Study of vaccines and new strategies for the control of goat tuberculosis

Abstract

La tuberculosi (TB) és una malaltia infecciosa causada per diferents membres del complex Mycobacterium tuberculosis (MTBC), que pot afectar un ampli ventall d’hostes, inclosos els éssers humans i diferents espècies d’animals domèstics i salvatges. La TB continua sent un problema important de salut animal amb un elevat impacte econòmic a tot el món. En animals domèstics, com ara les cabres, els programes de control de la tuberculosi basats en la prova i el sacrifici dels animals positius no sempre són factibles. Per tant, en les últimes dècades s’ha renovat l’interès en la investigació sobre la vacunació contra la tuberculosi i les proves diagnòstiques associades a la vacuna per al control de la malaltia en els animals. En aquest sentit, la present tesi aporta informació sobre l’eficàcia de diferents estratègies de vacunació contra la TB caprina i les proves diagnòstiques associades a la vacuna en cabres. En el primer estudi es va avaluar l’eficàcia en el camp de la vacunació a llarg termini de cabres amb la vacuna atenuada viva Mycobacterium bovis Bacil Calmette-Guérin (BCG) (soca danesa 1331) en cinc granges caprines amb diferents característiques i maneig. La vacunació sistemàtica de cabrits per a la reposició amb BCG va contribuir a una reducció progressiva de la incidència i de la prevalença de TB en els ramats de cabres. El segon estudi va tractar la durada de les respostes immunes induïdes per la BCG en cabres i l’eficàcia de la vacunació i revacunació amb BCG al cap d’un any. La durada de les respostes immunes induïdes per la vacunació amb BCG va ser inferior a un any i no va conferir una protecció significativa després del desafiament experimental amb M. Caprae, ans el contrari, la revacunació amb BCG després d’un any de la primera vacunació va proporcionar una millor protecció contra la infecció amb M. caprae. En el tercer estudi es va avaluar l’eficàcia d’un candidat vacunal basat en Mycobacterium bovis inactivat per calor (HIMB) en cabres desafiades experimentalment amb M. caprae. La vacunació parenteral amb HIMB va conferir una protecció similar a la vacunació parenteral amb BCG, obrint el camí per a la seva avaluació en condicions de camp. En el quart estudi es va avaluar el complex antigènic P22 (obtingut per immunopurificació de la tuberculina del M. bovis) com a eina per al diagnòstic immunològic (humoral i mediat per cèl·lules) de la TB en cabres. L’estudi es va dur a terme en diferents contextos de vacunació: vacunació amb BCG i contra la paratuberculosi (Mycobacterium avium subesp. paratuberculosis - MAP) i vacuna MAP sola. En animals vacunats amb BCG i MAP, la interpretació combinada del diagnòstic serològic mitjançant P22 i proves cutànies va resultar en una bona estratègia de diagnòstic de la TB en termes d’especificitat i sensibilitat. En tots els estudis de la present tesi, el còctel d’antigen basat en les proteïnes ESAT-6 i CFP-10, aplicat per a l’assaig d’alliberament d’interferó-gamma, es va utilitzar per diferenciar els animals infectats dels vacunats (DIVA). No es va detectar cap reacció d’interferència diagnòstica en els animals vacunats i revacunats amb BCG ,ni en cabres vacunades amb HIMB, fet que confirma la idoneïtat del còctel antigènic ESAT-6 i CFP-10 com a prova diagnòstica DIVA. En síntesi, les troballes de la present tesi encoratgen a l’ús de vacunes contra la TB i de les proves diagnòstiques associades a la vacunació com a estratègia útil per al control de la TB en cabres.

La tuberculosis (TB) es una enfermedad infecciosa causada por diferentes miembros del complejo Mycobacterium tuberculosis (MTBC), la cual puede afectar a una amplia variedad de huéspedes, incluidos los seres humanos y diferentes especies de animales domésticos y salvajes. La TB sigue siendo un importante problema de salud animal con un alto impacto económico en todo el mundo. En los animales domésticos, como por ejemplo las cabras, los programas de control de la TB basados en la prueba y el sacrificio de los animales positivos no siempre se pueden llevar a cabo. Por este motivo, durante las últimas décadas se ha renovado el interés por la investigación sobre la vacunación antituberculosa y las pruebas de diagnóstico asociadas a la vacuna para el control de la TB animal. En este sentido, la presente tesis aporta información sobre la eficacia de diferentes estrategias de vacunación contra la tuberculosis en cabras y las pruebas de diagnóstico asociadas a la vacuna en esta especie. El primer estudio evaluó la eficacia en el campo de una vacunación a largo plazo de cabras con la vacuna viva atenuada de Mycobacterium bovis Bacilo Calmette-Guérin (BCG) (cepa danesa 1331) en cinco granjas de cabras con diferentes características y manejo. La vacunación sistemática de cabritos de la reposición con BCG contribuyó a una reducción progresiva de la incidencia y de la prevalencia de la TB en los rebaños de cabras. El segundo estudio abordó la duración de las respuestas inmunes provocadas por la BCG en cabras, así como la eficacia de la vacunación y revacunación con BCG después de un año. La duración de la respuesta inmunitaria inducida por la vacunación con BCG fue inferior a un año y no confirió una protección significativa frente a la infección experimental con M. caprae. Por el contrario, la revacunación con BCG después de un año de la primera vacunación proporcionó una mejor protección contra el desafío con M. caprae. En el tercer estudio se evaluó la eficacia de un candidato vacunal basado en Mycobacterium bovis inactivado por calor (HIMB) en cabras desafiadas experimentalmente con M. caprae. La vacunación parenteral con HIMB mostró una protección similar a la conferida por la vacuna BCG parenteral. Estos hallazgos abren el camino para su evaluación en condiciones de campo. El cuarto estudio evaluó el desempeño del complejo antigénico P22 (obtenido por inmunopurificación de la tuberculina de M. bovis) para el inmunodiagnóstico (serológico y mediado por células) de la TB en cabras. Este estudio se llevó a cabo en diferentes contextos de vacunación: vacuna BCG y vacuna contra la paratuberculosis (Mycobacterium avium subesp. paratubercuclosis - MAP) y vacunación contra MAP sola. En animales vacunados con BCG y MAP, la interpretación combinada del diagnóstico serológico utilizando P22 y pruebas cutáneas fue una estrategia de diagnóstico eficaz en términos de especificidad y sensibilidad. En todos los estudios de la presente tesis se utilizó el cóctel de antígenos basado en las proteínas ESAT-6 y CFP-10, aplicado para el ensayo de liberación de interferón-gamma, para la diferenciación de animales infectados de vacunados (DIVA). No se detectó ninguna reacción de interferencia diagnóstica ni en cabras vacunadas ni revacunadas con BCG, así como tampoco en cabras vacunadas con HIMB, lo que confirma la idoneidad del cóctel antigénico ESAT-6 y CFP-10 como prueba de diagnóstico DIVA. Los hallazgos generales de la presente tesis apoyan el uso de vacunas contra la tuberculosis y de las pruebas de diagnóstico asociadas a la vacunación como una estrategia útil para el control de la TB en cabras.

Tuberculosis (TB) is an infectious disease caused by different members of the Mycobacterium tuberculosis complex (MTBC) which can affect a wide range of hosts, including different species of domestic and wild animals and humans. TB is still an important animal health issue with a high economic impact worldwide. In domestic animals, such as goats, TB control programs based on test-and-slaughter of positives are not always feasible. Therefore, the interest in the research on TB vaccination and vaccine-associated diagnostic tests for the disease control in animals has been renewed. In this regard, the present thesis provided insights into the efficacy of different vaccination strategies against caprine TB and vaccine-associated diagnostic tests in goats. The first study evaluated the efficacy in the field of a long-term vaccination of goats with the live-attenuated Bacilli Calmette-Guérin (BCG) vaccine (Danish 1331 strain) in five goat farms with different characteristics and management. The systematic vaccination of replacement goat kids with BCG contributed to a progressive reduction of TB incidence and prevalence in goat herds. The second study addressed the duration of immune responses elicited by BCG in goats and the efficacy of BCG vaccination and revaccination after one year. The lifespan of immune responses evoked by BCG vaccination was lower than one year and did not confer significant protection after M. caprae experimental challenge. On the contrary, BCG revaccination after one year of first vaccination provided better protection against M. caprae challenge. The third study evaluated the efficacy of the Heat-Inactivated Mycobacterium bovis (HIMB) vaccine candidate in experimentally M. caprae infected goats. Parenteral vaccination with HIMB showed similar protection to parenteral BCG vaccination, paving the way for its evaluation under field conditions. The fourth study assessed the performance of the antigen complex P22 (obtained by immunopurification of M. bovis tuberculin) for cell-mediated and serological immunodiagnosis of TB in goats under different vaccination contexts: BCG and Mycobacterium avium subesp. paratuberculosis (MAP) vaccination and MAP vaccination alone. In BCG and MAP vaccinated animals, combined interpretation of serological diagnostic using P22 and skin tests was a performant TB diagnostic strategy in terms of specificity and sensitivity. In all studies of the present thesis, the antigen cocktail based on ESAT-6 and CFP-10 proteins, applied for the Interferon-gamma release assay, was used for Differentiating infected from vaccinated animals (DIVA). Any diagnostic interference reaction was detected neither in BCG nor in BCG revaccinated, nor in HIMB vaccinated goats, confirming the suitability of ESAT-6 and CFP-10 antigen cocktail as a DIVA diagnostic test. Overall findings of the present thesis encourage the use of vaccines against TB and the vaccine-associated diagnostic tests as a useful strategy for control of TB in goats.