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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-002107-8

Immunisierung des Geflügels gegen Hochpathogene Aviäre Influenza und Newcastle Disease mit Hilfe rekombinanter Newcastle Disease Viren

  • Die Newcastle Disease (ND) und die hochpathogene aviäre Influenza (HPAI) sind zwei der bedeutendsten Viruserkrankungen des Geflügels. Neben hohen wirtschaftlichen Verlusten stellt besonders das zoonotische Potential des hochpathogenen aviären Influenzavirus (HPAIV) auch eine Gefahr für den Menschen dar. Eine erfolgreiche Prophylaxe erfordert effektive Impfstoffe, die hohe Anforderungen wie die Verträglichkeit in sehr jungen Tieren, Massenapplizierbarkeit, eine sichere und kostengünstige Produktion sowie die Möglichkeit der Differenzierung zwischen infiziertem und vakziniertem Geflügel (DIVA) erfüllen müssen. Replikationsfähige Vektorviren sind dafür besonders geeignet. Mit Hilfe des reversen genetischen Systems konnte ein rekombinantes Newcastle Disease Virus (NDV) generiert werden, welches das Hämagglutinin H5 eines HPAIV exprimiert (rNDVH5Vm). Dieses vermittelt in SPF-Hühnern nach Immunisierung einen bivalenten Schutz vor HPAI und ND, versagt jedoch als Vakzine in Geflügel mit maternalen NDV-Antikörpern (Veits, Wiesner et al. 2006). Aufgrund der flächendeckenden NDV-Impfung in Geflügelbeständen müssen NDV-basierte Vektorvakzinen jedoch die maternale NDV-Immunität überwinden. Ein neuer Ansatz zur Entwicklung eines entsprechenden Vakzinevirus wird in dieser Arbeit gezeigt. Dazu erfolgte ausgehend von rNDVH5Vm die Generierung eines chimären rekombinanten NDV, in welchem die NDV-Oberflächenproteine F und HN durch die des aviären Paramyxovirus-8 (APMV-8) ausgetauscht wurden (chNDVFHNPMV8H5). Nach Generierung der neuen Virusrekombinante wurde sowohl die Expression und Inkorporation der drei Oberflächenproteine F, HN und H5 in das Viruspartikel, als auch eine Replikation zu hohen Endtitern nachgewiesen. Die geringe Virulenz und die damit mögliche Eignung als Vakzinevirus wurde durch einen ICPI von 0,288 bestätigt. Auch die in vivo-Charakterisierung in SPF-Hühnern zeigte eine gute Verträglichkeit, eine lokale Virusreplikation und eine detektierbare Immunantwort gegen APMV-8 und AIV. Drei Wochen nach Vakzinierung ein oder sieben Tage alter Küken, die eine maternale NDV-Immunität aufwiesen, mit chNDVFHNPMV8H5 erfolgte die Infektion mit einer letalen Dosis HPAIV. Es konnte ein vollständiger klinischer Schutz, einhergehend mit einer signifikant verringerten Virusausscheidung im Vergleich zur Kontrollgruppe detektiert werden. Die Vakzinierung mit chNDVFHNPMV8H5 ermöglicht außerdem die DIVA-Diagnostik auf Basis des Nachweises von AIV-NP Antikörpern. Aufgrund der Substitution der Oberflächenproteine des NDV ist chNDVFHNPMV8H5 nicht mehr in der Lage, einen Schutz gegen ND zu vermitteln. Die fehlende Kreuzreaktvität der Antikörper gegen die Oberflächenproteine von NDV und APMV-8 konnte auch in vitro gezeigt werden. Da die ND neben der HPAI einen hohen ökonomischen Stellenwert besitzt, wurde ein kombiniertes Vakzinierungsschema entwickelt, welches Geflügelbestände vor beiden Erkrankungen schützen soll. Dafür wurden ein oder sieben Tage alte, maternale NDV-Antikörper tragende Hühner mit chNDVFHNPMV8H5 und sieben Tage später mit einem lentogenen rekombinanten NDV (rNDVGu) immunisiert. Die Replikation des rNDVGu wurde dabei weder durch chNDVFHNPMV8H5 noch durch die Immunantwort gegen interne NDV-Proteine gestört, so dass beide Vakzinen eine Immunantwort induzierten. Diese vermittelte nach Infektion mit einer letalen Dosis HPAIV oder velogenem NDV einen klinischen Schutz und eine signifikant verringerte Virusausscheidung bei den geimpften Hühnern gegenüber den ungeimpften Kontrolltieren. Dieses erfolgreiche Vakzinierungsschema vereint zudem Massenapplizierbarkeit mit sicherer, kostengünstiger Produktion des Vakzinevirus. Von den bisher beschriebenen zwölf aviären Paramyxoviren ist NDV (APMV-1) aufgrund seiner wirtschaftlichen Bedeutung das am besten charakterisierte. APMV-8 hingegen ist bisher nur wenig untersucht. Um eine APMV-8-Infektion im Huhn zu charakterisieren, wurden drei Wochen alte SPF-Hühner mit APMV-8/goose/Delaware/1053/76 infiziert. Die Tiere zeigten nach Infektion keine klinischen Symptome, aber die Replikation des Erregers konnte bis vier Tage nach Infektion im oberen Respirationstrakt nachgewiesen werden. Sie verursachte jedoch keine histologischen Gewebeveränderungen, was die geringe Pathogenität des Erregers bestätigt. Eine Immunantwort konnte bereits sieben Tage nach Infektion detektiert werden. Um die Schutzwirkung einer APMV-8-Vakzinierung vor einer NDV- und APMV-8-Infektion zu ermitteln, erfolgte drei Wochen nach Immunisierung der Hühner eine Infektion mit homologem APMV-8 oder velogenem NDV. Dabei konnte gezeigt werden, dass nach erneuter APMV-8-Infektion die Virusausscheidung signifikant verringert war, was die Wirksamkeit der induzierten Immunantwort bestätigt. Nach Infektion mit einem velogenen NDV waren jedoch weder hinsichtlich Morbidität und Mortalität, noch Virusausscheidung signifikante Unterschiede zwischen vakzinierten und nicht vakzinierten Tieren nachweisbar. Das macht deutlich, dass eine Immunität gegen APMV-8 die Virusausscheidung nach erneuter APMV-8-Infektion zwar signifikant reduziert, jedoch nicht vor der Infektion mit einer letalen Dosis von velogenem NDV schützt.
  • Newcastle Disease (ND) and highly pathogenic avian Influenza (HPAI) are two of the most important viral diseases of poultry. In addition to huge economic losses, especially highly pathogenic avian Influenza virus (HPAIV) poses a threat to human health by its zoonotic potential. A successful prophylaxis requires effective vaccines, which combine requirements like tolerance in young poultry, mass applicability, safe and cost effective production, as well as differentiation between infected and vaccinated animals (DIVA). Therefore, replicative vector viruses are particularly well suited. With the help of the reverse genetics system, a recombinant Newcastle disease virus (NDV), expressing the hemagglutinin H5 of a HPAIV (rNDVH5Vm) was generated. Immunization of SPF-chickens with rNDVH5Vm conveys a bivalent protection against HPAI and ND, while chickens with maternally derived antibodies against NDV are only inadequate protected (Veits, Wiesner et al. 2006). Due to the comprehensive NDV-vaccination of poultry an NDV based vector vaccine virus has to overcome the presence of maternal derived antibodies. A new approach to overcome NDV-antibodies is shown in this thesis. To this end, a new chimeric recombinant NDV was generated on the basis of rNDVH5Vm, by substitution of NDV proteins F and HN by those of Avian Paramyxovirus 8 (APMV-8) (chNDVFHNPMV8H5). After generation of chNDVFHNPMV8H5, expression and incorporation of the three surface proteins F, HN and H5 in virus particles, as well as the replication to high titers was documented. The low virulence and possible suitability as a vaccine virus was confirmed by an ICPI of 0.288. Furthermore, the in vivo characterization in SPF-chickens showed good tolerability, local replication and detectable immune response against APMV-8 und AIV. After vaccination of one or seven day old chickens carrying maternally derived NDV-antibodies with chNDVFHNPMV8H5 , followed by an infection with a lethal dose of HPAIV three weeks later, clinical protection and significant reduction of viral shedding compared to the control group was detected. Vaccination with chNDVFHNPMV8H5 also allows DIVA-diagnostics based on detection of AIV-NP antibodies. Due to the substitution of the surface proteins of NDV, chNDVFHNPMV8H5 was not able to protect poultry against ND. The lack of cross reacting of antibodies against the surface proteins of NDV und APMV-8 could also be shown by in vitro studies. Therefore, a combined immunization pattern was developed, which should protect poultry against both diseases, by vaccination of one or seven day old chickens carrying maternally derived NDV-antibodies with chNDVFHNPMV8H5, followed by an immunization with lentogenic recombinant NDV (rNDVGu) seven days later. Neither replication of chNDVFHNPMV8H5, nor the immune response against internal NDV proteins interfered with replication of rNDVGu. The immunization protocol induced clinical protection and significant reduction of viral shedding after infection with a lethal dose of HPAIV or velogenic NDV in vaccinated chickens in contrast to unvaccinated control chickens. Furthermore, the successful protocol combines the possibility of mass application with a safe and cost efficient production of the vaccine virus. NDV, also designated APMV-1, is the best characterized avian paramyxovirus of all 12 described avian paramyxoviruses (APMVs). In contrast, APMV-8 is only poorly investigated. To characterize an APMV-8-infection in chickens, three week old SPF chickens were infected with APMV-8/goose/Delaware/1053/76, resulting in no clinical symptoms. Virus replication was detected up to four days after infection in the upper respiratory tract but did not induce histological tissue alterations, confirming low pathogenicity. An immune response was detected already after seven days. To determine the protective efficacy of an APMV-8-vaccination against NDV or APMV-8, an infection with homologous APMV-8 or velogenic NDV was carried out three weeks after vaccination. Thereby, a significant reduction of virus shedding was detected after reapplication of APMV-8, reflecting the efficacy of the induced immunity. In contrast, no significant differences in morbidity and mortality as well as viral shedding between vaccinated and non-vaccinated chickens were detected after infection with velogenic NDV. These results clearly demonstrate, that immunity against APMV-8 reduces viral shedding after second APMV-8 infection, but does not protect against an infection with a lethal dose of velogenic NDV.

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Metadaten
Author: Constanze Steglich
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002107-8
Title Additional (German):Immunisierung des Geflügels gegen Hochpathogene Aviäre Influenza und Newcastle Disease mit Hilfe rekombinanter Newcastle Disease Viren
Title Additional (English):Immunization of poultry against highly pathogenic avian Influenza and Newcastle disease with the help of recombinant Newcastle disease viruses
Advisor:Prof. Dr. Dr. h.c. Thomas C. Mettenleiter
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2014/12/17
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2014/10/29
Release Date:2014/12/17
GND Keyword:Geflügel, Impfstoff, Influenza, Newcastle Disease, Vektorvakzine
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Abteilung für Mikrobiologie und Molekularbiologie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 570 Biowissenschaften; Biologie