Caracterización de la respuesta inmune de lechones durante la infección y tras la vacunación con el virus del Síndrome Reproductivo y Respiratorio Porcino

Abstract

Desde su aparición en 1987, el Síndrome Reproductivo y Respiratorio Porcino (PRRS) ha provocado un enorme impacto en la producción porcina mundial. Estudios recientes estiman que sólo en Estados Unidos las pérdidas por costes directos ascienden a 560 millones de dólares anuales. <br/>Los resultados obtenidos con las vacunas que se comercializan arrojan ciertas dudas sobre su eficacia. Una de las razones por la que no se han podido desarrollar vacunas más eficientes es la falta de un conocimiento profundo de la respuesta inmune (RI) que ocurre tras la infección.<br/>El agente etiológico de esta enfermedad es conocido como virus del PRRS (PRRSV) o arterivirus porcino. Se han descrito dos genotipos, el americano y el europeo. Existe, además, una elevada variabilidad genética dentro de cada genotipo. Hasta la fecha, la mayoría de estudios sobre la RI tras la infección o tras la vacunación con este virus han sido realizados usando cepas americanas. <br/>El objetivo de esta tesis doctoral es caracterizar la RI del cerdo frente a cepas del PRRSV del genotipo europeo; primero, durante la infección de lechones con una cepa de campo español y, segundo tras la vacunación con cepas atenuadas (vacunas comerciales), evaluando su eficacia frente a un desafío homólogo o heterólogo. <br/>Primer estudio: Los hallazgos más significativos de la RI de los cerdos infectados experimentalmente con una cepa española son: ausencia de producción de IL-2 e IL-4, aparición temprana de anticuerpos no neutralizantes, respuesta neutralizante inconstante y tardía y un desarrollo lento e irregular de CP-IFN-gamma específicas de PRRSV que, sin embargo, podría estar relacionado con el fin de la viremia. Una de las hipótesis que planteamos para explicar la anómala respuesta celular observada es la producción de IL-10 y de haptoglobina en las primeras fases de la infección. Planteamos también la hipótesis que quizás la RI desempeña un papel secundario en la resolución de la infección, tal y como ya se ha demostrado con otros arterivirus como el virus elevador de la lactato-deshidrogenasa del ratón.<br/>Segundo estudio: Los cerdos vacunados presentan periodos de viremia muy largos (42 días). Las largas viremias descritas con ambas vacunas denotan una situación indeseable dónde se posibilita la excreción del virus y por tanto la transmisión y la hipotética reversión a virulencia. Sorprendentemente, tras el desafío, se detectó el virus en sangre sólo en los animales vacunados con la cepa homóloga (V1) (4/5). La respuesta humoral neutralizante no aparece antes de los 2 meses post-vacunación y por tanto este parámetro no puede relacionarse con la protección otorgada por las vacunas. Nuestros resultados sugieren que son las CP-IFN-gamma el parámetro inmune que debería considerarse como marcador de protección. Independientemente de la vacuna que les administra, los animales que alcanzan una magnitud mínima de CP-IFN-gamma en el momento del desafío quedan protegidos. De hecho, la vacuna que aporta un mayor grado de protección es la vacuna heteróloga (V3), ya que induce los mayores niveles de CP-IFN-gamma. La falta de protección homóloga (V1) podría explicarse por la capacidad intrínseca de esta cepa de inducir IL-10 incluso en las células de los animales control. Todo ello sugiere que la protección conferida por una vacuna contra el PRRSV no depende sólo de la homología entre el virus vacunal y la cepa del desafío, sino que también debe considerarse el tiempo transcurrido tras la vacunación y las propiedades inmunológicas inherentes de cada cepa.<br/>En definitiva, nuestros estudios demuestran que la RI de los lechones tras la infección con una cepa virulenta del PRRSV es prácticamente igual a la que se desarrolla tras la vacunación con cepas atenuadas, ya sean éstas del genotipo europeo o del americano. Además, nuestro segundo estudio demuestra que las CP-IFN-gamma específicas de PRRSV desempeñan un papel importante en la protección frente a la infección.

Since it was described in 1987, Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome (PRRS) has become one of the most important diseases in the swine worldwide. A recent study estimates that the economic losses caused by PRRS in the US amount to more than US$ 560 millions annually.<br/>Regarding the commercialized vaccines, as of today, there is no convincing evidence indicating that they confer an acceptable and universal protection against the infection. One of the reasons for the lack of development of newer and more efficacious vaccines is the scarce knowledge on the immune response (IR) of pigs after infection by field strains.<br/>The etiologic agent for this disease is known as PRRS virus (PRRSV) or Porcine Arterivirus. Two genotypes are recognized (American and European). In addition, genetic diversity of strains within a given genotype is high. To date, the majority of the studies regarding the IR of pigs after the PRRSV infection or vaccination have been done using the American strains. <br/>The aim of this thesis is to characterize the IR against the European genotype. Firstly, during the infection of piglets with a wild-type Spanish strain and secondly after the vaccination with two attenuated virus (commercialized vaccines), evaluating their efficacy after a challenge with a homologous or a heterologous strain.<br/>First study: The most significant results in the IR of the piglets experimental infected with a Spanish strain are: lack of IL-2 and IL-4 production, early production of non-neutralizing antibodies, inconstant and late humoral neutralizing response and slow and irregular development of PRRSV-specific IFN-gamma-secreting cells (IFN-gamma-SC) measured by ELISPOT. Nevertheless, this last parameter would be associated with the disappearance of the virus from the blood. The IL-10 and haptoglobin production in the first phases of the infection could explain the anomalous cell response observed. We postulate that the IR maybe plays a secondary role in the resolution of the infection, as it has already been demonstrated with other Arterivirus as lactate dehydrogenase-elevating virus of the mice.<br/>Second study: After vaccination, some pigs remain viremic as late as 42 days post-vaccination. This extended period of viremia could significantly contribute to the spread of vaccine virus and, potentially, this phenomenon could facilitate the reversion to virulence. Surprisingly, after the challenge, only pigs vaccinated with the homologous strain (V1) become viremic (4/5). Vaccinated pigs do not develop neutralizing antibodies before the challenge. Therefore, this parameter cannot be related to the protection conferred by the vaccines. Our results suggest that IFN-gamma-SC play an important role in protection against the PRRSV infection in piglets. Regardless of the vaccine used, the pigs are protected if IFN-gamma-SC reach a minimum frequency at time of the infection. In fact, heterologous vaccine (V3) confers the best protection because it induces the highest IFN-gamma-SC frequency. The lowest protection conferred by the homologous vaccine (V1) could be explained by its intrinsic ability to induce a high IL-10 production even in naïve cells. Our results suggest that the protection afforded by a vaccine against PRRSV cannot be forecasted only by a global view of the genetic similarity between the strains but, maybe, can be forecasted by the time passed after the vaccination and the inherent immune properties of each strain.<br/>In summary, our studies show that the IR of the piglets after the infection with a wild-type strain is similar to the IR developed after the immunization with attenuated strains, both in European and American genotypes, in spite of the genetic diversity. The second study proves that the frequency of PRRSV-specific IFN-gamma-SC plays a significant role in the protection of vaccinated pigs against a PRRSV infection.