Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Comparison of the pathogenesis of infectious bursal disease virus (IBDV) in genetically different chickens after infection with virus strains of different virulence

Aricibasi, Merve

Infectious Bursal Disease (IBD) infections have a significant economic impact on commercial poultry production due to mortality and immunosuppressive effects of the virus. Experimental studies and filed observations indicate that susceptibility to IBDV is influenced by the genetic background of the chicken as well as the virulence of the infecting virus. The goal of this project was to elucidate the pathogenesis of IBDV with respect to variation in virus virulence and genetic background of the chickens. A specific focus was placed on the investigation of innate and acquired immune responses and the role of cytokines, which were speculated to significantly influence the development and outcome of the disease. Three different IBDV strains were investigated in the laboratory model SPF-layers and compared to commercial Ross-type broilers. The clinical signs attributed to IBD and mortality were observed only in SPF-LT chickens after inoculation with virulent (v) and vv (very virulent) IBDV. The severity of clinical signs was comparable after inoculation with vIBDV or vvIBDV in SPF-LT chickens. We observed better modulation of T cells in less susceptible chickens compared to SPF-LT birds. Further studies are needed to give deeper insight into the function of IBDV-specific T cells in IBDV-immunopathogenesis. All infected chickens developed strong inducible nitric oxide synthase (iNOS) expression in the bursa and spleen in parallel with strong circulatory nitric oxide (NO) release. The most susceptible SPF-LT birds showed the highest amounts of serum nitrite concentration. Strikingly, we detected Type I IFN in high levels between 2 to 7 days pi in the most susceptible line. However, bioactive Type I IFN levels did not correlate with the IFN-α mRNA up-regulation in BF. The induction of IFN-α mRNA expression in spleens of SPF-Wh-LT birds correlated with the IFN-bioassay results but this observation was not made for the other genetic backgrounds. The ability of replication in extrabursal tissues of IBDV may have induced the higher levels of circulating Type I IFN. Induction of high mortality rate after infection of susceptible chickens with virulent IBDV may be due to initiation of this systemic cytokine burst by activated immune cells possibly macrophages, which is influenced by the genetoype of the host. The present study shows that susceptible SPF-LT chickens mount early and very strong immune response, which leads to clinical disease and possibly mortality, whereas in more resistant birds the immune response is better modulated. Based on these investigations future studies have to be conducted to explore candidate genes to explain the genetically based differences in IBDV susceptibility.

Infektionen mit dem Virus der Infektiösen Bursitis (IBD) verursachen beträchtliche Schäden in der kommerziellen Tierzucht durch die dadurch verursachten Todesfälle und Schwächung des Immunsystems der Tiere. In Feldstudien wurde beobachtet, dass die Empfindlichkeit gegenüber dem IBDV durch den genetischen Hintergrund der Hühner und die Virulenz des infizierenden Virus beeinflusst wird. Das Ziel dieses Projekts war es, die Pathogenese des IBDV in Bezug auf Stämme von verschiedener Virulenz und hinsichtlich verschiedener Hühnerlinien zu untersuchen. Besondere Aufmerksamkeit wurde auf die spezifische und unspezifische Immunantwort und die Rolle von Zytokinen gelegt, welche wiederum abhängig vom genetischen Hintergrund der Hühner sein könnte. Drei verschiedene IBDV-Stämme wurden anhand von SPF-Legehühnern und kommerziellen Ross-Masthühnern verglichen. Die klinischen Symptome der Infektiösen Bursitis und die Sterblichkeit wurden nur bei SPF-Legehühnern beobachtet, nach der Inokulation mit virulentem (v) und sehr virulentem (vv) IBDV. Die Schwere der klinischen Symptome war vergleichbar nach der Inokulation mit vIBDV und vvIBDV in SPF-Legehühnern. Wir beobachteten eine bessere Modulation der T-Zellen in weniger empfindlichen Hühnern verglichen mit SPF-Legehühnern. Weitere Studien sind notwendig, um tiefere Einsicht in die Funktionsweise der IBDV-spezifischen T-Zellen in der IBDV-Immunopathogenese zu bekommen. Alle infizierten Hühner entwickelten eine ausgeprägte induzierbare Stickstoffmonoxid- Synthase (iNOS) Expression in der bursa Fabricii und Milz, gleichzeitig mit einer starken Freisetzung von zirkulierendem Stickstoffmonoxid (NO). Die empfindlichsten SPF- Legehühner zeigten die höchsten Konzentrationswerte von Serum Nitrite. Interessanterweise fanden wir 2 bis 7 Tage p.i. hohe Mengen Typ I IFN in der empfindlichsten Geflügellinie. Allerdings korrelierten die Mengen bioaktiver Typ I IFN nicht mit den IFN-α mRNA up- regulation in der bursa Fabricii. Die Zuführung von IFN-α mRNA Expression in den Milzen der SPF-Legehühnern korrelierte mit den IFN-Bioassay-Resultaten, aber diese Beobachtung traf nicht für die anderen genetischen Hintergründe zu. Die Fähigkeit des IBDV zur Replikation in extrabursalem Gewebe kann zu dieser Menge an Type I IFN geführt haben. Das Einsetzen der hohen Sterblichkeitsrate nach der Infektion von empfindlichen Hühnern könnte auf die Aktivierung dieses "systemischen Zytokinenschubes" durch aktivierte Immunzellen zurückzuführen sein, möglicherweise Makrophagen, welche vom Genotyp des Wirts beeinflusst sind. Unsere Studie hat nachgewiesen, dass die empfindlichsten SPF-Legehühner eine frühe und sehr starke Immunantwort zeigen, welche zu den klinischen Symptomen und möglicherweise dem Tod führt, während die Immunantwort der widerstandsfähigeren Hühnerlinien besser moduliert. Darauf aufbauend müssen weitere Studien in der Zukunft durchgeführt werden, um Kandidatengene zu identifizieren, welche für die gefundenen Resultate verantwortlich sein könnten.

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Aricibasi, Merve: Comparison of the pathogenesis of infectious bursal disease virus (IBDV) in genetically different chickens after infection with virus strains of different virulence. Hannover 2010. Tierärztliche Hochschule.

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