Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Streptococcus-suis-Serotyp-9-Ganzzellvakzine

Büttner, Nadine

Streptococcus suis is an important pathogen in the pig industry causing severe economic losses due to meningitis, arthritis, septicemia and serositis. As zoonotic pathogen S. suis is very important in humans working with porc. In some Asian countries S. suis serotype 2 is among the most important bacterial agents causing meningitis in adults. Thirty-five different serotypes of S. suis have been described so far which differ in their capsular polysaccharides. In Europe, serotypes 2 and 9 are predominant among invasive isolates of piglets. A vaccine against S. suis is not licensed in Europe. Autogenous vaccines are therefore commonly used. The objectives of this study were to analyse i) the immunogenicity and protective efficacy of a serotype 9 bacterin, ii) the immunogenicity of a serotype 2 and 9 combined bacterin applied with different adjuvants and iii) the immunogenicity and protective efficacy of a serotype 2 capsular polysaccharide conjugate vaccine. In the first part of this study a bacterin comprised of a serotype 9 strain belonging to the important clonal complex 16 was analysed. The humoral immune response of pigs was explored quantitatively by ELISA and functionally by testing opsonophagocytosis. It was shown that immunized piglets developed antibodies against muraminidase-released protein (MRP) and against basic membrane lipoprotein. A weak but significant induction of opsonising antibodies was detected against the challenge strain. Immunisation with the serotype 9 bacterin elicited protection against mortality but not against morbidity upon challenge with a different serotype 9 strain belonging to the same clonal complex. Noteworthy, the challenge strain showed persistence in inner organs of some immunised animals, e.g. in inflammatory lesions of heart valves. The humoral immune response against a bacterin combining S. suis serotypes 2 and 9 applied with different adjuvants was evaluated in the second part of this study. Furthermore the immunogenicity of a combined bacterin was compared to that of the respective monovalent vaccines. The most prominent seroconversion against MRP was observed in piglets treated with the bacterins including the adjuvants Emulsigen or Montamide IMS. However, none of the tested combined bacterins including different adjuvants elicited opsonising antibodies after two applications. In the following immunisation experiment a serotypes 2 and 9 combined bacterin, a serotype 2 bacterin and a serotype 9 bacterin were comparatively evaluated in pigs (including the adjuvant Emulsigen). In none of these groups opsonising antibodies were induced after two applications of the respective bacterin, neither against serotype 9 nor against serotype 2. Upon a third immunisation with the combined bacterin piglets developed opsonising antibodies against serotype 2 but not against serotype 9. Additionally a S. suis serotype 2 capsular conjugate vaccine was generated and tested in pigs. Serotype 2 capsular polysaccharides were purified and conjugated to bovine serum albumin (BSA) as a carrier protein. Immunisation with this capsular conjugate vaccine was not sufficient to protect animals upon homologous challenge. As a significant IgG seroconversion against serotype 2 capsular polysaccharides was not observed in contrast to a previous experiment, insufficiency of conjugation and contamination of the vaccine with unconjugated capsule polysaccharides and BSA are discussed as possible problems. The main conclusion of this study is that immunisation of weaning piglets with a S. suis serotype 9 bacterin elicited a comparatively low level of protection and immune response. Immunisation reduced mortality, but not morbidity and persisting infections. Protection was associated with low titers of opsonizing antibodies against a different S. suis serotype 9 strain belonging to the same clonal complex. The development of a combined serotypes 2 and 9 bacterin awaits further improvement studies.

Streptococcus (S.) suis ist in der Schweineindustrie ein bedeutender Krankheitserreger, der durch Meningitiden, Arthritiden, Septikämien und Serositiden hohe wirtschaftliche Verluste verursacht. Als Zoonoseerreger besitzt S. suis vor allem bei den Menschen eine große Bedeutung, die Schweinefleisch verarbeiten. In einigen asiatischen Ländern gehört S.-suis-Serotyp-2 zu den wichtigsten bakteriellen Meningitiserregern des erwachsenen Menschen. Es wurden bislang 35 Serotypen von S. suis beschrieben, die sich auf Grund von Unterschieden im Aufbau ihrer Polysaccharidkapsel differenzieren lassen. In Europa sind vor allem die Serotypen 2 und 9 an Erkrankungen bei Schweinen beteiligt. Ein Impfstoff gegen S. suis ist hier nicht zugelassen, so dass oftmals bestandsspezifische Vakzine eingesetzt werden. In dieser Arbeit sollte i) die immunogene und protektive Wirkung einer Serotyp-9-Ganzzellvakzine, ii) die immunogene Wirkung von Serotyp-2- und 9-Kombinationsvakzinen versetzt mit unterschiedlichen Adjuvantien sowie (iii) die immunogene und protektive Wirkung einer Serotyp-2-Kapselkonjugatvakzine untersucht werden. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde eine Ganzzellmonovakzine auf der Grundlage eines Serotyp-9-Stammes des wichtigen klonalen Komplexes 16 untersucht. Die humorale Immunantwort von Schweinen wurde quantitativ im ELISA und funktionell im Opsonophagozytosetest erfasst. Es konnte gezeigt werden, dass die immunisierten Versuchsschweine sowohl gegen das muramidase-released protein (MRP) als auch gegen das basic membrane lipoprotein serokonvertierten. Weiterhin konnte eine schwache, aber signifikante Induktion von opsonisierenden Antikörpern gegen den Belastungsstamm festgestellt werden. Mit der Serotyp-9-Ganzzellvakzine wurde ein Schutz vor Mortalität, jedoch nicht vor Morbidität, in Folge einer Belastung mit einem anderen Serotyp-9-Stamm aus demselben klonalen Komplex erzielt. Auffallend war die Persistenz des Belastungsstammes in inneren Organen der immunisierten Tiere, beispielsweise in Entzündungsherden der Herzklappen. Der zweite Teil dieser Arbeit umfasste die Evaluierung der humoralen Immunantwort von Schweinen auf  eine S.-suis-Serotyp-2- und 9-Kombinationsvakzine, der unterschiedliche Adjuvantien zugesetzt wurden. Weiterhin wurde die Immunogenität einer Kombinationsvakzine mit den entsprechenden Monovakzinen verglichen. Für die Impfstoffe, die als Adjuvans Emulsigen und Montanide IMS enthielten, konnte die höchste Serokonversion gegen MRP hervorgerufen werden. Im Adjuvantienversuch konnte aber durch keine Kombinationsvakzine opsonisierende Antikörper induziert werden. Im zweiten Immunisierungsversuch wurde mit einer Kombinationsvakzine, einer Serotyp-2-Ganzzellvakzine und einer Serotyp-9-Ganzzellvakzine unter Verwendung des Adjuvans Emulsigen immunisiert. Es konnten jedoch in keiner Gruppe durch die zweimalige Immunisierung opsonisierende Antikörper induziert werden, weder gegen den Serotyp-2- noch gegen den Serotyp-9-Stamm. Erst nach der dritten Immunisierung hatten die Tiere, die die Kombinationsvakzine erhalten hatten, opsonisierende Antikörper gegen Serotyp 2, nicht aber gegen den Serotyp 9 gebildet. Weiterhin wurde in dieser Arbeit eine S.-suis-Serotyp-2-Kapselpolysaccharidkonjugatvakzine hergestellt und im Tierversuch an Schweinen getestet. Dazu wurden Serotyp-2-Kapselpolysaccharide gereinigt und mit bovinem Serum Albumin (BSA) als Trägerprotein konjugiert. Durch die Immunisierung mit dem Kapselpolysaccharidkonjugat konnte gegenüber einer homologen Belastung keine protektive Wirkung erzielt werden. Da im Gegensatz zu einem Vorversuch auch keine deutliche IgG-Serokonversion gegen die Kapselpolysaccharide detektierbar war, ist zu diskutieren, ob die Konjugation unzureichend war bzw. der Impfstoff zuviel nicht konjugierte Kapselpolysaccharide und BSA enthielt. Die wichtigste Schlussfolgerung dieser Arbeit ist, dass eine zweimalige Immunisierung von Absatzferkeln mit einer S.-suis-Serotyp-9-Ganzzellvakzine mit einer vergleichsweise schwachen protektiven und immunogenen Wirkung einhergeht. Die Versuchstiere waren gegenüber Mortalität, nicht aber Morbidität und persistierenden Infektionen geschützt. Diese Protektion war mit der Induktion niedriger Titer opsonisierender Antikörper assoziiert, die zum Abtöten eines heterologen Serotyp-9-Stammes des selben klonalen Komplexes führten. Für die Entwicklung einer Serotyp-2- und 9-Kombinationsvakzine sind weitere umfangreiche Optimierungsarbeiten notwendig.

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Büttner, Nadine: Streptococcus-suis-Serotyp-9-Ganzzellvakzine. Hannover 2012. Tierärztliche Hochschule.

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