Imunoprofilaxia în controlul pestei porcine africane
Immunoprophylaxis in the control of African swine fever
Abstract
Many vaccine formulations have been studied and tested for the control of African swine fever (ASF) epidemics since the second half of the 20th century, when the virus first made its incursion outside the African continent. Inactivated vaccine formulations, prepared from tissue extract or cultured virus and adjuvanted, were not satisfactory in terms of protective effect and limiting the circulation of wild strains. Intensive studies were started after the outbreak in 2007. Research has investigated the protective effect of products prepared from spontaneously attenuated or genetically manipulated live virus strains, subunit, mRNA, DNA or viral vector vaccines; the formulations tested so far have not provided effective and reliable protection, with only a few reports indicating some protection against control infection. The shortcomings in making this vaccine are largely due to incomplete knowledge of virulence factors and their relationship to immunogenic factors, as well as limited knowledge of the virus-host animal relationship. The experience of the first African swine fever epidemic in Europe has led to new standards to be met by a vaccine to control ASF: the vaccine must meet the requirements of safety with respect to vaccine dose, repeated administrations, administration of multiple dose, be genetically stable, prevent viral shedding and provide protection.Keywords
African swine fevervaccinevirulence genesimmunityRezumat
Pentru controlul epidemiilor de pestă porcină africană (PPA) au fost realizate studii şi au fost testate numeroase formule vaccinale încă din a doua jumătate a secolului XX, la prima incursiune a virusului în afara continentului african. Formulele de vaccinuri inactivate, preparate din extract tisular sau virus de cultură şi adjuvantate, nu au oferit satisfacţie în ceea ce priveşte efectul protector şi limitarea circulaţiei tulpinilor sălbatice. Studiile au fost reluate după debutul epidemiei, în 2007. Cercetările au investigat efectul protector al unor produse preparate din tulpini virale vii atenuate spontan sau prin manipulare genetică, vaccinuri subunitare, cu ARNm, cu ADN sau cu vector viral; formulele testate până în prezent nu au oferit o protecţie eficientă şi fiabilă, numai câteva rapoarte indicând o oarecare protecţie faţă de infecţia de control. Dificultăţile înregistrate în realizarea acestui vaccin sunt în mare măsură cauzate de incompleta cunoaştere a factorilor de virulenţă şi a relaţiei lor cu cei imunogeni, precum şi a cunoştinţelor limitate asupra relaţiei virus-animal-gazdă. Experienţa primei epidemii europene de pestă porcină africană a generat noi standarde pe care trebuie să le îndeplinească un vaccin destinat controlului PPA: vaccinul trebuie să satisfacă cerinţele de siguranţă faţă de doza vaccinală, administrările repetate ale dozei vaccinale, administrarea de multiple doze (supradozare), să prezinte stabilitate genetică, să împiedice excreţia virală şi să asigure efectul protector.Cuvinte Cheie
pestă porcină africanăvaccingene de virulenţăimunitateControlul unei epidemii obligă la utilizarea unui ansamblu de acţiuni menite să reducă/neutralizeze sursele de infecţie (I), să împiedice contactul animalelor susceptibile cu sursele potenţiale (II) şi să modifice susceptibilitatea speciei/speciilor animale receptive (III). Se cuvine subliniat că succesul în controlul unei izbucniri de boală presupune implementarea, simultană, de măsuri/acţiuni destinate fiecăreia din cele trei direcţii de acţiune menţionate, deoarece acţiunile destinate controlului fiecărei direcţii, în condiţiile de teren, nu pot avea eficacitate 100%. În practica profesională curentă, în plan subiectiv, cel mai adesea personalul din afara profesiilor veterinare manifestă fie o atitudine de absolutizare, fie una de minimalizare a uneia din cele trei direcţii de acţiune, atitudine care, în cel mai bun caz, duce la o prelungire a duratei de manifestare a epidemiei, dacă nu la eşecul campaniei de eradicare. Dacă pentru primele două obiective (I şi II), instrumentele utilizate sunt în majoritate covârşitoare măsuri cu caracter de management/administrative, cel de-al III-lea calup de acţiuni presupune, în cazul bolilor infecţioase, modificarea statusului imun al animalelor receptive cu ajutorul unor produse specifice precum serurile hiperimune, imunoglobuline specifice purificate sau vaccinuri şi/sau selecţia unor rase rezistente genetic. Variabilitatea individuală a animalelor din populaţiile asupra cărora se aplică şi aceste măsuri face ca eficacitatea lor să fie sub 100%.
În cazul particular al unor boli infecţioase, nu s-a reuşit modificarea statusului imun al animalelor receptive, ceea ce pentru ASF (African Swine Fever/Pesta Porcină Africană) constă în nereuşita obţinerii unui vaccin care să prevină manifestările clinice ale infecţiei; acesta este cel dintâi obstacol major în realizarea unui vaccin pentru ASF. La această primă cerinţă pe care ar trebui să o satisfacă un astfel de produs se adaugă aceea ca suinele vaccinate să nu replice virusul sălbatic în caz de infecţie, prezenţa anticorpilor în populaţia vaccinată să nu reprezinte un factor de presiune asupra selectării de clone virale mai agresive şi/sau care să eludeze răspunsul imun protector instalat după vaccinare, iar anticorpii postvaccinali să poată fi discriminaţi de anticorpii postinfecţioaşi.
La aceste cerinţe majore încearcă să se alinieze toate studiile care au ca obiectiv obţinerea unui vaccin pentru prevenţia ASF.
Ca siguranţă pentru ecosistem, o primă formulă ar fi cea a unui vaccin inactivat. Această cale a fost invalidată în perioada epidemiei din Peninsula Iberică, iar după 2007 a fost investigat numai rolul unor noi molecule inactivante, faţă de virus integral, obţinut prin cultivare în laborator.
Vaccinurile cu virus inactivat
Vaccinurile inactivate au fost o direcţie de cercetare abordată în anii 1960, masa virală folosită fiind constituită din extracte de organe inactivate(8). Astăzi este unanim confirmată particularitatea răspunsului imun umoral faţă de virusul ASF (ASFv), respectiv faptul că anticorpii anti-ASFV nu neutralizează ASFv, în sensul clasic, care presupune inhibarea replicării virale(11). Porcii imunizaţi cu vaccinuri inactivate şi supuşi infecţiei de control au prezentat o viremie redusă, lezarea splinei a fost diminuată, majoritatea au supravieţuit infecţiei de control cu tulpina homoloagă, dar nu şi faţă de tulpina heterologă, la fel ca în cazul studiilor contemporane, realizate cu vaccinuri de altă concepţie, nu inactivate(2).
Vaccinurile cu tulpini vii atenuate (LAVs)
Experienţa acumulată în realizarea şi utilizarea vaccinurilor de uz veterinar demonstrează că, sub aspectul efectului protector indus şi al duratei răspunsului imun protector, vaccinurile produse cu tulpini vii atenuate s-au dovedit a da cele mai bune rezultate, aplicate în contextul epidemiologic adecvat, cu potenţialele efecte nedorite asociate utilizării lor (prezenţa animalelor care dezvoltă forme cronice, infecţie persistentă cu tulpina sălbatică etc.).
Pentru producerea de vaccinuri vii atenuate au fost testate şi tulpini atenuate spontan, slab patogene, precum tulpini izolate de la căpuşe sau porci cu infecţie cronică (OURT88/3, NH/P68 şi Lv17/WB/Rie1); vaccinul preparat a protejat faţă de tulpina omoloagă, dar rata protecţiei nu a fost satisfăcătoare în raport cu diferenţele individuale, doza vaccinală şi cea infectantă(6).
Un rezultat promiţător este comunicat de o echipă franceză, care în cursul unei încercări de inactivare termică a tulpinii Georgia 2007, a generat o tulpină atenuată, ASFV-989. Genomul tulpinii astfel obţinute prezintă o deleţie spontană de 7458 de nucleotide la nivelul familiilor multigenice MGF 505/360, particularitate care o recomandă pentru utilizarea într‑un sistem DIVA PCR. Tulpina ASFV-989 a putut fi replicată în macrofage alveolare porcine, cu acelaşi randament ca şi tulpina parentală, iar în studiile in vivo porcii SPF (specific pathogn free) inoculaţi cu tulpina ASFV-989 (intramuscular sau oronazal) au manifestat hipertermie tranzitorie, viremie de 100 până la 1000 de ori mai mică decât cele infectate cu tulpina parentală, au dezvoltat rapid răspuns imun umoral şi celular, dar au înregistrat o uşoară scădere a performanţelor de creştere. Aceşti porci, supuşi infecţiei de control cu tulpina parentală, nu au manifestat simptome, autorii recomandând-o drept „candidat promiţător” ca tulpină vaccinală(5).
O altă tulpină, atenuată natural, Lv17/WB/Rie1, a conferit la porcii domestici protecţie solidă faţă de infecţia de control. Experimentele ulterioare au demonstrat că această tulpină ar putea fi un potenţial candidat pentru imunizarea mistreţilor prin administrare orală(1). Cu toate acestea, autorii consideră imperativă evaluarea siguranţei administrării repetate, a supradozelor, a stabilităţii genetice a vaccinului candidat şi a caracterizării animalelor cu excreţie pe termen lung. Acest potenţial vaccin este unul dintre vaccinurile evaluate în proiectul european denumit VACDIVA (H2020 Gran ID: 862874).
Vaccinuri obţinute prin tehnici de inginerie genetică
Cele mai multe cercetări au fost şi sunt desfăşurate în direcţia obţinerii de tulpini vaccinale prin tehnici de inginerie genetică aplicate asupra diferitelor izolate. Obiectivul acestor manipulări genetice a fost de a obţine o tulpină atenuată ca patogenitate, care să îşi păstreze imunogenitatea şi să inducă efect imun protector, ideal şi faţă de tulpini heterologe, să limiteze replicarea tulpinii sălbatice la subiecţii infectaţi, să fie stabilă genetic şi să poată fi replicată in vivo. O astfel de tulpină ar permite şi asocierea cu o tehnică DIVA PCR.
Diferite echipe au lucrat asupra unor tulpini înalt patogene prin eliminarea/deleţia uneia sau mai multor gene asociate cu patogenitatea(12).
Aceste studii au trebuit să depăşească limitările generate de caracteristicile ASFV, caracteristici care determină calităţile răspunsului imun indus, în raport cu răspunsul protector. Dintre acestea, talia genomului ASFV, genom mare, de 170-193 kbp, cunoştinţele insuficiente referitoare la determinanţii genetici ai virulenţei şi protecţia imună, cunoştinţele incomplete referitoare la interacţiunile virusului cu gazda şi a celor referitoare la mecanismul protecţiei imune, amplificate de variaţia genetică a izolatelor şi a protecţiei încrucişate între acestea, sunt datele care lipsesc şi împiedică sau întârzie rezultatul aşteptat, respectiv obţinerea unui vaccin sigur şi eficient.
Variaţia genetică între genomurile ASFV rezultă în principal din prezenţa unui număr diferit de gene în familiile multigenice (MGF) în regiunile stânga şi dreapta, regiuni înalt variabile (LVR şi, respectiv, RVR), cu multe funcţii încă necunoscute. Studii anterioare au sugerat că genele din MGF360, MGF505 şi CD2v sunt factori importanţi de virulenţă ai tulpinilor de genotip II foarte virulente, izolate în Georgia în 2007.
Ca opţiune de interes pentru controlul ASF se studiază mai mulţi factori de virulenţă, pentru identificarea/construcţia unei tulpini vaccinale vii atenuate (MLV). Recent, Liu et al.(9) au identificat gena I73R ca fiind asociată cu virulenţa ASFV: deleţia acestei gene, care suprimă răspunsul imun înnăscut al gazdei şi promovează replicarea virală, a fost propusă ca un potenţial candidat MLV. Genele din familia MGF360-9 L au fost, de asemenea, identificate ca având rol de factor major de virulenţă care antagonizează calea JAK/STAT, în timp ce F317L inhibă activarea NF-kB, ceea ce este asociat cu strategia ASFV pentru a evita răspunsul imun al gazdei şi a favoriza replicarea virală, prin reducerea sintezei citokinelor proinflamatorii. Au fost deletate diferite gene din izolatele virulente ASFV pentru a identifica factorii de virulenţă şi pentru a testa tulpinile astfel atenuate prin inginerie genetică ca potenţiali candidaţi ca tulpină vaccinală.
S-a demonstrat că gena timidinkinazei (TK) este implicată în virulenţa ASFV, iar eliminarea acesteia a dus la o replicare redusă în cultura de macrofage primare şi la absenţa bolii clinice la porcii infectaţi experimental, dar nu a indus şi protecţie faţă de infecţia de control cu izolatul parental ASFV(10).
I267L este un alt factor important de virulenţă, care inhibă imunitatea înnăscută mediată de polimeraza III-RIG-I. Deleţia H240R sau E184L, de asemenea, a redus parţial virulenţa tulpinilor obţinute. Tulpinile extrem de virulente cu deleţii în DP148R, DP71L şi DP96R, de asemenea, şi-au atenuat substanţial virulenţa pentru porc. Numai că toate aceste tulpini deletate, utilizate pentru a obţine un vaccin, au indus un grad limitat de protecţie chiar şi numai faţă de tulpina parentală.
A fost dezvoltat un vaccin cu o tulpină modificată prin deleţia genei I177L, obţinându-se imunitate sterilă la doze medii sau mai mari şi protejând porcii faţă de tulpinile virulente care circulă în Eurasia, iar acest vaccin a fost autorizat pentru utilizare în Vietnam împreună cu un alt vaccin obţinut dintr-o tulpină cu o deleţie a unei MGF(3,4).
În China, în 2021, la trei ani după prima raportare a unei tulpini de genotip II asemănătoare celei izolate în Georgia în 2007, a fost identificată o tulpină ASFV de genotip I, cu virulenţă scăzută, dar transmisibilitate eficientă, care a generat infecţii cronice, asemănătoare izolatelor atenuate NH/P68 şi OURT88/3 din Portugalia anilor 1960. Identificarea recombinanţilor AFSV de genotip I şi II în China în 2021 reprezintă o nouă provocare pentru realizarea vaccinurilor, deoarece unele vaccinuri atenuate recombinante, folosind genotipul II, au demonstrat o bună protecţie împotriva izolatelor de genotip II, dar nu şi împotriva tulpinilor virulente recombinante de genotip I/II(13). Vaccinurile subunitare, cu ARNm, ADN sau cu vector viral, nu au oferit nici ele o protecţie eficientă şi fiabilă, doar câteva rapoarte indicând o oarecare protecţie faţă de infecţia de control: numai unul dintre acestea, conţinând opt antigene diferite ale ASFV, a generat o protecţie de 100% după infecţia de control realizată cu o tulpină moderat virulentă(7).
Cercetătorii chinezi apreciază că vaccinul pentru ASF este, şi va fi întotdeauna, strategia esenţială şi cel mai bun vehicul pentru prevenirea şi controlul bolii. Cercetările viitoare privind virusul ASFV şi genomica funcţională se vor axa pe subiecte precum structura şi funcţia proteinelor, mecanismele de infecţie şi imunitate, identificarea unor antigene protectoare suplimentare şi imunogene, ţinte pentru vaccinuri care să stimuleze protecţia imunitară şi testarea completă pe animale-ţintă. Siguranţa administrării şi protecţia încrucişată(12) sunt criterii pe care potenţialul vaccin trebuie să le îndeplinească cu prioritate.
Autori pentru corespondenţă: Diana Şerbănescu E-mail: dianas95@yahoo.com
CONFLICT OF INTEREST: none declared.
FINANCIAL SUPPORT: none declared.
This work is permanently accessible online free of charge and published under the CC-BY.
Bibliografie
-
Barasona JA, Gallardo C, Cadenas-Fernández E, Jurado C, Rivera B, Rodríguez-Bertos A, Arias M, Sánchez-Vizcaíno JM. First Oral Vaccination of Eurasian Wild Boar Against African Swine Fever Virus Genotype II. Front Vet Sci. 2019 Apr 26;6:137. doi: 10.3389/fvets.2019.00137.
-
Bommeli W, Kihm U, Ehrensperger F. (1981). Preliminary study on immunization of pigs against African swine fever. In Proceedings of the CEC/FAO Research Seminar Held in Sassari, Sardinia, Italy, 23–25 September 1981. https://agris.fao.org/agris-search/search.do?recordID=XF8224647.
-
Borca MV, Ramirez-Medina E, Silva E, Vuono E, Rai A, Pruitt S, Espinoza N, Velazquez-Salinas L, Gay CG, Gladue DP. ASFV-G-∆I177L as an Effective Oral Nasal Vaccine against the Eurasia Strain of Africa Swine Fever. Viruses. 2021 Apr 27;13(5):765. doi: 10.3390/v13050765.
-
Borca MV, Ramirez-Medina E, Silva E, Vuono E, Rai A, Pruitt S, Holinka LG, Velazquez-Salinas L, Zhu J, Gladue DP. Development of a Highly Effective African Swine Fever Virus Vaccine by Deletion of the I177L Gene Results in Sterile Immunity against the Current Epidemic Eurasia Strain. J Virol. 2020 Mar 17;94(7):e02017-19. doi: 10.1128/JVI.02017-19.
-
Bourry O, Hutet E, Le Dimna M, Lucas P, Blanchard Y, Chastagner A, Paboeuf F, Le Potier MF. Oronasal or Intramuscular Immunization with a Thermo-Attenuated ASFV Strain Provides Full Clinical Protection against Georgia 2007/1 Challenge. Viruses. 2022 Dec 13;14(12):2777. doi: 10.3390/v14122777.
-
Chen W, Zhao D, He X, Liu R, Wang Z, Zhang X, Li F, Shan D, Chen H, Zhang J, Wang L, Wen Z, Wang X, Guan Y, Liu J, Bu Z. A seven-gene-deleted African swine fever virus is safe and effective as a live attenuated vaccine in pigs. Sci China Life Sci. 2020 May;63(5):623-634. doi: 10.1007/s11427-020-1657-9.
-
Goatley LC, Reis AL, Portugal R, Goldswain H, Shimmon GL, Hargreaves Z, Ho CS, Montoya M, Sánchez-Cordón PJ, Taylor G, Dixon LK, Netherton CL. A Pool of Eight Virally Vectored African Swine Fever Antigens Protect Pigs Against Fatal Disease. Vaccines (Basel). 2020 May 18;8(2):234. doi: 10.3390/vaccines8020234.
-
Hess WR. African swine fever virus. Virol Monogr. 1971;9:1-33. doi: 10.1007/978-3-7091-3987-5_1.
-
Liu L, Wang X, Mao R, Zhou Y, Yin J, Sun Y, Yin X. Research progress on live attenuated vaccine against African swine fever virus. Microb Pathog. 2021 Sep;158:105024. doi: 10.1016/j.micpath.2021.105024.
-
Sanford B, Holinka LG, O’Donnell V, Krug PW, Carlson J, Alfano M, Carrillo C, Wu P, Lowe A, Risatti GR, Gladue DP, Borca MV. Deletion of the thymidine kinase gene induces complete attenuation of the Georgia isolate of African swine fever virus. Virus Res. 2016 Feb 2;213:165-171. doi: 10.1016/j.virusres.2015.12.002.
-
Walczak M, Juszkiewicz M, Szymankiewicz K, Szczotka-Bochniarz A, Woźniakowski G. ASF -survivors’ Sera Do Not Inhibit African Swine Fever Virus Replication in Vitro. J Vet Res. 2022 Mar 25;66(1):21-27. doi: 10.2478/jvetres-2022-0016.
-
Zhang H, Zhao S, Zhang H, Qin Z, Shan H, Cai X. Vaccines for African swine fever: an update. Front Microbiol. 2023 Apr 27;14:1139494. doi: 10.3389/fmicb.2023.1139494.
-
Zhao D, Sun E, Huang L, Ding L, Zhu Y, Zhang J, Shen D, Zhang X, Zhang Z, Ren T, Wang W, Li F, He X, Bu Z. Highly lethal genotype I and II recombinant African swine fever viruses detected in pigs. Nat Commun. 2023 May 29;14(1):3096. doi: 10.1038/s41467-023-38868-w.