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Vacunación multiserotipo frente a la Lengua Azul en ovino con vectores virales MVA-NS1

Vacunación multiserotipo frente a la Lengua Azul en ovino con vectores virales MVA-NS1

La Lengua Azul (LA) es una enfermedad transmitida por artrópodos del género Culicoides que afecta a rumiantes1. Esta enfermedad, incluida en la lista de enfermedades de notificación obligatoria de la Organización Mundial de Sanidad Animal (OIE), se caracteriza por un espectro clínico muy variable, incluyendo:

Erosiones y ulceraciones en las membranas mucosas
Edema
Descarga nasal
Fiebre
En ocasiones, cianosis en la lengua (signo que da nombre a la enfermedad)

Las ovejas y algunas especies de rumiantes salvajes como el ciervo de cola blanca (Odocoileus virginianus) son los huéspedes más afectados, mientras que el ganado bovino, caprino y la mayoría de las especies de rumiantes salvajes suelen ser asintomáticos2.

 

BUSCANDO NUEVAS SOLUCIONES PARA HACER FRENTE A UN VIEJO CONOCIDO

El virus de la lengua azul (VLA) pertenece al género Orbivirus (familia Reoviridae). Hasta la fecha se han identificado 29 serotipos diferentes de VLA, clasificándose en:

Típicos (serotipos 1-24)
Atípicos (serotipos 25-27)

Además, recientemente se han descrito dos serotipos más, VLA-28 y VLA-29, muy similares a otros serotipos típicos de VLA (7–9).

Desde 1998, los serotipos 1, 2, 4, 6, 8, 9, 11 y 16 han invadido Europa y otros continentes, con un impacto económico global estimado en ~3 billones de dólares al año3.

Debido a la falta de tratamientos terapéuticos efectivos y a su alto coste económico4,5, la vacunación frente al VLA constituye la medida profiláctica más eficaz y económica para el control de la LA.

Tradicionalmente, las estrategias de vacunación frente a esta enfermedad se han basado en enfoques convencionales, como las vacunas inactivadas o vivas atenuadas.

A pesar de jugar un papel crucial en el control del VLA, estas vacunas presentan varios inconvenientes, entre otros:

Su especificidad de serotipo.
La imposibilidad de distinguir entre animales vacunados e infectados (estrategia DIVA).

La combinación de las dos ramas de la respuesta inmunitaria adaptativa, es decir, la inducción de anticuerpos neutralizantes y de linfocitos T citotóxicos (LTc), es crucial para el desarrollo de una inmunidad protectora y duradera frente al VLA6,7

La proteína no estructural NS1 (Figura 1) es la más expresada durante la infección y actúa como regulador positivo de la síntesis de proteínas virales8,9, por ello, es una diana excepcional para el desarrollo de vacunas frente al VLA.

Esta proteína está altamente conservada entre los 29 serotipos de VLA10 y se ha identificado la presencia de epítopos de células T CD8+ dentro de su secuencia de aminoácidos11,12, esencial para la activación de la anteriormente mencionada respuesta celular citotóxica.

 

CON LA MIRADA PUESTA EN LOS VECTORES VIRALES

La utilización de vectores virales como el virus vaccinia Ankara modificado (MVA) para el desarrollo de vacunas permite la inducción de potentes respuestas de células T frente a múltiples patógenos intracelulares13, estando ampliamente demostrada su eficacia y seguridad frente a múltiples infecciones.

Resultados previos obtenidos en nuestro laboratorio utilizando el modelo animal de laboratorio para VLA, el ratón IFNAR(-/-), muestran que la inmunización con dos dosis de MVA que expresa la proteína NS1 (MVA-NS1) de VLA (Figura 2) induce una respuesta inmunitaria protectora mediada por células T CD8+12.

EVALUACIÓN DE UNA VACUNA BASADA EN EL VECTOR VIRAL MVA QUE EXPRESA LA PROTEINA NS1 DEL VIRUS DE LA LENGUA AZUL EN OVEJAS

Impulsados por la alta eficacia como vacuna de este MVA-NS1 observada en el modelo de ratón frente a múltiples serotipos del virus, en este trabajo se estudió su eficacia en oveja, el hospedador natural más afectado por el VLA.

Dos grupos de tres ovejas churras de 6 meses de edad fueron inmunizados con dos dosis subcutáneas de 108 unidades formadoras de placa (UFP) de MVA-NS1 o MVA (grupo control) por oveja.

La administración de las dos dosis se espació en un período de cuatro semanas (Figura 3), no observándose efectos secundarios en los animales tras la vacunación.

EVALUACIÓN DE LA RESPUESTA INMUNITARIA

Con el fin de determinar si la inmunización con MVA-NS1 inducía una respuesta inmune celular en ovejas igual que la observada en el modelo de ratón:

1. 15 días después de ser administrada la segunda dosis se extrajo sangre de los animales, tanto inmunizados como no inmunizados.

2. Las muestras fueron estimuladas con un cóctel de péptidos de NS1 que mimetizan epítopos de células T CD8+ (p14 (YANATRTFL), p125 (SALVNSERV) y p152 (GQIVNPTFI)) durante 72 h14, con el fin de comprobar que las células inmunitarias respondían de manera activa frente a este antígeno.

3. Mediante un ELISA de captura (Mabtech) se analizó la presencia de interferón gamma (IFN-γ) en el plasma de las muestras re-estimuladas. Los niveles de IFN-γ fueron indetectables en los animales no inmunizados después de la estimulación mientras que, por el contrario, se apreciaron niveles detectables de IFN-γ en el plasma de los animales inmunizados con MVA-NS1 (Gráfica 1).

Este resultado confirma la capacidad de MVA-NS1 para inducir una respuesta inmune celular específica no solo en el modelo de ratón IFNAR(-/-) sino también en oveja, hospedador natural de VLA.

Protección frente al desafío con VLA-4

  MONITORIZACIÓN DE LA TEMPERATURA 

Cuatro semanas después de la última inmunización, las ovejas fueron desafiadas por vía subcutánea con 105 UFP de VLA-4 (cepa MOR2009/09, aislada de sangre de oveja y propagada en células KC de Culicoides, conservando una alta virulencia en ovejas).

La evolución de las temperaturas rectales de los animales del grupo control no inmunizado mostró un aumento de temperatura a partir del quinto día post-infección que duró alrededor de cinco días. Todos los animales alcanzaron temperaturas superiores a 40°C, con picos de hasta 40,6°C.

El aumento de temperatura se retrasó hasta el séptimo día en las ovejas inmunizadas con dos dosis de MVA-NS1, aunque la hipertermia disminuyó al día siguiente, regresando a temperaturas de 39,8°C, inferiores a las de los animales del grupo control no inmunizado (Gráfica 2).

  VIREMIA 

Paralelamente, se recogieron muestras de sangre de los animales desafiados con VLA a los 0, 2, 4, 7, 10, 14 y 21 días post-infección para analizar los niveles de viremia (Figura 6).

El ARN se extrajo a partir de 50 μL de sangre y la viremia se analizó por duplicado por RT-qPCR (específica para el segmento 5 de VLA utilizando los cebadores y la sonda descritos por Toussaint et al.15,16).

Todas las ovejas, control e inmunizadas, mostraron un aumento en sus niveles de viremia entre los días 1 y 4 después del desafío.

Al día 7 se observó el pico de viremia en ambos grupos, aunque en el grupo de animales vacunados el nivel de viremia fue inferior al observado en el grupo de los no vacunados.

Estos picos de viremia coincidían con los picos de temperatura observados en los dos grupos de animales. Además, el nivel de virus en sangre en los días 10 y 15 post-infección fue menor en los animales inmunizados que en los animales no inmunizados, lo que indicaba que la inmunización con MVA-NS1, aunque no elimina completamente la viremia, sí acelera la eliminación del virus tras la infección.

¿Y si se combina con una dosis de adenovirus de chimpancé?

En paralelo a estos estudios de vacunación, se ensayó la combinación de una dosis de adenovirus de chimpancé que expresa la proteína NS1 (ChAdOx1-NS1) seguida de una dosis de refuerzo con MVA-NS117,18.

Los resultados fueron similares en cuanto a inducción de respuesta inmunitaria celular T CD8+, pero la protección frente al VLA fue más eficaz.

La estrategia de vacunación ChAdOx1/MVA-NS1 redujo hasta 100 veces el nivel de virus en sangre de las ovejas inmunizadas, así como la duración de la viremia y la hipertermia tras la infección.

El objetivo de las vacunas basadas en la estimulación de la respuesta inmunitaria celular es la activación de células T CD8+ duraderas con el potencial de reconocer y resolver infecciones19.

Estas vacunas experimentales de nueva generación basadas en vectores virales que expresan la proteína NS1 de VLA se acercan a este objetivo.

Aunque estos resultados allanan el camino para el desarrollo de vacunas multiserotipo frente al VLA en rumiantes, será necesario abordar otras cuestiones, como:

La exploración de nuevos antígenos virales del VLA capaces de activar respuestas inmunitarias amplias.

La evaluación de la eficacia a largo plazo de estos candidatos y su mejora para controlar los títulos de viremia hasta alcanzar niveles lo suficientemente bajos como para evitar la potencial transmisión por las picaduras del vector del VLA.

Agradecimientos

Este trabajo ha sido financiado con el proyecto PID2020- 112992RR-I00 del Ministerio de Ciencia e Innovación. Sergio Utrilla Trigo es receptor de una beca FPI-SGIT del INIA/CSIC.

BIBLIOGRAFIA:

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2. Maclachlan, N. J., Drew, C. P., Darpel, K. E. & Worwa, G. The Pathology and Pathogenesis of Bluetongue. J. Comp. Pathol. 141, 1–16 (2009).

3. Rushton, J. & Lyons, N. Economic impact of Bluetongue: a review of the effects on production. Vet. Ital. 51, 401–406 (2015).

4. Alonso, C. et al. Inhibition of Orbivirus Replication by Aurintricarboxylic Acid. Int. J. Mol. Sci. 21, (2020).

5. Mohd Jaafar, F., Monsion, B., Belhouchet, M., Mertens, P. P. C. & Attoui, H. Inhibition of Orbivirus Replication by Fluvastatin and Identification of the Key Elements of the Mevalonate Pathway Involved. Viruses 13, 1437 (2021).

6. Andrew, M. et al. Antigen specificity of the ovine cytotoxic T lymphocyte response to bluetongue virus. Vet. Immunol. Immunopathol. 47, 311–322 (1995).

7. Jeggo, M. H., Wardley, R. C. & Brownlie, J. Importance of ovine cytotoxic T cells in protection against bluetongue virus infection. Prog. Clin. Biol. Res. 178, 477–487 (1985).

8. Boyce, M., Celma, C. C. P. & Roy, P. Bluetongue virus non-structural protein 1 is a positive regulator of viral protein synthesis. Virol. J. 9, 178 (2012).

9. Owens, R. J., Limn, C. & Roy, P. Role of an arbovirus nonstructural protein in cellular pathogenesis and virus release. J. Virol. 78, 6649–6656 (2004).

10. Maan, S. et al. Sequence analysis of bluetongue virus serotype 8 from the Netherlands 2006 and comparison to other European strains. Virology 377, 308–318 (2008).

11. Roy, P. Use of baculovirus expression vectors: development of diagnostic reagents, vaccines and morphological counterparts of bluetongue virus. FEMS Microbiol. Immunol. 2, 223–234 (1990).

12. Marín-López, A. et al. CD8 T Cell Responses to an Immunodominant Epitope within the Nonstructural Protein NS1 Provide Wide Immunoprotection against Bluetongue Virus in IFNAR −/− Mice. J. Virol. 92, e00938-18, /jvi/92/16/e00938-18.atom (2018).

13. Jiménez-Cabello, L. et al. Viral Vector Vaccines against Bluetongue Virus. Microorganisms 9, (2020).

14. Calvo-Pinilla, E. et al. A protective bivalent vaccine against Rift Valley fever and bluetongue. Npj Vaccines 5, 1–12 (2020).

15. Calvo-Pinilla, E., Rodríguez-Calvo, T., Sevilla, N. & Ortego, J. Heterologous prime boost vaccination with DNA and recombinant modified vaccinia virus Ankara protects IFNAR(−/−) mice against lethal bluetongue infection. Vaccine 28, 437–445 (2009).

16. Toussaint, J. F., Sailleau, C., Breard, E., Zientara, S. & De Clercq, K. Bluetongue virus detection by two real-time RT-qPCRs targeting two different genomic segments. J. Virol. Methods 140, 115–123 (2007).

17. Utrilla-Trigo, S. et al. Heterologous Combination of ChAdOx1 and MVA Vectors Expressing Protein NS1 as Vaccination Strategy to Induce Durable and Cross-Protective CD8+ T Cell Immunity to Bluetongue Virus. Vaccines 8, 346 (2020).

18. Utrilla-Trigo, S. et al. The Combined Expression of the Non-structural Protein NS1 and the N Terminal Half of NS2 (NS21-180) by ChAdOx1 and MVA Confers Protection against Clinical Disease in Sheep upon Bluetongue Virus Challenge. J. Virol. (2021) doi:10.1128/JVI.01614-21.

19. Anderson, J. et al. Strong protection induced by an experimental DIVA subunit vaccine against bluetongue virus serotype 8 in cattle. Vaccine 32, 6614–6621 (2014).

20. Rojas, J.M.; Martín, V.; Sevilla, N. Vaccination as a Strategy to Prevent Bluetongue Virus Vertical Transmission. Pathogens 2021, 10, 1528. https://doi.org/10.3390/pathogens10111528

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