Development of a DIVA vaccine against Salmonella Typhimurium infection

Salmonella (S.) Typhimurium ist unter dem Gesichtspunkt des Verbraucherschutzes einer der wichtigsten Erreger von Zoonosen weltweit und in der Schweineindustrie das vorherrschende Serovar. Das vermehrte Auftreten multi-resistenter Erreger, (zumeist Phagentyp DT104) führte 1998 zur Verabschiedung der „Leitlinien für ein Programm zur Reduzierung des Eintrags von Salmonellen durch Schlachtschweine in die Fleischgewinnung“. Hiermit verbunden war die Einrichtung eines serologischen Überwachungssystems auf Fleischsaft-Basis, durch das Schweine-produzierende Betriebe nach Seroprävalenz in drei Kategorien eingeteilt werden. Betriebe mit hoher Seroprävalenz müssen veterinärmedizinisch begleitete Maßnahmen ergreifen, um ihren Salmonellenstatus zu verbessern. Die Impfung von Absatzferkeln mit der Lebend-Vakzine Salmoporc® führt zu einer deutlichen Minderung der Kolonisierung des porcinen Intestinaltrakts und könnte ein wirksames Mittel zur Reduktion des Salmonelleneintrags sein, sofern der Impfstamm serologisch von virulenten Feldstämmen unterscheidbar wäre. Ein solcher Impfstoff, der aufgrund eines Negativmarkers (also des Fehlens eines immunogenen Bestandteils im Erreger) die Unterscheidung von geimpften und infizierten Tieren erlaubt, wird als DIVA Vakzine (Differentiating Infected from Vaccinated Animals) bezeichnet. In der vorliegenden Arbeit wurde auf der Basis des zugelassenen Impfstoffes Salmoporc® durch genomischen Austausch ein derartiger DIVA Impfstoff konstruiert. Als geeigneter Negativmarker wurde durch zweidimensionale Gelelektrophorese mit nachfolgendem Western Blot und Massenspektrometrie das immunogene Porin OmpD, ein prominentes Protein der äußeren Membran, identifiziert. Das für dieses Protein kodierende Gen wurde anschließend aus dem Chromosom des Salmoporc® Impfstoffes deletiert. Die ompD defiziente Mutante zeigte, abgesehen von der Markerfunktion, keine signifikanten Unterschiede zum Ausgangsstamm - weder in der Virulenzprüfung in Balb/c Mäusen noch in der Prüfung der protektiven Eigenschaften im Belastungsversuch im Schwein. Zu einem DIVA Impfstoff gehört immer ein diagnostisches Testsystem zur Unterscheidung des Impfstammes von Feldstämmen. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei ELISA-basierte Systeme entwickelt, die es ermöglichen, Antikörper gegen das OmpD Protein nachzuweisen. Das erste System, das auf dem kompletten rekombinanten Protein basierte, ließ keine ausreichende Diskriminierung zu (mangelnde Spezifität). Daraufhin wurde eine Epitopanalyse mithilfe von Peptidarrays durchgeführt. Eines von vier auf diese Weise identifizierten kontinuierlichen immunogenen Epitopen zeigte eine ausreichende Diskriminierung in der Reaktion mit Seren von geimpften und infizierten Tieren. Der im Rahmen dieser Arbeit entwickelte DIVA Impfstamm bietet - in Verbindung mit dem ebenfalls entwickelten ELISA-Testsystem - erstmalig die Möglichkeit, den Salmonellenstatus in Schweinebeständen durch Impfung der Tiere nachhaltig zu verbessern ohne dass die Gefahr einer impfungsbedingten Erhöhung der Seroprävalenz besteht.