Het virus

In februari van 1991 werd op het Central Veterinary Institute (CVI) in Lelystad de ziekteverwekker geïsoleerd die bij varkens het Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome (PRRS) veroorzaakt.

De ziekteverwekker bleek een virus te zijn en kreeg de naam ‘lelystadvirus’. Na verder onderzoek werd in juli van datzelfde jaar vastgesteld dat voldaan werd aan Kochs postulaten dat bepaald of een bepaalde ziektekiem de oorzaak is van een bepaalde ziekte is.

Kort nadat men erin geslaagd was het lelystadvirus te isoleren, werd in de VS een virus geïsoleerd dat onder praktijkomstandigheden vergelijkbare klinische tekenen gaf. Dit virus werd aangeduid als ‘American Type Culture Collection VR-2332’ (ATCC VR-2332). Op de rest van deze website zullen we voor dit virus de naam ‘VR-2332’ gebruiken.

De classificatie van het PRRS-virus
PRRSv behoort tot het geslacht Arterivirus van de familie van de Arteriviridae, dat deel uitmaakt van de orde van de Nidovirales. Tot hetzelfde geslacht behoren ook het Lactate Dehydrogenase-elevating Virus (LDV) bij muizen, het Equine Arteritis Virus (EAV) bij paarden en het Simian Hemorrhagic Fever Virus (SHFV) bij apen. PRRSv is een klein virus van 45-70 nm in diameter dat over een virusenvelop beschikt. Het genoom bestaat uit een gepolyadenyleerd, niet-gesegmenteerd, positiefstrengig polycistronisch enkelstrengs-RNA-molecuul van 15,1-15,5 kilobasen (kb). Het bevat – van 5’ naar 3’ gezien – een 5’ UTR, ten minste 10 ‘open reading frames’ (ORF1a, ORF1b en de ORF’s 2a, 2b, 3, 4, 5,  5a, 6 en 7), en een 3’ UTR. ORF1a en ORF1b bevinden zich direct achter de 5’ UTR en coderen voor een groot replicasepolyproteïne waarvan vermoed wordt dat het autoproteolytisch gekliefd wordt tot ten minste 13 kleinere niet-structurele eiwitten, waaronder een viraal RNA-afhankelijke RNA-polymerase. Onlangs is er een transframeproteïne (nsp2TF) beschreven dat tot stand komt door ribosomale frameshifting in de regio die correspondeert met het niet-structurele eiwit nsp2. ORF2a, ORF2b en ORF3 t/m 7 coderen voor respectievelijk de volgende structurele eiwitten: GP2a, 2b (ook wel aangeduid als ‘E-eiwit’),  GP3, GP4, GP5, M en N.

Deze eiwitten komen tot expressie via subgenomische mRNA’s met identieke 3’-uiteinden. GP5, waarvoor ORF5 codeert, is het belangrijkste envelopeiwit. Men gaat ervan uit dat GP5, alleen of als GP5-M-heterodimeer, een rol speelt bij de hechting van het virus aan de doelcellen en het binnendringen ervan. GP5 bevat de belangrijkste neutraliserende epitoop van het PRRS-virus. Het M-eiwit, waarvoor ORF6 codeert, is een niet-geglycosyleerd integraal membraaneiwit. Het N-eiwit, waarvoor ORF7 codeert, is het nucleocapside-eiwit.


De bouw van het virus 
Het PRRS-virus heeft een pleomorfe morfologie. Het virusdeeltje is rond tot ovaal en heeft een omvang van circa 50 tot 65 nm. Het bestaat uit een holle, gelaagde kern met een diameter van ongeveer 40 nm en een glad buitenoppervlak met daarin de envelopeiwitcomplexen.
Het genoom wordt omgeven door de nucleocapside. De nucleocapside bestaat uit een tot een soort holle bal gebundelde dubbellaagse keten nucleocapside-eiwithomodimeren. De nucleocapsidekern wordt omgeven door een lipidenmembraan. Dit is de envelop waarin de structurele eiwitten zich bevinden. De voornaamste eiwitten in de lipidenenvelop zijn GP5 en M. Deze vertegenwoordigen samen minstens de helft van de in het virus aanwezige eiwitten. Met behulp van geconserveerde cysteïneresiduen in GP5 en M vormen deze twee eiwitten een door een zwavelbrug gebonden heterodimeer. De beperkter aanwezige structurele eiwitten GP2, GP3 en GP4 vormen een multimerisch complex dat in de lipidenenvelop wordt opgenomen. Het E-eiwit maakt in ieder geval bij de type 1-PRRS-virussen ook deel uit van dit complex. Het onlangs ontdekte eiwit ORF5a wordt als het achtste structurele PRRSv-eiwit beschouwd, maar de ligging ervan in het virusdeeltje en de interactie tussen dit eiwit en de andere structurele eiwitten moeten nog worden opgehelderd.

De genetische diversiteit van het PRRS-virus
Bij in de beginjaren verrichte onderzoeken werd al vastgesteld dat er twee verschillende genotypen van PRRSv bestaan. Deze worden aangeduid als genotype 1 (voorheen aangeduid als het Europese of EU-genotype) en genotype 2 (voorheen aangeduid als het Noord-Amerikaanse genotype). Hoewel genotype 1 en genotype 2 van PRRSv morfologisch gezien en wat bouw betreft overeenkomsten vertonen en vrijwel tegelijkertijd opkwamen op de twee verschillende continenten, vertonen ze op molecuul- en antigeenniveau aanzienlijke verschillen. Op genoomniveau hebben de prototypestammen van deze genotypen (VR-2332 en lelystadvirus (LV)) voor ongeveer 60% dezelfde nucleotide-identiteit.
Binnen de afzonderlijke genotypen kunnen virusisolaten tot wel 20% van elkaar verschillen in hun nucleotidesequenties. Deze verschillen zijn het gevolg van toevallige mutatie (‘ontrouw’ van RNA-polymerase) en recombinatie. Volgens berekeningen ligt de mutatiesnelheid voor PRRSv-stammen van genotype 1 tussen 1,4 x 10-2 basensubstituties per locatie per jaar en 7,7 ± 2,1 x 10-2 basensubstituties/locatie/jaar. Deze mutatiesnelheid is vergelijkbaar met de mutatiesnelheid die voor andere RNA-virussen gevonden is. De genetische variatie is niet gelijkmatig verdeeld binnen het genoom van het virus.

In virussen met genotype 1 wordt de meeste genetische variabiliteit gezien in de voor nsp1β en nsp2 coderende ORF1a-regio’s, en is de voor nsp9 coderende regio het sterkst geconserveerd. De heterogeniteit lijkt door de jaren heen steeds groter te worden.
Wanneer we de gemiddelde overeenkomst tussen vlak na het ontdekken van het virus verzamelde isolaten vergelijken met de gemiddelde overeenkomst tussen recent verzamelde isolaten, doet dat vermoeden dat het genetische verschil elk jaar met ongeveer 0,5% is toegenomen.
De temporele evolutie die het virus heeft doorgemaakt, lijkt echter niet de enige oorzaak te zijn van de waargenomen heterogeniteit van PRRS-isolaten van genotype 1. Andere bevindingen duiden er namelijk op dat de geografische evolutie van afzonderlijke virusstammen ook kan hebben bijgedragen aan de grote diversiteit van de virusstammen die in Europa in de praktijk worden gezien. Naar aanleiding van meldingen over sterk afwijkende isolaten uit Denemarken en Italië is door Forsberg et al. voorgesteld om drie verschillende Europese clusters te onderscheiden, namelijk clusters van ‘Lelystad-like’, ‘Danish-like’ en ‘Italian-like’ isolaten. Stadejek et al. hebben bovendien aangetoond dat er binnen genotype 1 sprake is van ten minste vier verschillende subtypen. Ten aanzien van de diversiteit van het PRRS-virus is een duidelijke lijn te zien langs de grens van Oost-Polen. De subtypen 2, 3 en 4 worden namelijk alleen ten oosten van deze grens aangetroffen. Zoals is afbeelding 1 te zien is, is subtype 1 het enige subtype dat in Centraal-Europa, West-Europa en de rest van de wereld circuleert.

Kijkend naar alle PRRS-virussen samen, blijken ze over een hoge mutatiesnelheid te beschikken, die vergelijkbaar is met of hoger is dan de mutatiesnelheid van andere RNA-virussen. Sinds het verschijnen van genotype 1-PRRSv op het Europese continent, is de genetische diversiteit ervan toegenomen. Temporele en geografische factoren, zoals de handel in PRRSv-positieve dieren tussen verschillende landen of geografische regio’s, hebben bijgedragen tot de hoge mate van variabiliteit van Europese PRRSv-stammen.