Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Li Li

Interference of infectious bursal disease virus with the development of the gut-associated immune system and the establishment of the gut microbiota

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95- 110675

title (ger.)

Einfluss des Infektiösen Bursitis Virus auf die Entwicklung des Darm-assoziierten Immunsystems und die Darmmikroflora

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2017

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/lil_ws17.pdf

abstract (deutsch)

Das Infektiöse Bursitis Virus (IBDV) ist ein immunsuppressives Virus junger Hühner, welches zu hohen Morbiditäts-und Mortalitätsraten in empfänglichen Tieren führen kann. Aufgrund der immunsuppressiven Eigenschaften des Virus können Sekundärerreger in den Wirt eindringen, was darauf folgend zu einer Verschlechterung der Erkrankung und zu wirtschaftlichen Verlusten führen kann. Untersuchungen zur IBDV-Pathogenese konzentrierten sich hauptsächlich auf die primären Lymphorgane. Jedoch wurden bis jetzt weder der Einfluss des hochvirulenten (vv) IBD Virus auf das Darm-assoziierte lymphatische Gewebe (gut-associated lymphoid tissue, GALT) noch auf die Zusammensetzung der Darmflora untersucht. Der erste Arbeitsansatz der These war, den Einfluss des vvIBDV auf das GALT und die Zusammensetzung der Darmmikroflora zu untersuchen. Unterschiedliche Immunparameter des GALT unter Einschluss der Bursa Fabricii (BF), Zäkaltonsillen (ZT) und Zäkum wurden näher betrachtet. Die Zusammensetzung der Darmmikroflora wurde im Zäkuminhalt bestimmt, da das Zäkum im Vergleich zu anderen Darmabschnitten eine vielfältigere, mikrobielle Flora besitzt und anatomisch mit den Zäkaltonsillen zusammenhängt. Am 15. (Versuch 1) oder 14. Tag (Versuch 2) nach dem Schlupf wurden Broiler mit vvIBDV inokuliert, als die maternalen Antikörper unter dem Durchbruchtiter des Virus lagen. Virus-Antigen-positive Zellen wurden in der BF, in den ZT und im Zäkum detektiert. VvIBDV-inokulierte Hühner zeigten eine signifikant höhere Anzahl an CD4+ und CD8ß+ Lymphozyten in der Lamina Propria (LPL) und eine Reduktion der Anzahl an B-Zellen in der BF, ZT und Zäkum im Vergleich zu Virus-freien Kontroll-Tieren (P < 0.05). Außerdem führte die IBDV Infektion zur Reduktion der Anzahl an Mastzellen, IgA+ und auch CD4+ und CD8ß+ intraepithelialen Lymphozyten (IEL) im Zäkum im Vergleich zu Virus-freien Kontroll-Tieren. Die vvIBDV Infektion führte zu einer Veränderung der Zusammensetzung der Darmmikroflora im Zäkuminhalt. Diese Studie bestätigt den immunsuppressiven Effekt des vvIBDV auf das GALT, und zum ersten Mal wurde ein modulatorischer Effekt des vvIBD Virus auf die Darmmikroflora gezeigt. Diese Veränderungen könnten Pathogenen ermöglichen, IBDV-infizierte Hühner zu besiedeln und schließlich die muko-intestinale Barriere zu überwinden.

Der Arbeitsansatz der Studie 2 war, die Auswirkungen des vvIBDV auf potentielle, sekundäre Pathogene im Darm zu untersuchen. Wir wählten Campylobacter jejuni (C. jejuni) aus, um dieser Frage auf den Grund zu gehen, da C. jejuni in gesunden Vögeln als Kommensale gilt und Studien gezeigt haben, dass er Läsionen induzieren und zu einer Erkrankung führen kann. Am 14. Tag nach dem Schlupf wurden Broiler mit vvIBDV infiziert, als die maternalen Antikörper unter dem Durchbruchtiter des Virus lagen. An 7 (Experiment A) oder 9 (Experiment B) Tagen nach der IBDV Infektion wurden die Tiere mit C. jejuni inokuliert. Das C. jejuni Kolonisationsmuster zwischen mono-infizierten Gruppen beider Experimente war vergleichbar, aber es unterschied sich zwischen vvIBDV und C. jejuni ko-inokulierten Gruppen. In Experiment A wurde eine signifikant höhere Zahl Kolonie-bildender Einheiten (CFU) C. jejuni im Zäkum ko-inokulierter Tiere im Vergleich zu mono-inokulierten Tieren in der frühen Phase nach bakterieller Infektion gefunden. In Experiment B wurde die Ausscheidungsphase in der ko-inokulierten Gruppe mit signifikant höheren CFU am 21. Tag nach bakterieller Infektion beeinflusst. Die vvIBDV Infektion führte zu einem Rückgang an B Zellen in der Lamina Propria, der Expression von IgA-mRNA und der anti-C. jejuni Antikörperantwort ab dem 14. Tag nach bakterieller Infektion. Außerdem beeinflussten beide Pathogene die Zusammensetzung der Darmmikroflora.

Insgesamt zeigen diese Untersuchungen, dass vvIBDV einen signifikanten Einfluss auf das darm-assoziierte lymphatische Gewebe hatte und zu Veränderungen der Zusammensetzung der Darmmikroflora führte. vvIBDV induzierte eine systemische und lokale Immunsuppression, welche das Kolonisationsmuster von C. jejuni beeinflusste. Es kann spekuliert werden, dass die humorale Immunität eine wichtige Rolle vor allem während der Kontrolle der späten Ausscheidungsphase von C. jejuni spielt. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen nicht nur einen möglichen Zusammenhang oder ein mögliches Zusammenspiel zwischen einer IBDV-Infektion und der Entwicklung des GALT, sondern auch mit der Darmmikroflora. Die Pathogenese einer C. jejuni Infektion beim Geflügel besser zu verstehen, ist von entscheidender Bedeutung, um Kontrollmaßnahmen zu verbessern und damit das öffentliche Gesundheitsrisiko zu reduzieren. Da Broiler eine der Haupteintragsquellen für eine lebensmittelbedingte C. jejuni Infektion beim Menschen darstellen, gehen wir davon aus, dass eine stärkere Überwachung immunsuppressiver Erreger, wie beispielsweise IBDV bei Hühnern, nützlich in Hinblick auf eine bessere Kontrolle von Campylobacter Infektionen bei Verbrauchern sein kann.

abstract (englisch)

Infectious bursal disease (IBD) is an acute, highly contagious and immunosuppressive poultry disease. IBD virus (IBDV) is the causative agent, which may lead to high morbidity and mortality rates in susceptible birds. IBDV-pathogenesis studies have focused mainly on primary lymphoid organs. It is not known if IBDV infection may modify the development of the gut associated lymphoid tissues (GALT) as well as the microbiota composition. The aim of the present study was to investigate the effects of IBDV-infection on the bursa of Fabricius (BF), caecal tonsils (CT) and caecum, and to determine the effects on the gut microbiota composition in the caecum. Commercial broiler chickens were inoculated with a very virulent (vv) strain of IBDV at 14 (Experiment 2) or 15 (Experiment 1) days post hatch (dph). Virus replication, lesion development, immune parameters including numbers of T and B-lymphocytes, macrophage, as well as the gut microbiota composition were compared between groups. Rapid IBDV-replication was detected in the BF, CT and caecum, and accompanied with histological lesions including an infiltration of heterophils and a significant reduction in the total mucosal thickness of the caecum were observed in vvIBDV-infected birds. vvIBDV infection led to a significant increase in T lymphocyte number and macrophages, and a decrease in the number of B lymphocytes compared to virus-free controls. Ilumina sequencing analysis indicated that vvIBDV infection also led to changes in the abundance of Clostridium XIVa and Faecalibacterium over time. Overall, our results suggested that vvIBDV infection had a significant impact on the GALT and led to a modulation of gut microbiota composition, which may led to a higher susceptibility of affected birds for pathogens invading through the gut.

 

2.     INFECTIOUS BURSAL DISEASE VIRUS INOCULATION MODIFIES CAMPYLOBACTER JEJUNI-HOST INTERACTION IN BROILERS

Campylobacter jejuni (C.jejuni) is considered as a chicken commensal. The gut microbiota and the immune status of host may affect its colonization. Infectious bursal disease virus (IBDV) is an immunosuppressive virus of chickens, which allows secondary pathogens to invade or exacerbate their pathogenesis. To investigate the effect of IBDV-induced immunosuppression on the pathogenesis of C. jejuni, broiler chickens were inoculated with a very virulent (vv) strain of IBDV at 14 days post hatch followed by C. jejuni inoculation at seven (experiment A) or nine (experiment B) days post IBDV infection. The C. jejuni-colonization pattern was comparable between mono-inoculated groups of both experiments, but it varied for vvIBDV + C. jejuni co-inoculated groups. The timing between viral and bacterial infection might affect the outcome of C. jejuni colonization differently. In experiment A significant higher numbers of colony forming units (CFU) of C. jejuni were detected in caecum of co-inoculated compared to C. jejuni-mono-inoculated birds in the early phase post bacterial inoculation (pbi). In experiment B the clearance phase was affected in the co-inoculated group with significantly higher CFU at 21 days pbi (P < 0.05). vvIBDV-infection led to a depression in lamina propria B cell numbers, total bursal IgA-mRNA expression, and the anti-C. jejuni-antibody response starting at 14 days pbi. Both pathogens affected the microbiota composition. Overall, we speculate that humoral immunity may play an important role especially during the bacterial clearance phase. No major differences were seen in local T lymphocyte populations between C. jejuni-inoculated groups. Interestingly, both pathogens affected the microbiota composition.

keywords

infectious bursal disease virus, gut-associated immune system, immune cells, gut microbiota composition, Darmmikroflora, inefe ktiöser Bursitis Virus, Darm-assoziierten Immunsystem

kb

1.482