Determination of the optimal immunizing dose of heterologous goat pox virus vaccine (Poxviridae: Chordopoxvirinae: Capripoxvirus) against lumpy skin disease

Ruslan T. Abitaev; Абитаев Руслан Т.; Zhanat B. Kondibaeva; Кондибаева Жанат Б.; Zhanat T. Amanova; Аманова Жанат Т.; Zhanna Z. Sametova; Саметова Жанна Ж.; Abdurahman K. Ussembay; Усембай Абдурахман К.; Yerbol A. Bulatov; Булатов Ербол Акенович

doi:10.36233/0507-4088-116

Determination of the optimal immunizing dose of heterologous goat pox virus vaccine (Poxviridae: Chordopoxvirinae: Capripoxvirus) against lumpy skin disease

Authors: Abitaev R.T.¹, Kondibaeva Z.B.¹, Amanova Z.T.¹, Sametova Z.Z.¹, Ussembay A.K.¹, Bulatov Y.A.¹
Affiliations:
1. RSE “Research Institute for Biological Safety Problems” of Ministry of Health of the Republic of Kazakhstan
Issue: Vol 67, No 4 (2022)
Pages: 304-309
Section: ORIGINAL RESEARCH
Submitted: 25.08.2022
Published: 16.11.2022
URL: https://virusjour.crie.ru/jour/article/view/632
DOI: https://doi.org/10.36233/0507-4088-116
ID: 632

Cite item

Full Text

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Introduction. Lumpy skin disease (LSD), sheep pox and goat pox are dangerous diseases of domestic ruminants. Representatives of the genus of capripoxviruses are antigenically similar and can be used as a vaccine for three infections, as in the case of representatives of the genus of orthopoxviruses, which includes viruses of smallpox, monkeypox, and cowpox, that all belong to a single family Poxviridae.

Materials and methods. In this study, the vaccine strain G₂₀-LKV of the goat pox virus and the virulent strain RIBSP-2019/K of the LSD virus were used. The experiments were carried out on clinically healthy cattle of the Kazakh White-headed breed, aged six to eight months. Virological and serological research methods were used in the work.

Results. All immunized animals that received different doses of the vaccine showed resistance to the infection challenge, without showing any clinical signs of the disease. In animals that received the lowest doses of the vaccine 15,000, 30,000 and 40,000 TCID₅₀, no adverse events, skin and temperature reactions were observed at the injection site. Those vaccinated with high doses of the vaccine had a local reaction in the form of swelling at the site of vaccine administration. Control animals infected with a virulent virus showed clinical signs of the cattle lumpy skin disease .

Conclusion. The vaccine, prepared based on the “G₂₀-LKV” strain of the goat virus, is protective for cattle against infection with a virulent LSD virus at immunizing doses from 15,000 to 80,000 TCID₅₀, which are dependent on the LSD epizootic situation in particular region.

Keywords

virus, vaccine, goat pox, lumpy skin disease, immunizing dose

Full Text

Введение

Узелковый дерматит (нодулярный дерматит, бугорчатка), оспа овец и оспа коз являются опасными заболеваниями домашних жвачных животных, оказывающими губительное воздействие на животноводство, овцеводство и козоводство в эндемичных регионах, нанося колоссальный экономический ущерб государству [1–3].

Оспа овец (Sheep pox), оспа коз (Goat pox) и нодулярный дерматит (Lumpy skin disease) представляют собой заболевания овец, коз и крупного рогатого скота (КРС), вызываемые штаммами рода Capripoxvirus, входящими в обширное семейство Poxviridae. Вирусы, поражающие овец и коз, не полностью зависят от хозяина – некоторые вызывают заболевания как у овец, так и у коз, как в ситуации с вирусом оспы обезьян, который поражает людей и отнесён к тому же семейству Poxviridae. Штаммы вируса, вызывающие заболевания у КРС, по-видимому, специфичны для него, и это отражается в различном географическом распространении узелкового дерматита, а также оспы овец и коз [3–5]. Все исследованные к настоящему времени штаммы каприпоксвируса антигенно схожи. Из-за этой антигенной гомологии всех штаммов существует возможность использования одного вакцинного штамма для трёх инфекций [3, 6], как при ортопоксвирусах: по данным Всемирной организации здравоохранения, эффективность вакцины от натуральной оспы для профилактики оспы обезьян составляет около 85% [7].

Национальный ветеринарный институт (NVI) Эфиопии производит аттенуированную вакцину Neethling против нодулярного дерматита для КРС и вакцину KSGP O-180 против оспы овец, коз и КРС [8, 9]. Метод производства вакцин в NVI соответствует рекомендациям, установленным органами Африканского союза и Панафриканского контроля качества вакцин (AU-PANVAC). Кроме того, вакцинные штаммы были предоставлены AU-PANVAC [10]. Недавние молекулярные исследования показали, что, несмотря на своё название, в реальности Lumpy skin disease virus идентичен штамму KSGP O-240 [11, 12]. Следует оценивать и учитывать идентичность и аттенуированность штамма вируса при выборе штаммов вакцин для использования у КРС, овец и коз. Защитная доза зависит от используемого вакцинного штамма [13].

Ранее нами были проведены исследования по изучению безопасности и иммуногенности вакцинного штамма НИСХИ вируса оспы овец и штамма G₂₀-LKV вируса оспы коз, используемых для специфической профилактики оспы овец, оспы коз, против узелкового дерматита КРС. При этом для иммунизации КРС данными вакцинами нами были испытаны высокие дозы, которые составляли 80 000 ТЦД₅₀, а для проверки безопасности использовались десятикратные дозы – 800 000 ТЦД₅₀. При этом у вакцинированного обоими препаратами КРС в течение 21 дня наблюдения каких-либо клинических признаков болезней не было выявлено, за исключением местной реакции в виде припухлостей, которые исчезали в течение 2–3 дней. Температура тела оставалась в норме. В крови вакцинированных животных начиная с седьмых суток выявляли вируснейтрализующие антитела [14].

Целью данных исследований являлось определение оптимальной иммунизирующей дозы гетерологической вакцины на основе вируса оспы коз для КРС против узелкового дерматита.

Материалы и методы

В качестве объекта исследований использовали аттенуированный вакцинный штамм G₂₀-LKV вируса оспы коз (GenBank: AY077836.1), полученный путём последовательных пассажей в культуре клеток почки ягнят с биологической активностью 10^6,00 ТЦД₅₀/см³, и эпизоотический вирус узелкового дерматита, вирулентный штамм НИИПББ-2019/К, полученный из изолята 2016 г., выделенного от КРС во время вспышки инфекции в Атырауской области Республики Казахстан, с инфекционной активностью 10^5,5 ТЦД₅₀/см³ в культуре клеток тестикулов ягнят.

Для определения оптимальной иммунизирующей дозы гетерологической вакцины использовали КРС породы «Казахская белоголовая» 6–8-месячного возраста живой массой от 75 до 110 кг. Опыты проводили на клинически здоровых, невакцинированных против узелкового дерматита животных (КРС). До вакцинации определяли иммунный фон КРС в реакции нейтрализации на наличие антител к вирусу узелкового дерматита КРС.

Животные были распределены на 6 групп по 3 головы в каждой. Животные 1–5-й групп были иммунизированы подкожно в область средней трети шеи в объеме 2,0 мл гетерологичной вакциной в дозах 15 000, 30 000, 40 000, 60 000 и 80 000 ТЦД₅₀ соответственно. Животные 6-й группы получили инъекцию фосфатно-солевого буфера (PBS) в том же объёме.

На 21-е сутки после вакцинации животных опытных и контрольной групп подвергали контрольному заражению вирулентным штаммом вируса узелкового дерматита КРС из штамма НИИПББ-2019/К. Контрольное заражение проводили методом титрования вирулентного вируса.

Авторы подтверждают соблюдение институциональных и национальных стандартов по использованию лабораторных животных в соответствии с Consensus Author Guidelines for Animal Use (IAVES, July 23, 2010). Протокол исследования одобрен локальной комиссии по биологической этике Научно-исследовательского института проблем биологической безопасности КН МОН РК (протокол № 4 от 14.04.2021 ).

Результаты

Результаты проведённых опытов по определению оптимальной иммунизирующей дозы гетерологической вакцины для КРС представлены в таблице.

Таблица. Реакция животных, вакцинированных разными дозами гетерологической вакцины, после контрольного заражения вирулентным вирусом методом титрования

Table. Reaction of animals vaccinated with different doses of heterologous vaccine after infection challenge with virulent virus by titration method

Группа животных Group of animals	Доза вакцины, ТЦД₅₀ и контрольного вируса Dose of vaccine, TCD₅₀ and challenge virus	Номера иммунизированных животных, гол. IDs of immunized animals	Реакция животных после вакцинации Reaction of animals after vaccination	Реакция животных после контрольного заражения методом титрования Reaction of animals after infection challenge by titration method
Опытная Experienced	15 000	46131628	Отсутствует Absent	– – – – –
		39494096	Отсутствует Absent	– – – – –
		39494097	Отсутствует Absent	– – – – –
	30 000	61839893	Отсутствует Absent	– – – – –
		46021531	Отсутствует Absent	– – – – –
		46021532	Отсутствует Absent	– – – – –
	40 000	58645	Отсутствует Absent	– – – – –
		38346	Отсутствует Absent	– – – – –
		38365	Отсутствует Absent	– – – – –
	60 000	39494098	Припухлость Swelling	– – – – –
		61839878	Отсутствует Absent	– – – – –
		46021547	Отсутствует Absent	– – – – –
	80 000	46131667	Припухлость Swelling	– – – – –
		61840046	Припухлость Swelling	– – – – –
		61839872	Отсутствует Absent	– – – – –
Контрольная Control	1000	38370	–	+ + + + +
		38345	–	+ + + + +
		38366	–	+ + + + +

Данные таблицы показывают, что все испытанные животные (КРС), получившие разные дозы гетерологической вакцины, по-разному реагировали на её введение. У животных, получивших наименьшие дозы вакцины (15 000, 30 000 и 40 000 ТЦД₅₀), на месте введения препарата кожной реакции не наблюдалось. А у животных, получивших дозы вакцины от 60 000 до 80 000 ТЦД₅₀, в месте введения вакцины наблюдались воспалительные отеки в виде припухлостей до 1–2 см в диаметре, которые постепенно исчезали (рассасывались) в течение 2–3 дней. Температура тела у животных оставалась в пределах нормы. Общее состояние животных было удовлетворительным.

Через три недели после вакцинации все животные оставались клинически здоровыми без каких-либо изменений аппетита и поведения. Побочных явлений, припухлости на месте введения не выявлено.

Через 21 день после вакцинации всех привитых разными дозами (рисунок а) и невакцинированных контрольных животных (рисунок б) инфицировали вирулентным штаммом НИИПББ-2019/К вируса узелкового дерматита КРС. При этом все испытанные животные, получившие разные дозы вакцины, были устойчивы к контрольному заражению. У вакцинированных животных не наблюдалось клинических признаков, характерных для узелкового дерматита КРС, в течение 14 суток наблюдения (рисунок б), тогда как контрольные животные заболели с характерными клиническими признаками узелкового дерматита (рисунок в): повышением температуры тела до 41,5°C на протяжении 4–7 суток, появлением на месте введения вируса сначала припухлостей, которые в дальнейшем переходили в папулы и на 10–12-е сутки превращались в везикулы с развитием некротических узелков (рисунок г). При вскрытии отмечалось, что подкожная клетчатка на месте инфицирования инфильтрирована экссудатом, а окружающие ткани отёчны. Бугорок на разрезе имел творожистую структуру (рисунок д).

Рис. Кожная реакция у вакцинированных и контрольных животных: а – место введения контрольного вирулентного вируса у вакцинированного животного (1-е сутки); б – вакцинированное животное после контрольного заражения (8-е сутки); в – место введения у контрольного животного, инфицированного вирулентным вирусом (1-е сутки); г – некротические узелки на коже контрольного животного (12-е сутки); д – подкожные изменения при вскрытии контрольного животного.

Обсуждение

В борьбе с узелковым дерматитом в качестве вакцин используют живые аттенуированные штаммы каприпоксвирусов [15–17], которые являются кросс-реактивными в пределах рода. Все штаммы каприпоксвируса овец, коз или КРС, исследованные в настоящее время, имеют основной нейтрализующий сайт, так что животные, перенёсшие заражение одним штаммом, становятся резистентными к заражению другими штаммами [18]. Таким образом, существует возможность использования отдельного штамма каприпоксвируса для защиты как овец, так и коз от всех полевых изолятов вируса, независимо от того, имеют они азиатское или африканское происхождение [19, 20].

Ранее в Египте во время вспышки нодулярного дерматита использовали румынский штамм вакцины против оспы овец. Однако перед тем, как вводить в организм новый вакцинный штамм, который обычно не используется для КРС, рекомендуется проводить контрольные пробные испытания. Все штаммы каприпоксвируса, которые обычно используют в качестве вакцин, могут продуцировать сильную локальную реакцию в участке инокуляции у КРС вида Bos taurus [21]. Это препятствует использованию вакцины даже несмотря на то, что последствия вспышки узелкового дерматита всегда более тяжёлые.

Недавние исследования показывают, что высокая доза вакцины оспы овец из штамма RM-65 также может вызвать побочные эффекты [6].

По данным G. Gari и соавт. (2015), испытания эфиопских вакцин Neethling, O-180 вируса оспы овец и изготовленной Иорданским центром биоиндустрии (JOVAC) вакцины штамма Gorgan вируса оспы коз показали, что последняя защищала всех вакцинированных телят от высоковирулентного эфиопского полевого штамма вируса узелкового дерматита КРС. Результаты реакции гиперчувствительности замедленного типа показали, что КРС, вакцинированный данной вакциной, имел высокий уровень клеточного иммунного ответа, что указывает на более высокие уровни иммуногенности [22].

Использованный нами аттенуированный штамм G₂₀-LKV вируса оспы коз был получен из полевого изолята вируса оспы коз путём проведения 20 серийных пассажей в клетках почки ягнят. Вакцина, приготовленная из этого штамма, обеспечивала иммунитет у привитых коз через пять дней, а напряжённый иммунитет сохранялся не менее 12 месяцев [23].

Результаты исследовании показали, что все животные, вакцинированные разными испытанными дозами гетерологической вакцины, были устойчивы к контрольному заражению вирулентным штаммом вируса узелкового дерматита КРС. При этом локальная реакция в участках инокуляции вакцины не отмечалась, кроме незначительной припухлости, которая на 3–4-е сутки рассасывалась без проявления каких-либо клинических признаков болезни.

Заключение

Таким образом, вакцина, изготовленная на основе штамма G₂₀-LKV вируса оспы коз, обладает протективными свойствами в отношении заражения КРС вирулентным вирусом узелкового дерматита при иммунизирующих дозах от 15 000 до 80 000 ТЦД₅₀. Оптимальная иммунизирующая доза для КРС составляет 15 000 ТЦД₅₀, при которой у вакцинированных животных не отмечается поствакцинальных осложнений.