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Voigt, Heiner (2005): Rekombinante Parapockenvakzine gegen die klassische Schweinepest: Vergleichende Charakterisierung der Immunreaktionen im Schwein. Dissertation, LMU München: Faculty of Veterinary Medicine
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Abstract

Recombinant parapoxvirus vaccine against classical swine fever: comparative characterization of immune reactions in swine Despite good efforts in eradication of classical swine fever (CSFV) within the EU massive disease outbreaks cannot be excluded. Therefore an “intervention vaccination strategy” is one option in legal EU combat strategies against CSF. At the moment an E2 subunit vaccine is licensed in the EU but possibly can be replaced by an improved vaccine to achieve optimal stimulation of the humoral as well as the cellular immune responses. The aim of the present work was the generation of a new Parapoxvirus ovis vector expressing the E2 glycoprotein of CSFV which was named ORFV D1701VrVE2. It could be successfully demonstrated that his vector vaccine efficiently expresses the foreign gene even in cells of swine as a non permissive host. It was shown to be completely avirulent for pigs. The vector is a potent stimulator of IFN-α and VSV antiviral activity in porcine PBMC supernatants. In several animal immunisation experiments with swine ORFV D1701VrVE2 induced CSFV-neutralizing serum antibodies already after a single application. Immunized piglets were protected against lethal CSFV challenge and did not develop fever. Vaccinated and challenged animals recovered from the characteristic CSFV-induced B-cell reduction. The distribution of the vaccine dose over four intra-muscular injection sites (multi-site application) led to a rapid induction of neutralizing antibodies and to solid protection from CSF after a single vaccination. In contrast to single site vaccinated animals, multi-site vaccinated piglets did not transmit the challenge virus to a naive sentinel. Two successive vector virus applications in a homologous prime-boost regimen did not provoke IFN-γ producing cells among PBMC. However, a heterologous prime-boost regimen as a combination of prime with baculovirus expressed glycoprotein E2 followed by boost with the parapoxvirus vector induced high numbers of IFN-γ producing cells. A similar beneficial effect became evident when the challenge infection mimicked the booster vaccination after a single vector prime. In contrast when the challenge CSFV was applied after a homologous prime with modified live CSFV vaccine the immunised piglets responded with lower numbers of IFN-γ producing cells as well as lower titres of CSFV-neutralizing serum antibodies. In additional experiments the adjuvant effect of lipoprotein L-OprI of Pseudomonas aeruginosa was tested in combined administration with baculovirus expressed E2 in piglets using sub-optimal doses of the E2 protein. The adjuvant showed a beneficial effect on the formation of CSFV neutralizing serum antibodies but had no influence on the number of IFN-γ producing cells in piglets before challenge. As another important CSFV subunit the immunogenic properties of the E. coli produced non structural protein NS3 have been tested. Although NS3 induced high amounts of IFN-γ producing cells in PBMC of vaccinated piglets their serum antibodies did not neutralize CSFV and even after two booster vaccinations the animals were not protected against lethal CSFV challenge.

Abstract

Da es immer wieder zu Ausbrüchen der klassischen Schweinepest (CSF) in der Europäischen Union kommen kann, besteht Bedarf nach einer Vakzine, die in einer Interventionsimpfung eingesetzt werden kann. Da die hierfür bislang zugelassene E2 „Subunit“ Vakzine keine ausreichende Protektion vermittelt, wurde nach Möglichkeiten gesucht, den durch E2 vermittelten Immunschutz vor allem auch auf der zellulären Ebene zu verbessern. Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht das zu diesem Zweck entwickelte rekombinante Parapoxvirus ovis ORFV D1701VrVE2. Sowohl die Expression des inserierten Gens in nicht permissiven, porcinen Zellen, als auch die Apathogenität der Vektorvakzine für das Schwein, wurden gezeigt. Eine Stimulation angeborener Immunreaktionen (innate immunity) im Schwein wurde beispielhaft durch die Bildung von IFN-α und antivirale Aktivität für die Vektovakzine nachgewiesen. In mehreren Impfversuchen trat die Bildung CSFV-neutralisierender Antikörper bereits nach einmaliger Immunisierung ein. Der Schutz der geimpften Tiere vor einer letalen Belastungsinfektion, einschließlich des Ausbleibens von Fieber und der Erholung von der typischen B-Lymphozyten-Reduktion wurde erreicht. Ein kurzer Zeitraum zwischen Immunisierung, detektierbaren neutralisierenden Antikörpertitern und Infektionsschutz war in einem Pilotversuch durch die Verteilung der Impfdosis auf vier verschiedene Injektionsstellen („multi-site“ Applikation) realisierbar. So geimpfte Schweine übertrugen, im Gegensatz zu klassisch, nur in einen Muskel immunisierten Tieren, das Belastungsvirus nicht auf ein zugestalltes naives Tier. Während es bei homologer Zweit-immunisierung mit ORFV D1701VrVE2 zwar zum Anstieg der Serumantikörpertiter kam, konnten keine IFN-γ produzierenden Zellen unter den PBMC der Impflinge detektiert werden. Dies ändert sich, wenn das rekombinante Parapoxvirus in einem heterologen Prime-Boost Impfregime mit Baculovirus-exprimiertem E2 Protein eingesetzt wurde. Ein ähnlicher positiver Effekt auf die IFN-γ produzierenden Zellen wird evident, wenn die Belastungsinfektion nach erfolgter Impfung mit ORFV D1701VrVE2 als heterologer Boost wirkt. Hier waren nach der Infektion mehr IFN-γ produzierende Zellen in den PBMC der Impflinge detektierbar, als bei Tieren, die vor der Infektion mit einem CSFV-Lebendimpfstoff (homolog) immunisiert worden waren. Die zusätzlich durchgeführte Prüfung des Effektes des Lipoprotein L-OprI von Pseudomonas aeruginosa auf die Immunogenität des Baculovirus-exprimierten E2 zeigte eine positive Beeinflussung der humoralen Immunantwort, jedoch im vorliegenden Versuch keinen Einfluss auf zellvermittelte Immunmechanismen. Die Immunogenität einer zweiten Untereinheit des CSFV, des Nicht-Strukturproteins NS3, wurde untersucht. Dieser Bestandteil des CSFV wurde als guter Induzent IFN-γ produzierender Zellen charakterisiert. Die nach der Immunisierung gebildeten Antikörper neutralisierten das CSFV allerdings nicht und die Tiere waren nicht vor einer letalen Belastungsinfektion geschützt.