Noves estratègies vacunals i diagnòstiques per al control de la tuberculosi. El model caprí

Abstract

L'Organització Mundial de la Salut va declarar la tuberculosi (TB) com "una emergència global" ara fa vint anys. En l’actualitat la TB continua sent la principal causa de mortalitat i morbiditat per malaltia infecciosa a nivell mundial. La TB és causada pels bacteris del complex Mycobacterium tuberculosis, dels quals M. bovis i M. caprae en són els patògens zoonòtics més importants, presentant una àmplia varietat d'hostes animals, tant domèstics com silvestres. Per tant, la TB té repercussions en la salut pública i la sanitat animal, així com en l'economia dels sectors públic i ramader. Les cabres poden ser particularment susceptibles a la infecció per TB i el recent augment de casos reportats indiquen que la TB caprina podria ser una malaltia emergent. Així doncs, es necessiten noves eines específiques per al control de la TB en el cabrum. Les estratègies de control de la TB depenen en gran mesura de la disponibilitat d'una vacuna segura i eficaç. El Bacil Calmette Guerin (BCG), l'única vacuna disponible en l'actualitat, té una eficàcia variable tant en els éssers humans com en animals, i els esforços actuals de la recerca es centren en desenvolupar noves vacunes que reemplacin la BCG, o que n’incrementin l’eficàcia. També són necessaris nous reactius de diagnòstic associats a les vacunes que siguin capaços de distingir els individus vacunats dels infectats. Aquesta tesi pretén abordar aquests reptes mitjançant un nou model animal experimental. La tesi es divideix en cinc seccions: introducció general, objectius, estudis, discussió general i conclusions: La introducció descriu una visió global sobre l'epidemiologia, les característiques de l’agent etiològic, la patogènia, la immunitat i el desenvolupament de noves vacunes i estratègies de vacunació, per contextualitzar els objectius que s’enumeren a continuació. Els quatre estudis contenen cada un dels experiment duts a terme durant el decurs del programa de doctorat. El primer estudi descriu el model experimental de TB en la cabra domèstica, incloent la caracterització dels paràmetres immunològics i post-mortem que seran utilitzats en els estudis posteriors. La tomografia computeritzada va ser validada en aquest estudi per al seu ús com a mètode quantitatiu de valoració de lesions tuberculoses. El segon i tercer estudi estan enfocats en l’avaluació de l'eficàcia de la vacuna BCG i de dues noves vacunes adenovirals recombinants de reforç de la pròpia BCG, basades en antígens que són reconeguts pel sistema immune durant la infecció tuberculosa. La BCG va protegir les cabres front a la disseminació extra-pulmonar de la infecció, mentre que quan es reforçava amb les vacunes adenovirals es millorava la protecció en termes de reducció de les lesions tuberculoses i de la càrrega bacteriana. Finalment, el quart estudi va mostrar que les campanyes de vacunació contra la paratuberculosi (PTB) en cabres poden causar interferències en el diagnòstic de la TB quan s'utilitzen les eines de diagnòstic actualment disponibles. La protecció creuada de la vacuna de PTB Silirum® també es va avaluar en aquest estudi. En els quatre experiments es van avaluar nous reactius de diagnòstic dissenyats seguint el principi DIVA (diferenciació d’animals infectats i vacunats) i marcadors immunològics específics associats amb la protecció o la progressió de la infecció. Els resultats globals i la seva aplicació en els programes de control i eradicació de la TB en animals domèstics, així com en assaigs clínics de vacunes antituberculoses, es discuteixen en la secció de discussió general. Finalment s’enumeren les principals conclusions de la tesi.

The World Health Organization (WHO) declared tuberculosis (TB) “a global public emergency” twenty years ago. Nowadays, TB is still the leading cause of infectious disease mortality and morbidity worldwide. TB is caused by Mycobacterium tuberculosis complex (MTBC) bacteria. M. bovis and M. caprae are the most important zoonotic pathogens among the MTBC, and have a wide range of animal hosts, including both livestock and wildlife. Therefore, TB has repercussions on public and animal health and on the economy of both public and livestock sectors. Goats seem to be particularly susceptible to TB. The recent increase of caprine TB reported cases points to its consideration as an emerging disease. Thus, specific measures to control TB in goat herds need to be implemented. The TB control strategies depend strongly on the availability of a safe and effective vaccine. The Bacillus Calmette Guerin (BCG), the unique currently available vaccine, has variable efficacy both in humans and animals. Current research efforts are focused on the development of new vaccine candidates to replace BCG, or improve its protective effect. In addition, novel vaccine-associated diagnostic reagents are also needed to distinguish vaccinated from infected individuals. The present thesis addresses these concerns using a new experimental animal model. The thesis is divided in five sections: General introduction, objectives, studies, general discussion and conclusions: The introduction describes a global overview of the epidemiology, etiological agent characteristics, pathogenesis, immunity and development of new vaccines and vaccination strategies against TB, to contextualize the thesis objectives. Each of the four studies contains one of the experiments conducted during the PhD program. The first study addresses a comprehensive description of the experimental model of TB in goats, including the characterization of immunological and post-mortem parameters used in subsequent studies. Computed Tomography was validated for use as quantitative method to evaluate gross TB lesions. The second and third studies are focused on assessing the efficacy of BCG and two BCG-booster recombinant adenoviral vaccines. The latter are based on antigens recognized by the immune system during the TB infection. BCG protected goats against extra-pulmonary dissemination. However, boosting BCG with the adenoviral vaccines showed improved protection by reducing TB gross lesions and bacterial load. Finally, the fourth study showed that vaccination campaigns against paratuberculosis (PTB) in goats may cause interferences on the diagnosis of TB when using the currently available diagnostic tools. Cross-protective effect of the PTB vaccine Silirum® was also evaluated in this study. In addition, throughout the four experiments, new vaccine-associated diagnostic reagents, designed following the DIVA (differentiation of infected and vaccinated animals) principle were assessed, as well as specific immunological markers associated with protection or the progression of the infection. The global results and their application in the TB control and eradication programs in domestic animals, as well as in TB vaccines clinical trials are discussed in the general discussion section and the main conclusions are subsequently listed.