Infections of common marmosets with calpox virus

Abstract

Die vorsätzliche Freisetzung von Variola Virus (VARV) und schwere Erkrankungen des Menschen durch zoonotische Affen- (MPXV) und Kuh- (CPXV) pocken Viren stellen nach wie vor eine Bedrohung für die Bevölkerung dar. Klassische Pockenimpfstoffe bergen die Gefahr einer schweren Erkrankung. Deshalb ist die Entwicklung neuer Impfstoffe und Therapeutika von entscheidender Bedeutung. Deren Wirksamkeit und Sicherheit muss zunächst in verschiedenen Tiermodellen bewiesen werden. Existierende Makakken-Primatenmodelle leiden unter sehr artifiziellen Bedingungen der letalen Krankheitsinduktion durch VARV oder MPXV. Aus diesem Grund wurde das Calpox Virus/Krallenaffen-modell etabliert, welches auf einem CPXV aus natürlich infizierten Neuweltaffen (Marmosets) basiert. Das neue Modell hat drei wesentliche Vorteile: Die Arbeit mit Calpox Virus kann unter Sicherheitsstufe 2 durchgeführt werden und ist folglich einfacher in der Handhabung. 2. Die intranasale (i.n.) Infektion von Marmosets (Krallenaffen; Callithrix jacchus) spiegelt den natürlichen Infektionsweg von VARV wieder. Infizierte Affen entwickelten Pocken ähnliche Symptome und verstarben innerhalb von 2-3 Tagen nach Auftreten erster Symptome. Hohe Viruslasten wurden im Blut, Speichel und allen untersuchten Organen nachgewiesen. 3. Die i.n. Titration des Calpox Virus ergab eine 50 % Affen-Infektions-Dosis (MID50) von 8.3x102 pfu. Diese ist um den Faktor 10000 niedriger als in anderen Pocken-Primatenmodellen. Neun bis zehn Wochen nach einer Immunisierung mit dem Lister-Elstree Impfstoff waren alle Krallenaffen gegen eine letale Dosis des Calpox Virus (10 MID50) geschützt. Damit konnte der Nutzen des Calpox Virus/Krallenaffen-modells für die Erforschung neuer Impfstoffe gezeigt werden. Das Calpox Virus/Krallenaffen-modell überwindet wesentliche Nachteile bestehender Primatenmodelle und ist somit ein geeignetes Model für die Evaluierung von neuen Impfstoffen, Impfstrategien und antiviralen Therapien.

The intentional re-introduction of Variola virus (VARV), the agents of smallpox, into the human population remains of concern today. Moreover, zoonotic infections with Cowpox (CPXV) and Monkeypox virus (MPXV) cause severe diseases in humans. Smallpox vaccines presently available can have severe adverse effects that are no longer acceptable. The efficacy and safety of new vaccines and antivirals have to be demonstrated by different animal models. The existing primate models, using VARV and MPXV, need very high viral doses that have to be applied intravenously to induce a lethal infection in macaque monkeys. To overcome these drawbacks, the main objective of this study was to develop a primate model in which a smallpox-like disease could be induced by a CPXV virus designated calpox virus which was isolated from a lethal orthopox virus (OPV) outbreak in New World monkeys (marmosets). The new non-human primate model has three major advantages: 1. Working with calpox virus is less challenging and can be done under bio-safety-level two. 2. Mimicking the natural route of VARV infection, intranasally infected marmosets (Callithrix jacchus) reproducibly developed clinical symptoms of an OPV infection and died within two to three days after onset of the first symptoms. High viral loads of calpox virus were detected in blood, saliva and all analyzed organs. 3. Intranasal titration of the virus resulted in a 50 % monkey infectious dose (MID50) of 8.3x102 pfu, a lethal infectious dose 10,000 lower than those used in any other primate model. Moreover, we showed the aptitude of the primate model for the testing of new vaccines since nine to ten weeks after immunization with Vaccinia virus Lister-Elstree marmosets were completely protected against intranasal challenge with 10 MID50 of calpox virus. As the calpox virus/marmoset model overcomes major limitations of current primate models it is suitable to evaluate new vaccines, new vaccination strategies and antiviral therapies.