Newcastle Disease Viren als rekombinante Vektorimpfstoffe gegen Viruserkrankungen von Vögeln und Säugetieren

Murr, Magdalena GND

Rekombinante Vektorvakzinen, basierend auf Viren der Newcastle-Krankheit (NDV) haben sich als kostengünstig, schnell herstellbar und sicher für die Applikation bei Geflügel und Säugetieren erwiesen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei rekombinante Vakzineviren, die das lentogene NDV Clone 30 als Vektor nutzen, für die Prävention der hochpathogenen aviären Influenza (HPAI) bei Hühnerküken, die maternale aviäre Influenzavirus-spezifische Antikörper (AIV-MDA) aufweisen, und die Pest der kleinen Wiederkäuer (PPR) bei Ziegen evaluiert. Während bekannt ist, dass rekombinante NDV/AIV-H5-Vakzineviren in spezifisch pathogenfreien Eintagsküken eine protektive Immunantwort induzieren, ist diese bei Küken in HPAI-Endemiegebieten meist durch vorhandene AIV-MDA negativ beeinflusst. Durch die Generierung einer NDV-Rekombinanten (rNDVsolH5_H5), die das HA des HPAIV H5N1 von zwei individuellen Fremdgenen exprimiert, konnte eine Überexpression des H5 und in Folge der okulonasalen Immunisierung von zwei- und drei-Wochen-alten AIV-MDA+-Küken die Überwindung der AIV-MDA und die Bildung von wirtseigenen AIV-H5-spezifischen Antikörpern erreicht werden. Die in Folge einer HPAIV H5N1-Belastungsinfektion vermittelten Protektionsraten beliefen sich auf 85 % bei zwei-Wochen-alten und auf 100 % bei drei-Wochen-alten Hühnern, deren Ausscheidung des virulenten Wildtypvirus im Vergleich zu Kontrolltieren signifikant reduziert war. Auch wenn das rekombinante Impfvirus in ein-Wochen-alten AIV-MDA+-Küken replizieren konnte, weist die Schutzrate von 40 % darauf hin, dass die Immunisierung sehr junger AIV-MDA+-Küken nicht zu empfehlen ist. Die subkutane Immunisierung von Ziegen mit dem rekombinanten Vektorvirus rNDV_HKur, das das Hämagglutinin des Morbillivirus der kleinen Wiederkäuer (small ruminant morbillivirus, PPRV) exprimiert, schützte diese vor einer virulenten Wildtypvirus-Infektion. Nach zweimaliger Applikation wurden, wie nach der Impfung mit einer atttenuierten PPRV-Lebendvakzine, weder Erkrankungszeichen beobachtet noch eine hämatogene Streuung und nur geringgradige Replikation bzw. Ausscheidung des PPR-Wildtypvirus nachgewiesen, was auf die Bildung PPRV-neutralisierender Antikörper nach der Immunisierung zurückzuführen ist. Somit konnte gezeigt werden, dass sich das rekombinante NDV/PPRV-H für die Prävention der PPR bei Ziegen eignet. Mit NDV als Vektorvirus konnten nachweislich die Anforderungen sowohl bezüglich der DIVA-Applikation als auch einer hohen Thermostabilität erreicht werden. Um NDV als Vektorvirus gezielt zu verändern bzw. für dessen unterschiedliche Anwendungen zu verbessern, ist es von Vorteil die Funktion der einzelnen viralen Proteine zu kennen. Mit dem erstmaligen Nachweis der Expression des W-Proteins können nun mit Hilfe des generierten W-spezifischen Peptidantiserums weitere in-vitro- und in-vivo-Analysen erfolgen, um dessen Funktion im viralen Replikationszyklus näher zu untersuchen.

Recombinant vector vaccines that base on Newcastle disease viruses have proven to be affordable, producible in a short time, and safe for their application in poultry and mammals. Within the scope of this thesis, two recombinant lentogenic NDV Clone 30 vectored vaccine viruses were evaluated regarding their potential to prevent highly pathogenic avian influenza (HPAI) in chickens that display maternally derived avian influenza-specific antibodies (AIV-MDA), or to prevent peste the petits ruminants (PPR) in goats. It is known that recombinant NDV/AIV-H5 vaccine viruses induce a protective immune response in specific pathogen free chickens, which is often negatively influenced by AIV-MDA that are present in progeny chickens in HPAI endemic regions. The generation of NDV recombinant rNDVsolH5_H5, which expresses the HA of HPAIV H5N1 from two individually foreign genes, resulted in an H5 overexpression, and in the production of endogenous AIV H5 specific antibodies after the oculonasal immunization of two- and three-weeks-old AIV-MDA+ chickens. 85 % of the two-weeks-old chickens and 100 % of the three-weeks-old chickens were protected after a homologous HPAIV H5N1 challenge infection. Furthermore, shedding of virulent wild type virus was significantly reduced, compared to non-vaccinated control animals. Even if replication of the recombinant vaccine virus in one-week-old AIV-MDA+ chickens was demonstrated, the protection rate of 40 % indicated that the immunization of very young AIV-MDA+ chickens is not recommended. The subcutaneous immunization of goats with recombinant vector virus rNDV_HKur, which expresses the hemagglutinin of the small ruminant morbillivirus (PPRV) mediated protection after a virulent wild type virus infection. A twofold application of the vaccine virus induced PPRV neutralizing antibodies. Consequently, no clinical signs nor hematogenic dissemination of the wild type virus were observed, and only low-grade replication and shedding was demonstrated. These results were comparable to the ones obtained after vaccination with a commercial live-attenuated PPRV vaccine. Therefore, the recombinant NDV/PPRV-H is suitable for preventing PPR in goats. NDV as vector virus fulfills verifiably the requirements regarding the DIVA-application as well as a high thermostability. Knowledge of the viral protein’s functions is advantageous for targeted alterations, respectively optimizations of NDV as vector virus concerning specific applications. In the light of the first proof of NDV W protein expression, further in-vitro and in in-vivo analyses can follow, using the W-specific peptide antiserum, to reveal its function within the viral replication cycle.

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Murr, Magdalena: Newcastle Disease Viren als rekombinante Vektorimpfstoffe gegen Viruserkrankungen von Vögeln und Säugetieren. Greifswald 2020. Universität Greifswald, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Abteilung für Mikrobiologie und Molekularbiologie.

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