ITEM METADATA RECORD
Title: Development of Subunit Vaccines against Avian Pathogenic Escherichia coli (APEC), based on the F1A and P fimbriae
Other Titles: Ontwikkeling van subeenheidvaccins tegen aviaire pathogene Escherichia coli (APEC), gebaseerd op de F1A- en P-fimbriae
Authors: Vandemaele, Fréderic; M9514141
Issue Date: 13-Jan-2006
Abstract: Aviaire pathogene Escherichia coli (APEC) veroorzaken extra-intest inale infecties in diverse aviaire species. Na een initiële kolonisatie van het ademhalingsstelsel, verspreidt de infectie zich naar de interne organen en manifesteert zich als pericarditis, perihepatitis, peritoniti s, salpingitis en algemene septicemie. APEC-infecties zijn vaak secundai r aan primaire predisponerende factoren zoals virussen, mycoplasma of omgevingsfactoren en zijn verantwoordelijk voor aanzienlijke wereldw ijde verliezen in de pluimvee-industrie ten gevolge van een verhoogde st erfte, lagere eiproductie door leghennen en moederdieren, gereduceerde g roeisnelheid en afkeuring van het vlees. We toonden een aanzienlijk voorkomen aan van APEC-infecties in Belgisch pluimvee, oplopend van 17.7 % tot 38.6 % bij respectievelijk zieke vlees kippen en leghennen. Analyse van de antibioticumresistentie van geïsolee rde APEC-stammen toonde een hoge resistentie aan tegen veelgebruikte vet erinaire antibiotica. Bovendien waren veel stammen resistent tegen meerd ere antibiotica. Deze resultaten benadrukken de behoefte aan effectieve preventieve maatregelen. Het doel van deze doctoraatsthesis is dan ook d e ontwikkeling van breed beschermende vaccins tegen APEC-infecties gebas eerd op de F1A- en P-fimbriële adhesines FimH en PapG, respectievelijk. Een noodzakelijke voorwaarde voor de ontwikkeling van een breed bescherm end FimH vaccin is het geconserveerd karakter van het antigeen FimH. Daa rom bepaalden we de fimH sequenties van 24 APEC-stammen en meervou dige alineëring van de afgeleide eiwitsequenties demonstreerde een hoge graad van conservering (sequenties &gt; 99 % identiek) onder de APEC-stamme n. Verder bepaalden we ook de fimH sequenties van klinische E. coli-isolaten van runderen en varkens en toonden aan dat FimH breed g econserveerd was in E. coli van pluimvee, runderen, varkens en men sen. Sequentie-analyse van de hoofdbouwsteen FimA demonstreerde een ster k variabel karakter, met zes variabele gebieden verspreid in het eiwit. Op basis van deze variabele gebieden konden de APEC-stammen ingedeeld wo rden in drie groepen, onafhankelijk van het serotype van de stam. Dit wi jst op de noodzaak tot een herclassificatie van de F1A fimbriae in drie subtypes. Een tweede vaccinkandidaat is het adhesine van de P fimbriae, PapG, dat voorkomt in drie varianten (PapGI, II en III). Aangezien het voorkomen v an de verschillende papG allelen in APEC-stammen momenteel onbeken d is, werd dit vervolgens onderzocht m.b.v. multiplex PCR. Analyse van 1 96 APEC-stammen uit kippen met colibacillose toonde 21.9 % pap+ st ammen aan en 96.6 % van de pap+ stammen bevatte het papGII a llel. Enkel 3.4 % van de stammen bevatte papGIII en geen enkele st am had papGI. papGII is dus het meest voorkomend allel in AP EC-stammen en PapGII werd dan ook getest als vaccin kandidaat. Verder to onde sequentie-analyse aan dat PapGII en PapGIII van APEC en E. coli< /&gt; van mensen en honden in hoge mate identiek waren. We analyseerden ook het voorkomen van virulentie-geassocieerde factoren tussen E. coli van klinisch-gezonde en colibacillose-aangetaste le ghennen. Er werden geen verschillen waargenomen in het voorkomen van fimH en papC / papG tussen controle- en uitbraakisolaten. Hoewel de combinatie tsh, iss, iucA, iutA en <I &gt;cvaC significant meer voorkwam in uitbraak- dan in controle-isolaten , was geen enkele virulentiefactor enkel in uitbraakisolaten aanwezig. D eze pathogeniciteitseenheid zou echter geassocieerd kunnen zijn met coli bacillose-uitbraken in leghennen. Het suikerbindingsdomein van FimH, FimH156, werd vervolgens tot expressi e gebracht en opgezuiverd via Ni-NTA kolomchromatografie. Verder werd aa ngetoond dat het eiwit biologisch actief is omdat het in staat was te bi nden aan gemannosyleerd BSA. Intramusculaire immunizatie van SPF vleeski ppen met FimH156 resulteerde in een sterke anti-FimH156 serum IgG-respon s en bovendien waren deze anti-FimH156 IgG in staat binding van F1A-posi tieve E. coli aan gemannosyleerd BSA te verhinderen, wat aantoont dat adhesie-inhiberende antistoffen geïnduceerd werden. Er werden echter geen beschermende effecten van FimH156 waargenomen tegen een aërosol AP EC infectie. In een poging een mucosale respons te induceren in het adem halingsstelsel, werd het experiment herhaald met zowel een intramusculai re als intranasale immunizatie met FimH156 in combinatie met het adjuvan s Iscomatrix. Hoewel een goede systemische IgG-immuunrespons werd geïndu ceerd enkel door de intramusculaire immunizatie, leverde geen enkele imm unizatiemethode een IgA-respons in de trachea op. Net als bij het eerste experiment, werd ook hier geen bescherming door FimH156 waargenomen. De ze resultaten benadrukken de noodzaak aan nieuwe adjuvantia of nieuwe va ccinatiestrategieën voor mucosale immunizatie met eiwitten in het ademha lingsstelsel van pluimvee. Bovendien suggereren ze een beperktere rol vo or F1A fimbriae in APEC-infectie, zoals ook aangetoond werd door andere studies. Aangezien geen mucosale immuunrespons bekomen werd in het ademh alingsstelsel, kan FimH niet definitief uitgesloten worden als vaccinkan didaat en zou FimH verder getest moeten worden als mucosale immunizaties trategieën met eiwitten in pluimvee ontwikkeld zijn. We vergeleken vervolgens een systemische toediening (subcutane infectie) met een toediening in het ademhalingsstelsel (intra-luchtzakinfectie) v oor het bepalen van de virulentie van APEC-stammen. Opmerkelijke verschi llen in virulentie werden waargenomen tussen twee APEC-stammen. Aangezie n het intra-luchtzakmodel de invasieve capaciteiten van een APEC-stam me e in rekening brengt, is dit model beter geschikt om meer accuraat de vi rulentie en infectiedosissen te bepalen van APEC-stammen, betrokken in d e studie van virulentiefactoren die actief zijn in het ademhalingsstelse l (trachea, luchtzakken en longen). Deze studie liet ons ook tot de mees t geschikte APEC-stam te bepalen voor intra-luchtzakinfectie in de PapG vaccinatie-experimenten. Gelijkaardig als voor FimH156, werd het suikerbindingsdomein van PapGII, PapGII196, tot expressie gebracht en opgezuiverd via Ni-NTA kolomchroma tografie. De biologische activiteit van het opgezuiverde PapGII196 werd aangetoond door het vermogen te binden aan zijn globoside-receptor. PapG II196 werd vervolgens getest in vaccinatie-experimenten met verschillend e immunizatiemethodes en verschillende infectiemodellen. Directe immuniz atie van SPF-vleeskippen leverde een sterke anti-PapGII196 serum IgG-res pons op. Verder was serum van PapGII196-gevaccineerde kippen, maar niet serum van placebo-gevaccineerde of onbehandelde controlekippen, in staat binding van een P-fimbriae dragende APEC-stam aan humane rode bloedcell en te inhiberen, wat aantoont dat adhesie-inhiberende antistoffen geïndu ceerd werden. De geïmmunizeerde vleeskippen werden geïnfecteerd via aëro sol- of via intra-luchtzakinfectie. Deze laatste infectiemethode inducee rde een sterkere systemisch infectie, met zwaardere letsels aan pericard ium en lever. Er werden echter geen beschermende effecten door PapGII196 waargenomen tegen APEC-infectie in beide infectiemodellen. Als alternat ief werden SPF-moederdieren geïmmuniseerd met PapGII196 en een sterke an ti-PapGII196 serum IgG-respons werd aangetoond in moederdieren en hun éé ndagskuikens. Deze immuunrespons was echter niet in staat de ééndagskuik ens te beschermen tegen APEC-infectie, wat de resultaten van de experime nten op volwassen vleeskippen bevestigt. De resultaten van de vaccinatie-experimenten met FimH156 en PapGII196, s amen met de analyse van het voorkomen van virulentie-geassocieerde facto ren in E. coli bij leghennen, illustreren dat APEC-infectie een mu ltifactoriële gebeurtenis is en dat het blokkeren van één of meerdere vi rulentiefactoren met antilichamen tijdens infectie een verschillend effe ct kan hebben naargelang het voorkomen van bijkomende virulentiefactoren in de APEC-stammen. Bijgevolg zijn subeenheidvaccins misschien niet de ideale aanpak om kippen tegen APEC-infectie te beschermen. Mogelijks kun nen cocktailvaccins van verschillende virulentiefactoren bescherming bie den. Aangezien geen enkele virulentiefactor echter in elke APEC-stam aan wezig is, zou het kunnen dat volledig bescherming door cocktail-subeenhe idvaccins niet bekomen wordt. Geattenueerde levende E. coli vaccin s kunnen een alternatief vormen, aangezien ze een goede, maar beperkte, bescherming bieden tegen APEC-infecties.
Publication status: published
KU Leuven publication type: TH
Appears in Collections:Division of Gene Technology (-)

Files in This Item:

There are no files associated with this item.

Request a copy

 




All items in Lirias are protected by copyright, with all rights reserved.