Strategies to optimize transfer of PRRS virus-specific maternally-derived antibodies and to limit interference of passively acquired immunity with vaccination in piglets

Abstract

La Síndrome Respiratòria i Reproductiva Porcina (PRRS) és una de les malalties més significatives en la indústria porcina a nivell mundial. La limitada protecció creuada i la interferència dels anticossos d'origen matern (AOM) suposen un repte en el desenvolupament i aplicació de vacunes efectives contra el virus del PRRS (PRRSV). L'objectiu d'aquesta tesi era optimitzar la immunització passiva de garrins contra el PRRSV mitjançant l'augment dels anticossos àmpliament neutralitzants (AN) rebuts de les truges i la reducció de la interferència dels AOM amb la vacunació. En un primer estudi, es va analitzar la interferència dels AOM amb la vacunació per les vies intramuscular (IM) o intradèrmica (ID) en garrins de 4 setmanes. Vint-i-vuit garrins amb AOM d'una granja positiva al PRRSV (POS) i vint-i-vuit d'una granja negativa al PRRSV (NEG) van ser vacunats IM o ID amb una vacuna atenuada del PRRSV-1, formant quatre grups (ID-POS, ID-NEG, IM-POS, IM-NEG). Donat que la vacuna utilitzada era diferent de la de la granja positiva, els AOM dels grups POS mancaven de capacitat neutralitzant contra la vacuna (AnN). Durant 6 setmanes, es van prendre mostres de sang setmanalment per avaluar la resposta immune humoral i cel·lular. Els anticossos mesurats per ELISA de 2 a 6 setmanes post-vacunació (PV) eren significativament superiors en els grups POS que en ID-NEG. La prova de neutralització vírica a les 5 setmanes PV va mostrar títols d'AN significativament superiors en els grups POS que en els grups NEG. La resposta cel·lular mesurada per limfoproliferació específica era equivalent per tots els grups i dates, amb un augment transitori en IM-NEG a les 4 setmanes PV. Tot i que els animals van mostrar fluctuacions en les cèl·lules secretores d'IFN-gamma, no es van observar diferències entre grups. Els resultats del primer estudi van suggerir que estava succeint un increment de la infecció dependent d'anticossos (ADE). En aquest fenomen, els AnN opsonitzen el virus i faciliten la seva entrada en els macròfags alveolars porcins (MAP), les cèl·lules diana del PRRSV. Tot i que s'ha documentat ADE in vitro per a soques de PRRSV-2, no hi ha evidència d'ADE en PRRSV-1. Es va realitzar un segon estudi amb dues soques diferents de vacuna PRRSV-1, opsonitzades amb AnN homòlegs o heteròlegs. Els MAP es van inocular amb virus opsonitzat o no opsonitzat, comparant la replicació viral a les 24 hores. Els resultats no van mostrar evidència d'ADE, ja que les taxes de replicació van ser equivalents independentment de l'opsonització del virus. No obstant, es necessiten més estudis per confirmar si aquest fenomen succeeix amb altres soques de PRRSV-1.

En el tercer estudi es van comparar diferents protocols de vacunació en truges per millorar els nivells d'AN i la reactivitat creuada contra soques de camp contemporànies. En una primera prova, truges primerenques sense immunitat prèvia van ser vacunades amb tres vacunes atenuades diferents. Els resultats van mostrar AN contra la soca homòloga i una soca de camp de 2006, però no contra les soques de camp contemporànies analitzades (2018-2022). En una prova diferent, truges prèviament vacunades amb una vacuna atenuada van ser revacunades amb una vacuna inactivada. No es va observar un augment en els títols d'AN ni en la seva amplitud. En conclusió, els resultats indiquen que en presència d'AOM, les vies ID i IM per la vacunació contra el PRRSV en garrins indueixen respostes immunes similars. En el model d'AnN analitzat, els AOM van potenciar enlloc d'interferir amb la resposta immunitària induïda per la vacunació. No obstant, no es va observar ADE in vitro en dues vacunes de PRRSV-1. La inducció d'AN àmpliament neutralitzants continua sent un repte important per les vacunes existents.

El Síndrome Respiratorio y Reproductivo Porcino (PRRS) es una de las enfermedades más significativas en la industria porcina a nivel mundial. La limitada protección cruzada y la interferencia de los anticuerpos de origen materno (AOM) suponen un reto en el desarrollo y aplicación de vacunas efectivas contra el virus del PRRS (PRRSV). El objetivo de esta tesis fue optimizar la inmunización pasiva de lechones contra el PRRSV mediante el aumento de los anticuerpos ampliamente neutralizantes (AN) recibidos de las cerdas y la reducción de la interferencia de los AOM con la vacunación. En un primer estudio, se analizó la interferencia de los AOM con la vacunación por las vías intramuscular (IM) o intradérmica (ID) en lechones de 4 semanas. Veintiocho lechones con AOM de una granja positiva al PRRSV (POS) y veintiocho de una granja negativa al PRRSV (NEG) fueron vacunados IM o ID con una vacuna atenuada del PRRSV-1, formando cuatro grupos (ID-POS, ID-NEG, IM-POS, IM-NEG). Dado que la vacuna utilizada fue diferente a la de la granja positiva, los AOM de los grupos POS carecían de capacidad neutralizante contra la vacuna (AnN). Durante 6 semanas, se tomaron muestras de sangre semanalmente para evaluar las respuestas inmunes humoral y celular. Los anticuerpos medidos por ELISA de 2 a 6 semanas post-vacunación (PV) fueron significativamente superiores en los grupos POS que en ID-NEG. La prueba de neutralización vírica a las 5 semanas PV mostró títulos de AN significativamente superiores en los grupos POS que en los grupos NEG. La respuesta celular medida por linfoproliferación específica fue equivalente para todos los grupos y fechas, con un aumento transitorio en IM-NEG a las 4 semanas PV. Aunque los animales mostraron fluctuaciones en las células secretoras de IFN-gamma, no se observaron diferencias entre grupos. Los resultados del primer estudio sugirieron que estaba ocurriendo un incremento de la infección dependiente de anticuerpos (ADE). En este fenómeno, los AnN opsonizan el virus y facilitan su entrada en los macrófagos alveolares porcinos (MAP), las células diana del PRRSV. Aunque se ha documentado ADE in vitro para cepas de PRRSV-2, no hay evidencia de ADE en PRRSV-1. Se llevó a cabo un segundo estudio con dos cepas distintas de vacuna PRRSV-1 opsonizadas con AnN homólogos o heterólogos. Los MAP se inocularon con virus opsonizado o no opsonizado, comparando la replicación viral a las 24 horas. Los resultados no mostraron evidencia de ADE, ya que las tasas de replicación fueron equivalentes independientemente de la opsonización del virus. Sin embargo, se necesitan más estudios para confirmar si este fenómeno ocurre con otras cepas de PRRSV-1. En el tercer estudio se compararon diferentes protocolos de vacunación en cerdas para mejorar los niveles de AN y la reactividad cruzada contra cepas de campo contemporáneas. En una primera prueba, cerdas primerizas sin inmunidad previa fueron vacunadas con tres vacunas atenuadas diferentes. Los resultados mostraron AN contra la cepa homóloga y una cepa de campo de 2006, pero no contra las cepas de campo contemporáneas analizadas (2018-2022). En una prueba diferente, cerdas previamente vacunadas con una vacuna atenuada fueron revacunadas con una vacuna inactivada. No se observó un aumento en los títulos de AN o su amplitud. En conclusión, los resultados indican que en presencia de AOM, las vías ID e IM para la vacunación contra el PRRSV en lechones inducen respuestas inmunes similares. En el modelo de AnN analizado, los AOM potenciaron en lugar de interferir con la respuesta inmune inducida por la vacunación. Sin embargo, no se observó ADE in vitro en dos vacunas de PRRSV-1. La inducción de AN ampliamente neutralizantes sigue siendo un reto importante para las vacunas existentes.

Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome (PRRS) is one of the most significant diseases in the swine industry worldwide. The limited cross-protective immunity and the interference of maternally-derived antibodies (MDA) pose a challenge in the development and use of effective vaccines against PRRS virus (PRRSV). This thesis aimed to explore strategies to optimize PRRSV passive immunization of piglets by increasing the broadly neutralizing antibodies (NA) received from sows and reducing the interference of MDA with vaccination. In the first study, MDA interference with vaccination by the intramuscular (IM) or intradermal (ID) route was analyzed in 4-week-piglets. Twenty-eight piglets with MDA obtained from a PRRSV-positive farm (POS) and twenty-eight piglets from a PRRSV-negative farm (NEG), were vaccinated by either the IM or ID route with an attenuated PRRSV-1 vaccine, resulting in four groups (ID-POS, ID-NEG, IM-POS, IM-NEG). Since the vaccine used was different from that used in the positive farm, the MDA of the POS groups were devoid of neutralizing capacity against the tested vaccine (non-NA). Over 6 weeks, blood samples were weekly collected to evaluate the humoral and cellular responses. Antibodies measured by ELISA from 2 to 6 weeks post-vaccination (PV) were significantly higher in the POS groups than in ID-NEG. Viral neutralization test at 5 weeks PV showed significantly higher NA in the POS groups than in NEG groups. The cell-mediated response measured by specific lymphoproliferation was equivalent for all groups and dates except for a transient increase in IM-NEG at 4 weeks PV. Although animals exhibited fluctuations in IFN-gamma secreting cells, no differences were observed between groups. The results of this study indicated that ID route was as effective as IM route in presence of non-NA, which did not interfere with vaccination, but rather seemed to enhance the humoral response. The results of the first study suggested that an antibody-dependent enhancement (ADE) was occurring. In this phenomenon, non-NA opsonize the virus and enhance its entry into the porcine alveolar macrophages (PAM), the target cell of PRRSV. While ADE has been documented in vitro for PRRSV-2 strains, there is no evidence of ADE in PRRSV-1. Based on this, a second study was conducted with two distinct PRRSV-1 vaccine strains opsonized with either homologous or heterologous non-NA. PAM were incubated with opsonized and non-opsonized virus and viral yield was compared at 24 hours. The results indicated no evidence of ADE, as replication rates were equivalent regardless of virus opsonization. However, further studies are required to ascertain whether ADE can happen using other PRRSV-1 isolates. In the third study, the objective was to examine how different vaccination protocols for sows could enhance NA levels and cross-reactivity against contemporary field strains. A first test was conducted in naïve gilts vaccinated with three different attenuated vaccines. The results revealed that while the vaccines successfully elicited NA against the homologous strain and against one field strain from 2006, none of the attenuated vaccines induced NA against the contemporary field strains analyzed (2018-2022). In a different test, sows from a commercial farm previously vaccinated with an attenuated vaccine were revaccinated with an inactivated vaccine. The results showed that this revaccination did not lead to an increase in the titer or cross-reactivity of these NA. In conclusion, the findings of this thesis indicate that in presence of MDA the ID and IM routes for PRRSV vaccination in piglets induce similar immune responses. Moreover, in the non-NA model analyzed, MDA did not interfere the immune response induced by vaccination but rather enhanced it. However, the phenomenon of ADE in two PRRSV-1 vaccines was not observed in vitro. Inducing broadly NA remains a significant challenge for the existing vaccines.