et al, 2017)
BtFiloYN9447-4	KX371890	(Yang et al, 2017)
BtFV/WD04	KP233864	(He et al, 2015)

Virusnamen und Virusabkürzungen, sind keine offiziellen ICTV-Bezeichnungen.

Mitgliedstaxa

• Cuevavirus
• Dianlovirus
• Ebolavirus
• Marburgvirus
• Striavirus
• Thamnovirus