INAYATI HABIB

VIRUS CAUSING TROPICAL DISEASES

Tropical diseases

RubellaDengue CampakMorbiliMump’setc

ARBOVIRUS

PARAMYXOVIRUS

ARBOVIRUS

The term arboviruses is used to describe viruses from various families which are transmitted via arthropods.

Diseases caused by arboviruses include

encephalitis, febrile diseases (sometimes with an associated rash), and hemorrhagic fevers

Zoonotic viruses

Zoonotic viruses adalah virus-virus yang dapat ditransmisikan dari hewan (arthropods, vertebrates) ke manusia

Beberapa ditransmisikan oleh arthopoda penghisap darah , vektor arthoropoda (arthropod borne = arboviruses).

Yang lainnya mungkin ditransmisikan dengan cara inhalasi, kontak konjunctiva dengan sekret yang infektif atau dengan kontak langsung dengan hewan ( misalnya rabies)

ARTHROPOD VECTORS

Virus bereplikasi pada vektor tetapi tidak menginfeksi vektor

Pada mosquito-borne diseases, virus menimbulkan infeksi persistent pada kelenjar saliva dan terdapat cukup virus dalam saliva sehingga dapat menginfeksi hospes lainnya selama menghisap darah ( feeding )

LIFE CYCLES OF ARBOVIRUSES

Beberapa tipe siklus hidup ARBOVIRUS :

1. Sylvatic cycle ( the jungle cycle): Siklus terjadi antara arthropoda dan hospes mammalia

dimana manusia biasanya sebagai dead-end host yang terinfeksi melalui arthropoda

2. Urban cycle. Siklus terjadi antara manusia dengan species arthropoda

Pada Yellow fever dan Dengue fever , keduanya terdapat urban cycle juga sylvatic/jungle cycle

DEAD END HOSTS ??

Apabila virus ditransmisikan pada hewan selain hospes normalnya, maka viremia bersifat rendah atau transient dan hewan yang terinfeksi, sedikit kemampuanya mengeluarkan virus dalam jumlah yang cukup ke arthropod untuk menimbulkan infeksi

Dalam kasus ini, hewan tersebut dinamakan sebagai

dead-end host (buntu)

Manusia sebagai dead-end host pada mayoritas kasus penyakit infeksi disebabkan Arbovirus (perkecualian yellow fever and dengue fever).

LIFE CYCLES OF ARBOVIRUSES

LIFE CYCLES OF ARBOVIRUSES

ARBO-VIRUS

Arbovirus are extremly numerous and include many unrelated viruses belonging to different virus groups :

1. Alphavirus (formerly group A arbovirus)2. Flavivirus (formerly group B arbovirus)3. Bunyavirus

ARBOVIRUS DISEASE

Penyakit yang disebabkan oleh adalah :1. encephalitis 2. febrile diseases (kdg berhub dg rash) 3. hemorrhagic fevers

Terdapat beberap gejala yang overlap antara beberapa variasi tipe virus , contoh : Virus yang bukan tergolong virus encephalitis mungkin menyebabkan gejala pada CNS .

Properties of Most Arbovirus :

ALPHAVIRUSES

26 recognized viruses RNA viruses-single stranded,+ sens RNA Enveloped particles, roughly spherical, 70 nm Haemaglutinate avian red cells Grow in cell culture: pathogenic for suckling

mice (mencit yang menyusu )

Properties of Most Arbovirus :

FLAVIVIRUS

67 virusesRNA viruses-single strand ,+ sens RNAEnvelope particles- diameter 40 – 50 nmHaemaglutinate avian red cellsGrow in cell culture: pathogenic for suckling

mice

Properties of Most Arbovirus :

BUNYAVIRUS

A large family containing nearly 300 virusesRNA viruses-single strand , - sens RNA in three

segmentsEnvelope particles- approximately 90 – 100 nm

diameterHaemaglutinate avian red cellsGrow in cell culture: generally pathogenic for

suckling mice or other rodents

+ sense virus : transmisible, the function of all the molecule act as m RNA in infected cells

- sense virus : not transmisible, virion with RNA polimerase, transcripe molc RNA genom to some molc complementary RNA in the cells, act as mRNA

ARBOVIRUSES ASSOCIATED WITH FEVER OR

HEMORRHAGIC FEVER

Colorado tick fever (Reovirus family)

Terjadi di Rocky Mountain States.

Penyakit ringan dengan gejala demam, headache, myalgia dan sering rash.

Virus ditransmisikan oleh ticks.

Differential Diagnosis : Rocky Mountain spotted fever (rickettsial disease) yang memiliki kesamaan tanda-tanda awal dan sebaiknya segera diberikan terapi

Reoviridae

double-stranded RNA viruses

multisegmented genomes, icosahedral

80-nm particles , do not have a lipid envelope (insensitive to detergents)

YELLOW FEVER VIRUS (Flavivirus family)

Yellow fever (hemorrhagic fever)

Hanya ditemukan Afrika and South Amerika Selatan . Di Amerika Selatan bersifat sporadik dan terjadi di area hutan Di Afrika, yellow fever sering terjadi pada saat musim hujan di wilayah

barat dan wilayah pusat benua Yellow fever (hemorrhagic fever) ditransmisikan oleh nyamuk Hospes alami virus adalah kera dan manusia Memiliki siklus hidup ; urban  and a jungle cycle. Infeksi menyebabkan penyakit sistemik berat , hemorrhages, degenerasi

pada liver, ginjal dan jantung. Case-fatality rate : 50%.

Flaviviridae

positive-sensesingle-stranded RNA viruses that form

particles of 40 to 50 nm in the endoplasmic reticulum

DENGUE VIRUS  (Flavivirus family)

DENGUE FEVERDENGUE HAEMORHAGIC FEVER

Dengue fever (DF)Dengue fever (DF) Dengue Hemorrhagic Fever (DHF)Dengue Hemorrhagic Fever (DHF)

Infeksi oleh virus Dengue, hospes alami manusia dan kera. Nyamuk sebagai vektor.

Virus Dengue memiliki siklus hidup urban  dan jungle cycle.

Terdapat empat serotypes (1,2,3,4).

Salah satu penyakit yang terjadi di daerah tropis dan seluruh dunia (50-100 million cases per year).

komplikasi yang fatal (kematian) infeksi virus

dengue DHF konsekuensi

imunopatologi adanya infeksi pada orang yang sebelumnya telah mengembangkan suatu imunitas terhadap satu serotipe virus Dengue (mekanisme belum sepenuhnya diketahui)

 DF dan DHF

Dengue

Female A daytime feeder Human habitation

Lays eggs & produces larvae preferentially in

artificial containers

•ArbovirusFlaviviridae fam, flavivirus genus

•single-stranded RNA•DEN-1, 2, 3, 4

•Genetic var within serotypes•Each serotype provides specific lifetime immunity short term cross immunity

Dengue is a serious viral disease transmitted by the bite of the mosquito, Aedes aegypti.

Hypothesis on Pathogenesis of DHF

1. Secondary heterologous infection

Person who have experienced a dengue infection develop serum antibodies that can neutralize the dengue virus of that same (homologous) serotype

In a subsequent infection, the pre-existing heterologous antibodies form complexes with the new infecting virus serotype, but do not neutralize the new virus

1. Secondary heterologous infection

Seseorang dengan riwayat terinfeksi virus dengue mengembangkan antibodi serum yang dapat menetralisasi virus dengue dengan serotipe yang sama (homolog)

Pada infeksi berikutnya, antibodi heterolog yang sudah ada sebelumnya membentuk kompleks dengan serotipe virus dengue baru yang menginfeksi, tetapi tidak menetralisasi virus dengue baru yang menginfeksi

2. Antibody dependent enhancement (ADE)

Antibody dependent enhancement (ADE) is the process in which certain strain of dengue virus, complexed with non neutralizing antibodies, can enter a greater proportion of cells of the mononuclear lineage, thus increasing virus production

Infected monocytes release vasoactive mediators, resulting in increased vasculer permeability and hemorhagic manifestation that characterize DHF and DSS

2. Antibody dependent enhancement (ADE)

Antibody dependent enhancement (ADE) adalah proses dimana strain virus dengue tertentu membentuk kompleks dengan non neutralizing antibodies, dan bisa masuk ke sel-sel mononuklear dalam jumlah yang lebih banyak, sehingga produksi virus bertambah.

Sel monocytes terinfeksi akan melepaskan vasoactive mediators, berakibat bertambahnya vasculer permeability and hemorhagic manifestation, yang dikenal sebagai DHF and DSS

Pathogenesis of DHF

Hal tersebut melibatkan terjadinya immune enhancement dimana terdapat peningkatan uptake virus coated with non-neutralizing antibody ke dalam makrofag melalui Fc receptor.

virus coated with non-neutralizing antibody ada pada saat terjadi infeksi virus dengue yang awal dengan serotipe virus yang berbeda

Virus bereplikasi dalam makrofag dan terjadi peningkatan virus load. Makrofag menjadi teraktivasi dan melepaskan inflammatory cytokines.

Immune enhancement oleh non-neutralizing antibody merupakan hal yang mungkin menyulitkan untuk pengembangan vaksin

Infeksi Dengue lebih berat pada anak-anak dan adanya antibodi ibu pada anak merupakan DHF sebagai infeksi pertama virus Dengue

Terdapat empat serotipe virus Dengue, banyak serotipe tersebar di Asia, Afrika dan Amerika.

Pada DHF, meningkatnya vascular permeability sebagai problem utama.

DENGUE VIRUS

DEN-1Kimura & Hotta, 1943Sabin & schlesinger, 1945 (Haw-Den-1) as a prototype

DEN-2 Isolates from New GuineaNew Guinea C (NG”C”-DEN-2) as prototype

DEN-3From patient with hemorrhagic disease in Manila,

1956DEN-4

From patient with hemorrhagic disease in Manila, 1956

Genome organization and virion structure

FlavivirusesSperical particleIsometric nucleocapsid core (30 nm in

diameter)Lipid envelopeSingle strand (+) sense RNA11 kb in lengthGenome has cap and lack of 3’ Poly A

Genome organization virion structure

C prM E NS1 2A 2B 4A 4B NS5 3’NS3

Genome organization and virion structure

Flaviviruses Spherical particle Isometric nucleocapsid core (30 nm in diameter) Lipid envelope Single strand (+) sense RNA 11 kb in length Genome has cap and lack of 3’ Poly A

CAPSID & MEMBRAN PROTEIN

CAPSID112-127 aapurified C protein tidak menginduksi viral neutralizing antibody

MEMBRANprM contained in intracelullar immature virionsM protein contained in extracellular mature virions

ENVELOPE PROTEIN

494-501 asam amino Receptor binding hemagglutionation of erythrocytes induction of major neutralizing antibody mediation of virus-specific membrane fusion in acid

pH endosomes virus assembly

NS-1 PROTEIN

• Soluble complement-fixing antigen.• Secreted soluble form can elicit antibodies with complement-fixing activities.• Target for immune response (expressed in surface of infected cells)

NS-3 PROTEIN• Help in viral replication • Serine protease• helicase

Mature Dengue-2 virus particles Mature Dengue-2 virus particles replicating in five day old tissue culture cells. replicating in five day old tissue culture cells.

The original magnification is 123,000 times. The original magnification is 123,000 times. CDCCDC

VIREMIA

Dengue Virus dapat dideteksi setelah lebih 5 hari munculnya gejala

Isolasi Dengue Virus adalah paling penting untuk menentukan diagnosis

Semua tehnik uji serologi tidak bersifat spesifikSpecific monoclonal antibodies merupakan uji yang

tepat dan dapat dipercaya Viral genetic analysis

Pemeriksaan Laboratorium penunjang

Isolasi virus, deteksi antigen/PCR dan uji serologis (diperlukan pemahaman perjalanan penyakit)

Isolasi virus terbaik saat viremia (3-5 hari)

IgM terdeteksi hari ke 5, meningkat sampai minggu III, menghilang setelah 60-90 hari

IgG pada infeksi primer mulai terdeteksi pada hari 14, pada infeksi sekunder mulai hari ke 2

Uji HI, Dengue Blot (Single/Rapid/Duo)

LABORATORY DIAGNOSIS OF DENGUE VIRUS

Detection of antibody (IgG and IgM) Isolation, detection and identification of virus

Problems: Co-sirculation of Dengue Virus with other flaviviruses Serologic test available are using antibodies that may cross

reaction with other flaviviruses Some reagents are not commercially available.

Imunoglobulin M Imunoglobulin M Imunoglobulin GImunoglobulin G

Ig M is for acute phaseMay be detectable form 1-6 day

after onsetPersist for max 60-90 days Ig M alone is not definitive

( not type specific, persist up to 90 days)

May be detectable after 5th day after onset

Titer continue to rise (weeks) and persist for many years or life time.

Anamnestic IgG response (in secondary infection)

Immune response detection

IMMUNE RESPONS TO DENGUE INFECTION

Response to primary infection

NS1 antigens

Diproduksi mulai hari 1 setelah onset demam dan naik sampai hari ke-9

Tidak dapat terdeteksi apabila anti-NS1 IgG antibodies diproduksi

Sirkulasi pada kadar yang tinggi pada serum selama fase klinik dan pada beberapa hari awal fase penyembuhan

IgM antibodies

Diproduksi sekitar 5 hari setelah gejala muncul

Meningkat 1 -3 minggu dan mungkin menetap sampai 60 hari

Mungkin dapat terdeteksi sampai 6 bulan

IgG antibodies

•Muncul sekitar 14 hari setelah munculnya gejala dan menetap sepanjang hidup

Response to secondary infection

IgM antibodies

Tidak diproduksi sampai 20 hari setelah munculnya infeksi

Diproduksi pada kadar yang rendah atau tidak dapat terdeteksi atau untuk periode yang lebih pendek dibandingkan pada infeksi primer

IgG antibodies Meningkat secara cepat 1 -2 hari

setelah munculnya gejala Kadar yang dicapai di atas terdapat

pada infeksi primer maupun infeksi yang lalu ( past infection)

Menetap pada kadar yang tinggi selama 30-40 days, kemudian akan menurun kadarnya seperti pada infeksi primer atau infeksi yang lalu ( past infection)

Sekitar 20-30% pasien dengan infeksi sekunder dengue tidak memproduksi anti-dengue IgM antibodies pada kadar yang dapat terdeteksi sampai hari ke 10 dan harus didiagnosis sebagai the elevation of dengue specific IgG antibodies

Interpretation of Result

Primary Dengue is characterised by the presence of detectable IgM antibodies 3 -5 days

after the onset of infection

Secondary Dengue is characterised by elevation of spesific IgG antibodies 1-2 days after

the onset of infection, often accompanied by an elevation of IgM

Detection of IgM antibody

Fluorescent antibody (FA) test ELISA Dot blot test

Detection of IgG antibody

Hemagglutionation inhibition test plaque reduction neutralization test Fluorescent antibody test ELISA Dot blot tests Complement fixation test

Rapid Test

Isolation, Detection and Identification of Virus

Mouse inoculation Mammalian cell culture (BHK-21, LLC- MK2,

Vero) Mosquito cell culture Mosquito inoculation PCR Hybridization probes Immunohistochemistry

AN OUTBREAK OF DENGUE VIRUS SEROTYPE 1 INFECTION IN CIXI, NINGBO, PEOPLE’S REPUBLIC OF CHINA, 2004, ASSOCIATED WITH A TRAVELER FROM

THAILAND AND HIGH DENSITY OF AEDES ALBOPICTUS Am J Trop Med Hyg June 2007 vol. 76 no. 6 1182-1188

Figure

Dengue virus isolated from two of five cases + for dengue viral RNA. A, C6/36 cell monolayer inoculated with control serum B, Cytopathic effect (CPE) in monolayer cultured with patient serum at second passage C, RNA isolated from supernatants of cell culture with CPE by reverse transcription–

polymerase chain reaction. The DNA product (511-basepair [bp] fragment) was obtained after amplification with consensus primers D1 and D2.

Lane 1, parental C6/36 control;

Lane 2, DNA marker;

Lanes lane 3 and 4, supernatants from cells cultured with sera of two patients. D, DNA fragment (482 bp) for dengue 1 virus amplified with the serotype-specific

primer pairs.

Lanes 1 and 2, supernatants of culture with sera of two patients;

lane 3, DNA marker.

ARBOVIRUS-ASSOCIATED ENCEPHALITIS

ARBOVIRUS-ASSOCIATED ENCEPHALITIS

DNA Positif Sense

Positif – sense DNA virus merupakan untaian yang mengandung sequen basa yang sama seperti mRNA, dimana mRNA dari beberapa untai ganda DNA virus dapat langsung di terjemahkan atau di transcribe baik dari untaian atau pada daerah trankripsi yang mungkin dapat terjadi tumpang tindih (overlap).

DNA Negatif Sense

Negatif – sense  DNA (antisense) adalah untai tunggal DNA yang dapat berhibiridisasi dengan untai DNA yang berfungsi sebagai template dalam proses transkripsi. Negatif – sense DNA ini tidak dapat diterjemahkan menjadi protein langsung. Sebaliknya, terlebih dahulu harus ditranskripsi menjadi positif-sense DNA yang bertindak seperti mRNA.

RNA Positif Sense

Positif sense (5 'ke 3') RNA virus menandakan bahwa suatu virus RNA urutan tertentu dapat langsung diterjemahkan ke dalam protein virus yang diinginkan. Oleh karena itu, dalam arti positif virus RNA, RNA genom virus dapat dianggap mRNA virus, dan dapat segera diterjemahkan oleh sel inang. Tidak seperti negatif sense-RNA, positif-sense RNA adalah pengertian yang sama dengan mRNA.

Beberapa virus (misalnya Coronaviridae) memiliki genom positif-sense yang dapat bertindak sebagai mRNA dan digunakan langsung untuk mensintesis protein tanpa bantuan RNA komplementer komplementer. Karena itu, virus ini tidak perlu memiliki RNA transkriptase yang dikemas ke dalam virion.

RNA Negatif Sense

Negatif-sense (3 'to 5') RNA virus melengkapi mRNA virus sehingga harus diubah menjadi positif-sense RNA oleh polimerase RNA sebelum diterjemahkan. Negatif-sense RNA (seperti DNA) memiliki urutan nukleotida komplementer terhadap mRNA yang disandikan. Seperti DNA, RNA ini tidak dapat diterjemahkan menjadi protein langsung. Sebaliknya, terlebih dahulu harus ditranskripsi menjadi positif-sense RNA yang bertindak sebagai suatu mRNA. Beberapa virus (misalnya, influenza) memiliki negatif - sense genom sehingga harus membawa RNA polimerase di dalam virion agar RNA dapat diterjemahkan.

Schematic showing how antisense DNA strands can interfere with protein translation.