感染性気管支炎を引き起こす鳥類コロナウイルスに対する免疫化のための新規粘膜アジュバントシステムの開発

A Novel Mucosal Adjuvant System for the Immunization Against Avian Coronavirus Causing Infectious Bronchitis.

• Shaswath S Chandrasekar
• Brock A Kingstad-Bakke
• Chia-Wei Wu
• M Suresh
• Adel M Talaat

抄録

感染性気管支炎ウイルス（IBV）による感染性気管支炎（IB）は、現在、過去10年間に米国で複数のアウトブレイクが報告されており、鶏の健康に対する大きな脅威となっている。現場で使用されている改変ライブウイルス（MLV）ワクチンは、持続性があり、組換えや新規IBV血清型の出現に必要な遺伝物質を提供することができます。不活化ワクチンおよびサブユニットワクチンは、病原性の復帰および新たな病原性血清型の出現のリスクを伴わないMLVの限界のいくつかを克服している。しかし、これらのワクチンは免疫原性が弱く、防御力も低い。堅牢で長続きする免疫応答を引き出すことができる，より効果的なワクチンの開発が急務となっている．本研究では、Quil-Aとキトサン（QAC）を用いた新規アジュバントシステムを開発し、核酸免疫原体の経鼻投与による防御効果の向上を評価した。QACアジュバントシステムは、核酸カーゴを効率的にカプセル化し、ペイロードの持続的な放出を示し、細胞を安定的にトランスフェクションすることができるナノキャリア（100nm以下）を形成する。QACアジュバントシステム（pQAC-N）を用いてIBV核酸カプシド（N）タンパク質を発現するプラスミドDNAワクチンをカプセル化することで、ワクチン接種後およびチャレンジ後の適応性体液性および細胞性免疫反応を強力に誘導し、免疫原性を向上させることができました。pQAC-Nで免疫された鳥は、臨床重症度とウイルス脱落が減少し、安全性に懸念のある現行の市販ワクチンと同等の防御効果を示した。提示された結果は、QACアジュバントシステムが、鳥類および他の新興コロナウイルスに対する生ワクチンの使用に代わる、より安全な選択肢を提供できることを示しています。2017年の米国農業統計によると、ブロイラー、卵、七面鳥、ひよこの生産と販売を合わせた金額は428億ドル。この数字のうち、ブロイラーの売上高は、> 500億ポンドの鶏肉の生産で、業界の価値の67％を占めています。米国の家禽産業の経済的成功は、感染性気管支炎ウイルス（IBV）やその他の家禽病原体を制御するためのワクチンの広範な使用にかかっています。現在、家禽衛生のために認可されているワクチンの大部分は、改良生ワクチンと不活化病原体の両方を含んでいます。有効性が証明されているにもかかわらず、遺伝子組み換え生ワクチンは製造に時間がかかり、病原性が戻る可能性があるため、安全性に限界があります。私たちの研究の意義は、IBVやその他の新興コロナウイルスに対する生ワクチンに代わる、より安全で強力な代替粘膜ワクチンの開発にあります。

Infectious Bronchitis (IB) caused by Infectious Bronchitis Virus (IBV) is currently a major threat to chicken health with multiple outbreaks being reported in the US over the past decade. Modified live virus (MLV) vaccines used in the field can persist and provide the genetic material needed for recombination and emergence of novel IBV serotypes. Inactivated and subunit vaccines overcome some of the limitations of MLV with no risk of virulence reversion and emergence of new virulent serotypes. However, these vaccines are weakly immunogenic and poorly protective. There is an urgent need to develop more effective vaccines that can elicit a robust, long-lasting immune response. In this study, we evaluate a novel adjuvant system developed from Quil-A and chitosan (QAC) for the intranasal delivery of nucleic acid immunogens to improve protective efficacy. The QAC adjuvant system forms nanocarriers (<100 nm) that efficiently encapsulate nucleic acid cargo, exhibit sustained release of payload and can stably transfect cells. Encapsulation of plasmid DNA vaccine expressing IBV nucleocapsid (N) protein by the QAC adjuvant system (pQAC-N) enhanced immunogenicity as evidenced by robust induction of adaptive humoral and cellular immune responses post vaccination and challenge. Birds immunized with pQAC-N showed reduced clinical severity and viral shedding post challenge on par with protection observed with current commercial vaccines without the associated safety concerns. Presented results indicate that the QAC adjuvant system can offer a safer alternative to the use of live vaccines against avian and other emerging coronaviruses. According to the 2017 US agriculture statistics, the combined value of production and sales from broilers, eggs, turkeys, and chicks was $42.8 billion. Of this number, broiler sales comprised 67 percent of the industry value with the production of > 50 billion pounds of chicken meats. The economic success of the poultry industry in the USA hinges on the extensive use of vaccines to control Infectious Bronchitis Virus (IBV) and other poultry pathogens. Majority of vaccines currently licensed for poultry health include both modified live vaccine and inactivated pathogens. Despite their proven efficacy, modified live vaccine constructs take time to produce and could potentially revert to virulence, which limits their safety. The significance of our research stems from the development of a safer and potent alternative mucosal vaccine to replace live vaccines against IBV and other emerging coronaviruses.

Copyright © 2020 American Society for Microbiology.