Emerging H9N2 Avian Influenza virus research at the human and animal interface

Most emerging diseases are of zoonotic origin. Globalization and intensive animal farming has led to an increased spread of zoonotic infections and it is therefore of crucial importance to be prepared in managing potential outbreaks. Influenza type A virus is cause of a zoonotic disease, which can affect animal and human health. A number of influenza virus subtypes have successfully crossed the species barrier and have established in mammal and human populations, causing yearly seasonal epidemics. The influenza A viruses of the H9N2 subtype are classified as low pathogenic avian influenza (AI) viruses which infect mostly avian species. The H9N2 type has caused infections both in wild birds and in the poultry population around the globe, including several countries in Asia, Europe, North Africa and Americas since the mid-1990s. The wide circulation of H9N2 viruses throughout Eurasia, along with their ability to cause direct infection in mammals and humans, raises public health concern about their potential to become candidates for the next influenza pandemic. This Ph.D. thesis deals with phylogenetic and Bayesian phylogeographic analyses, genetic nomenclature and molecular evolutionary dynamics to elucidate the different aspects of H9 subtypes circulating worldwide. Focusing on the hemagglutinin gene through the application of bioinformatics tools a large amount of H9 subtype strains global data have been analysed and a unified nomenclature system have been designed producing a lot of data that contributed to clarify the evolution dynamics of H9 subtype viruses identified to date. The evolutionary dynamics of H9N2 in an endemic country as Iran have been elaborated in further detail. Phylogenetic and molecular studies have been performed on all the H9N2 Iranian viruses circulating from 1998 to 2015 along with other neighboring countries to identify the phylogenetic relationships grouping the various introductions and the spread to other countries, in order to highlight the evolution dynamics and the extent of its molecular change since the H9N2 first detection in Iran and after the application of a vaccination program. In addition, one of the research topics includes a serological investigation of H9N2 avian influenza virus among the poultry workers in an endemic country as Iran where, despite of the control measures implemented at national level including mass vaccination of poultry, the subtype H9N2 has rapidly spread and can be considered endemic in Iranian poultry. This study has been carried in collaboration with an Iranian research group to reveal the association between professional exposure to poultry and the presence of antibodies to H9N2 viruses in order to develop surveillance and control programs to monitor the biological risk and thus to preserve public health against the spreading of the H9N2 virus.

La maggior parte delle malattie emergenti è di origine zoonotica. La globalizzazione e l’allevamento intensivo hanno contribuito ad un aumento della diffusione delle infezioni zoonotiche ed è quindi di fondamentale importanza poter conoscere ed essere preparati a gestire eventuali epidemie. L’infezione da virus influenzali di tipo A è una zoonosi che mette a rischio la sanità pubblica. Alcuni sottotipi di virus influenzali hanno superato con successo la barriera di specie e si sono adattati ai mammiferi e alla popolazione umana, causando epidemie annuali e stagionali. Il virus influenzale del sottotipo H9N2 è classificato come virus influenzale a bassa patogenicità e infetta soprattutto le specie aviarie. Dalla metà degli anni ’90, questo sottotipo ha causato infezioni nei volatili selvatici e nell’industria avicola in diversi paesi dell’Asia, Europa, Nord Africa e America. L'ampia diffusione di virus H9N2 in tutta l'Eurasia, insieme con la loro capacità di causare infezione diretta nei mammiferi e nell'uomo, ha destato preoccupazione in merito a un suo potenziale impatto sulla salute pubblica come possibile candidato per la prossima pandemia influenzale. Questa tesi di dottorato si occupa dello studio filogenetico e filogeografico, della classificazione genetica e dell’evoluzione molecolare dei virus influenzali del sottotipo H9 presenti in tutto il mondo. Particolare interesse è stato rivolto allo studio dell'emoagglutinina virale e attraverso analisi bioinformatiche è stata analizzata una grande quantità di dati e di sequenze dei virus H9 isolati nel mondo e creato un sistema di nomenclatura uniforme che fornisce al mondo scientifico una chiave di lettura e chiarisce la relazione genetica tra i diversi ceppi del sottotipo H9 dal momento della loro comparsa a oggi. L’approccio filogeografico ha inoltre contribuito a chiarire le dinamiche evolutive e la diffusione spazio-temporale tra gruppi genetici e diversi virus H9N2 dell'influenza aviaria. Sono state elaborate in modo più dettagliato le dinamiche evolutive del virus H9N2 in un paese endemico come l'Iran. Studi filogenetici e molecolari sono stati eseguiti su tutti i virus iraniani H9N2 circolati dal 1998 al 2015, insieme alle sequenze dei virus circolanti nei paesi confinanti. I risultati hanno portato a identificare le relazioni filogenetiche delle varie introduzioni e la diffusione ad altri paesi, a evidenziare le dinamiche evolutive e la portata del suo cambiamento molecolare dal primo rilevamento in Iran e dopo l'applicazione di un programma di vaccinazione. Inoltre, tra gli obiettivi del progetto di ricerca c’era quello di investigare la sieroprevalenza per il virus H9N2 tra i lavoratori del settore avicolo per capire se in un paese endemico come l’Iran dove, malgrado rigorosi piani di sorveglianza e vaccinazione, il sottotipo H9N2 circola da diversi anni nell’industria avicola creando molti danni economici. Questo studio è stato eseguito in collaborazione con un gruppo di ricerca iraniano per scoprire l’associazione tra l’esposizione agli avicoli e la presenza degli anticorpi verso il virus influenzale H9N2 allo scopo di rafforzare le misure di sorveglianza e controllo e monitorare il rischio biologico e quindi di preservare la salute pubblica dalla diffusione di tali virus influenzali.