Infectious Bronchitis Virus Population Structure Defines Immune Response and Protection

Autor: Haroldo Toro, R. A. Zegpi, V. L. van Santen, Kellye S. Joiner
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Avian diseases. 64(1)
ISSN: 1938-4351
Popis: A commercial Arkansas (Ark) Delmarva Poultry Industry (DPI)-type vaccine and a more homogeneous population of that vaccine obtained previously through adaptation to chicken embryo kidney (CEK) cells (CEK-ArkDPI) were used as a model to further understand the impact of population genetic structure on generation of immune responses and protection. In a first experiment, vaccinated chickens were challenged with an IBV Ark99-type virulent strain (AL/4614/98). Despite extensive sequence similarity between the vaccines, the more heterogeneous commercial ArkDPI was more efficient at reducing viral loads in challenged chickens, while respiratory signs and tracheal lesions were reduced similarly by either vaccine. A distinct subpopulation of the Ark challenge virus showing asparagine at S1 position 56 was consistently negatively selected by immune pressure originating from vaccination with either vaccine. Antibody levels and antibody avidity to Ark-type S1 protein were greater in CEK-ArkDPI-vaccinated chickens compared to chickens vaccinated with the more diverse commercial ArkDPI vaccine. Synchronous replication of a homogeneous virus population likely elicits clonal expansion and affinity maturation of a greater number of responding B cells compared to a diverse virus population continuously changing its proportion of phenotypes during replication. The results of a second experiment showed that during initial vaccine virus replication (24 and 48 hr postvaccination), the virus population showing increased diversity (commercial ArkDPI) achieved higher concentrations of IBV RNA in the trachea compared to the more homogenous virus. mRNA expression of genes associated with innate immune responses in the trachea 48 hr postvaccination generally showed greater upregulation in chickens vaccinated with the heterogeneous commercial ArkDPI vaccine compared to the CEK-adapted virus. The greater upregulation of these genes is likely associated with higher virus replication achieved by the heterogeneous commercial vaccine. Thus, while the adaptive antibody response was favored by the more homogenous structure of the CEK-ArkDPI vaccine population (higher antibody levels and antibody avidity), the innate immune response was favored by the more diverse viral population of the commercial ArkDPI. We confirmed previous results that distinct subpopulations in wild Ark challenge virus become selected by immune pressure originating from vaccination, and we concluded that the population structure of IBV vaccines impacts innate immune response, antibody avidity, and protection.La estructura poblacional del virus de la bronquitis infecciosa define la respuesta inmune y la protección. Se utilizaron una vacuna comercial del tipo Arkansas (Ark) Industria Avícola de Delmarva (Delmarva Poultry Industry: DPI) y una población más homogénea de esa vacuna obtenida previamente a través de su adaptación a las células de riñón embrionario de pollo (CEK) (CEK-ArkDPI) como modelos para comprender mejor el impacto de la estructura genética de la población en la generación de respuestas inmunes y protección. En un primer experimento, los pollos vacunados fueron desafiados con una cepa virulenta de tipo Ark99 del virus de la bronquitis infecciosa (AL/4614/98). A pesar de la extensa similitud en las secuencias entre las vacunas, la cepa comercial Arkansas DPI más heterogénea fue más eficiente en la reducción de las cargas virales en los pollos desafiados, mientras que los signos respiratorios y las lesiones traqueales se redujeron de manera similar con cualquiera de las dos vacunas. Una subpoblación distinta del virus de desafío Arkansas que muestra asparagina en la posición 56 de la proteína S1 fue seleccionada de forma negativa consistentemente por la presión inmunitaria originada por la vacunación con cualquiera de las dos vacunas. Los niveles de anticuerpos y su avidez hacia la proteína S1 tipo Arkansas fueron mayores en los pollos inmunizados con la vacuna CEK-ArkDPI en comparación con los pollos vacunados con la vacuna comercial Arkansas DPI más diversa. La replicación sincrónica de una población de virus homogénea probablemente provoca la expansión clonal y la maduración por afinidad de un mayor número de células B con capacidad de respuesta en comparación con una población de virus diversa que cambia continuamente su proporción de fenotipos durante la replicación. Los resultados de un segundo experimento mostraron que durante la replicación inicial del virus de la vacuna (24 y 48 horas después de la vacunación), la población de virus que mostró una mayor diversidad (Arkansas DPI comercial) alcanzó mayores concentraciones de ARN del virus de bronquitis infecciosa en la tráquea en comparación con el virus más homogéneo. La expresión de ARNm de genes asociados con respuestas inmunes innatas en la tráquea 48 h después de la vacunación generalmente mostró una mayor regulación positiva en pollos vacunados con la vacuna comercial heterogénea Arkansas DPI en comparación con el virus adaptado a células de riñón embrionario de pollo. Es probable que la mayor regulación positiva de estos genes esté asociada con una mayor replicación del virus lograda por la vacuna comercial heterogénea. Por lo tanto, mientras que la respuesta de anticuerpos adaptativos fue favorecida por la estructura más homogénea de la población de vacunas CEK-ArkDPI (mayores niveles de anticuerpos y mayor avidez de anticuerpos), la respuesta inmune innata fue favorecida por la población viral más diversa de la vacuna Arkansas DPI comercial. Se confirman resultados previos de que distintas subpoblaciones en el virus de desafío Arkansas de tipo silvestre se seleccionan por la presión inmune originada por la vacunación y se concluye que la estructura de la población de las vacunas contra el virus de la bronquitis infecciosa afecta la respuesta inmune innata, la avidez de los anticuerpos y la protección.
Databáze: OpenAIRE
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