Transmission of porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV): assessment of the reproduction rate (R) in different conditions

Abstract

La cuantificación de la transmisión del Virus del síndrome reproductivo y respiratorio porcino (VSRRP) es crucial para estimar el potencial de la vacunación como medio de control de la infección a escala poblacional. El objetivo de la presente tesis fue determinar la tasa de reproducción (R) del VSRRP en condiciones de campo y experimentalmente, usando como modelo cerdos destetados y de engorde. El primer estudio tuvo como objetivo estimar de forma preliminar de la R del VSRRP en dos granjas de ciclo cerrado (F1 y F2) infectadas de forma endémica. En ambos casos, un lote entero de lechones fue monitoreado desde destete hasta matadero. Basándose en los resultados serológicos, el tiempo necesario para alcanzar el 50% de animales infectados fue de 7 y 3,5 semanas en la F1 y F2, respectivamente. El valor de R para la transmisión del VSRRP fue estimado en 3,53 (CI95%: 2,89-4.18) y 7,11 (CI95%: 3,55-10,68) para F1 y F2, respectivamente. El segundo estudio pretendía determinar la eficacia de la vacunación en un modelo experimental de transmisión por contacto en grupos. Lechones de 3 semanas de edad (n=98) fueron divididos en dos grupos: 1) cerdos V, vacunados con una vacuna comercial atenuada del genotipo 1, y 2) cerdos NV, sin tratamiento. Cinco semanas más tarde, 14 NV (a partir de ahora animales “semillas” (S)) fueron inoculados por vía intranasal (IN) con la cepa 3267 del VSRRP (genotipo 1). Dos días después, un S fue introducido en corrales de 5 V o 5 NV (8 grupos de 1S:5V y 6 grupos de 1S:5NV). Tras 21 días de contacto con el S, todos los NV desarrollaron viremia mientras que solo el 52.5% de V se infectó. El tiempo medio de supervivencia fue de 7 y 21 días para los NV y V, respectivamente (p<0,05). El valor de R fue 2,78 (CI95%: 2,13-3,43) y 0,53 (CI95%: 0,19-0,76) para los NV y V, respectivamente (p<0,05). Además, la vacunación redujo significativamente la duración de la viremia y del periodo de excreción del virus por las vías nasal y fecal. En el tercer estudio, la transmisión del virus y la eficacia vacunal fueron evaluadas en modelo experimental de transmisión por contacto de tipo uno a uno. Como en el estudio anterior, 44 lechones de 3 semanas de vida fueron divididos en dos grupos: V y NV. Cuatro semanas más tarde, 18 NV fueron separados e inoculados IN con el mismo aislado usado en el estudio 2 (animales S). Dos días después, cada S fue reagrupado con un V o un NV formando 12 réplicas de 1S:1V y seis de 1S:1NV. Los animales se siguieron por 21 días. Los V infectados desde el S (Vinf) venían trasladados (en menos de 24 horas) a un nuevo corral donde venían dejados en contacto con un nuevo V no infectado y reservado desde el inicio (Vc ). Todos los NV y V se infectaron tras contacto con el S pero la duración de la viremia se redujo desde 12,5±2,7 días en los NV a 5,5±4,3 días en los V (p<0,005). Además, el tiempo necesario para infectarse fue de 13.6±3 y 5,4±2,7 días en los NV y V, respectivamente. La transmisión desde Vinf a Vc tuvo lugar en 7/8 animales (87.5%), pero la duración de la viremia y el área bajo la curva (AUC) de la carga vírica en suero se redujeron significativamente en los Vc (AUC: 0.98, 0.87, 0.79 para NV, Vinf y Vc, respectivamente, p<0.05). In conclusión, los resultados de la presente tesis indican que para el VSRRP de genotipo 1 y subtipo 1, la vacunación masiva de los animales puede ser una herramienta efectiva para parar o disminuir significativamente la transmisión.

The quantification of Porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) transmission is crucial to foresee the potential of vaccination as a mean of control of the infection at a population level. The aim of the present thesis was to determine the reproduction rate (R) of PRRSV under field and experimental conditions using weaners/growers as a model.

Study 1 was directed to preliminary assess R of PRRSV in two endemically infected farrow-to-finish farms (F1 and F2). In both cases, a whole batch of weaners was followed serologically from weaning to slaughtering age. Based on serological data, the average time needed to reach 50% of infected pigs was 7 and 3.5 weeks in F1 and F2, respectively. R value for PRRSV transmission was estimated to be 3.53 (CI95%: 2.89-4.18) and 7.11 (CI95%: 3.55-10.68) for F1 and F2, respectively.

The second study was directed to assess the efficacy of the vaccination in an experimental study of transmission by contact in groups. Ninety-eight 3-week-old piglets were divided in two groups: 1) V pigs, vaccinated with a commercial attenuated PRRSV genotype 1 vaccine, and 2) NV piglets, kept as unvaccinated controls. Five weeks later, 14 NV pigs (from now on seeders (S)) were inoculated intranasally (IN) with PRRSV genotype 1 isolate 3267. Two days later, one S was mingled with 5 V or 5 NV pigs (8 groups of 1S:5V and 6 replicas of 1S:5NV). After 21 days of contact with the S, all NV developed viremia while only 52.5% of V pigs were become viremic. The average 50% survival period was 7 and 21 days for NV and V pigs, respectively (p<0.05). The R value was 2.78 (CI95%: 2.13-3.43) and 0.53 (CI95%: 0.19-0.76) for NV and for V pigs, respectively (p<0.05). Moreover, vaccination significantly reduced the biological parameters related to transmission, such as the duration of viremia and shedding of virus by the nasal and fecal routes.

In the third study, the transmission of PRRSV and vaccine efficacy were assessed using one-to-one experiments, a scenario where the probability of transmission between animals was the highest possible. Forty-four 3-week-old piglets were divided in 2 groups as above: V and NV. Four weeks later, 18 NV were inoculated IN with the same isolate as in study 2 (S pigs). Two days later, S pigs were mixed in a 1:1 basis with V and NV pigs, namely 1S:1V (n=12) and 1S:1NV (n=6) and were then followed for 21 days. Once a V pig was detected as viremic as a result of the contact with a S, the infected V (Vinf) was transferred (in less than 24 h) to a new pen where it was left in contact with a new V (from now Vc) for at least 14 days. All NV and V pigs became viremic after contacting S pigs; however, the average duration of viremia was reduced from 12.5±2.7 to 5.5±4.3 days comparing V pigs to NV (p<0.05). Also, V animals needed on average 13.6±3 days in order to become infected from the S compared to NV (5.4±2.7 days, p< 0.05). Transmission from Vinf to Vc pigs occurred in 7/8 animals (87.5%) but the mean length of viremia as well as the area under the curve (AUC) for viral load in sera of Vc pigs were also significantly reduced (AUC: 0.98, 0.87 and 0.79 for NV, Vinf and Vc, respectively, p<0.05).

In conclusion, the data shown in the present thesis indicated that for genotype 1 subtype 1 PRRSV, mass vaccination of pigs can be a tool effective to stop or to significantly reduce the transmission of the virus.