Relationship between immunogenic and antigenic activity of the vaccine against colibacteriosis of animals

Cover Page

Abstract


Studies of such quality indicators as immunogenic and antigenic activity of the vaccine against colibacteriosis of animals have been carried out in experiments with laboratory animals. Immunogenic activity was determined by vaccination of white mice with different doses of the vaccine, followed by infection with virulent strains of Escherichia , producers of adhesive antigens, and determination of ID The antigenic activity of the vaccine was studied in experiment on rabbits by determining the level of antibodies to adhesive antigens in agglutination reaction in blood serum of vaccinated animals. The relationship between immunogenic and antigenic activity of the vaccine was detected by studying preventive activity of sera obtained from vaccinated rabbits in the experiment on white mice. The analysis of the obtained research results was given. The relationship between the level of antibodies to adhesive antigens in the blood serum of vaccinated animals and the immunogenic activity of the vaccine in the experiment on laboratory animals was established.


Full Text

Введение Инфекционные болезни наносят значительный ущерб животноводству: падеж, снижение продуктивности заболевших животных и затраты на их лечение. Болезни желудочно-кишечного тракта - наиболее часто встречающаяся форма патологии среди молодняка сельскохозяйственных животных. Как правило, одной из основных причин возникновения данных заболеваний являются патогенные Escherichia coli (E.coli) - возбудители колибактериоза [1]. Случаи возникновения колибактериоза регистрируются во всех странах мира [1]. Эти микроорганизмы также опасны для здоровья людей [2-6]. Наиболее распространенные инфекции у животных связаны с сальмонеллезом и колибактериозом. Распространенность в европейских странах варьируется от 18 до 90 %. В Соединенных Штатах Америки распространенность зараженного поголовье составляет почти 90 %. В США ежегодные экономические потери от заражения E.coli составляют от 1 до 12 млрд долл. В 2005 г. экономические потери в птицеводстве из-за смертности достигли 1 млн долл. [1, 7]. По данным Центра ветеринарии в отчете по заразным болезням за 2018-2019 гг. в федеральных округах и субъектах РФ было выявлено 128 случаев колибактериоза, заболело 559 теленка, из них пало 3431. На данный момент вакцинация является одной из самых эффективных мер борьбы с инфекционными заболеваниями. Вакцинацию против эшерихиоза проводят во всех развитых странах мира. Разработкой и совершенствованием вакцин против колибактериоза занимается ряд ведущих фирм по производству биопрепаратов. Все вакцины против инфекционных болезней животных, находящиеся в обороте на территории РФ подлежат регистрации1. В настоящее время зарегистрировано и применяются около 30 наименований вакцин против колибактериоза животных. Среди них такие монои ассоциированные вакцины отечественного производства, как «Коливак», «Вероколивак», ассоциированная вакцина против анаэробной энтеротоксемии и эшерихиоза поросят (ФКП «Армавирская биофабрика»), «Веррес-Коли», «Веррес Коликлос», «Комбовак-К», вакцина комбинированная против трансмиссивного гастроэнтерита, ротавирусной болезни и эшерихиоза свиней (ООО «Ветбиохим»). Среди вакцин зарубежного производства широкое применение нашли «Неоколипор» (Меrial, Франция), «Порцилис Порколи DF», «Порцилис ColiClos», вакцина Rotavec Corona (Intervet, Нидерланды), «Литергард LT-C», «Скоугард 4КС» («Зоэтис Эл Эл Си», США), «СУИСЕНГ» (Лаборатория Хипра С.А., Испания) и др. [8]. В состав указанных вакцин входят адгезивные антигены эшерихий. Наличие в вакцине оптимальных количеств адгезивных антигенов К88 (F4), К99 (F5), 987P (F6), F41 определяет иммуногенную и антигенную активность препарата. Контроль действующих веществ в вакцинах осуществляется как в реакции агглютинации (РА), так и иммуноферментным анализом (ИФА). Колибактериоз - одна из самых распространенных болезней молодняка сельскохозяйственных животных бактериальной этиологии в мире [1, 8-11]. По данным отечественных и зарубежных источников литературы, заболеваемость в неблагополучных по колибактериозу хозяйствах достигает у поросят - 70, у телят - 80 %. (Именно телята образуют основной резервуар для передачи патогенной кишечной палочки человеку [4]). Летальность этих животных от эшерихиоза колеблется от 20 до 90 % [12]. Возбудителями эшерихиоза являются энтеропатогенные E.coli, обладающие адгезивными антигенами и вырабатывающие энтеротоксины. Заражение животных 1 Федеральное государственное бюджетное учреждение «Центр ветеринарии»: официальный сайт. Режим доступа: https://центр-ветеринарии.рф - tsentr veterinary. Дата обращения: 18.03.2020. происходит перорально. Адгезивные антигены эшерихий обеспечивают колонизацию возбудителем тонкого отдела кишечника, прочно связываясь с энтероцитами слизистой кишечника [13]. Таким образом, адгезивные антигены эшерихий играют ведущую роль в патогенезе болезни. Адгезивные антигены имеют белкового природу и обладают высокой иммуногенностью. Поэтому, в настоящее время как в нашей стране, так и за рубежом разработаны и широко применяются вакцины против колибактериоза, содержащие выделенные из бактериальных клеток адгезивные антигены и обладающие высокими протективными и превентивными свойствами. Известно, что вакцины, состоящие из высокоиммуногенных компонентов бактериальной клетки, не только более эффективны, но и менее реактогенны, чем вакцины из целых клеток. Возможность индукции иммунного ответа при введении в организм восприимчивых животных только специфических протективных субстанций, максимально освобожденных от сопутствующих балластных компонентов, открывает пути для получения ареактогенных и стандартных вакцин. Молозивные антитела иммунизированных животных покрывают слизистую оболочку тонкого отдела кишечника новорожденных и препятствуют прикреплению и размножению патогенных E.coli. Вакцинацию против эшерихиоза проводят во всех развитых странах мира. Разработкой и совершенствованием вакцин против колибактериоза занимается ряд ведущих фирм по производству биопрепаратов. Цель работы - изучить связь между иммуногенной и антигенной активностью вакцины против колибактериоза животных в отношении адгезивных антигенов в опыте на лабораторных животных. Материалы и методы Во Франции, Нидерландах, Испании, США контроль вакцин против колибактериоза осуществляется на белых мышах, морских свинках или кроликах по индексу относительной активности - разнице между средним титром антител к адгезивным антигенам и энтеротоксинам в сыворотке крови вакцинированных и контрольных животных [1, 14]. Данный метод контроля позволяет количественно устанавливать иммуногенную активность препарата в отношении факторов вирулентности эшерихий. В РФ контроль иммуногенной и антигенной активности вакцин против колибактериоза также проводят на белых мышах, морских свинках или кроликах. По нашему мнению, только комплексный количественный контроль иммуногенной и антигенной активности вакцины позволит достаточно достоверно оценить ее эффективность. Работа выполнена в лаборатории качества и стандартизации бактерийных лекарственных средств Всероссийского государственного центра качества и стандартизации лекарственных средств для животных и кормов (ФГБУ «ВГНКИ»). В работе использовали штаммы Escherichia coli, диагностические сыворотки, питательные среды, вакцины, лабораторных животных, а также бактериологические, серологические, иммунологические методы исследований, необходимые для проведения контроля качества вакцин против колибактериоза. Штаммы. Были использованы 4 штамма Escherichia coli (далее - эшерихии), продуценты адгезивных антигенов К88, К99, 987Р, F41. Штаммы хранили на полужидком мясо-пептонном агаре (МПА) или в лиофилизированном состоянии при температуре 2…4 0С. Диагностические сыворотки. Для определения адгезивных антигенов использовали набор антисывороток к адгезивным антигенам эшерихий К88, К99, 987Р, F41, А20 (коли-адгезин тест) производства Института экспериментальной ветеринарии им. С.Н. Вышелесского (Республика Беларусь). Питательные среды. Мясо-пептонный бульон (МПБ), МПА, агар и бульон Хоттингера и среда Минка. В экспериментальной работе использовано: белых мышей массой 18…20 г - 680; кроликов массой 2,5…3,0 кг - 10. 2 Всех выживших в опыте белых мышей подвергали эвтаназии путем ингаляции CO , кроликам вводили Адилин-супер в дозе 4 мг/кг. Результаты и обсуждение Иммуногенную активность вакцины исследовали на 400 белых мышах массой 18…20 г. Животных иммунизировали подкожно однократно в дозах 0,0625; 0,125; 0,25 и 0,5 см3, используя по 20 белых мышей на дозу, 80 особей служили контролем. Через 28 суток опытных и контрольных животных заражали вирулентными штаммами эшерихий, продуцентами адгезивных антигенов О115:К88, O141:К99, О9:К103:987Р, О101:F41, в дозе 3ЛД50. Результаты опыта приведены в табл. 1. Иммуногенная активность вакцины в опыте на белых мышах Таблица 1 Наименование штамма Доза вакцины, см3 Количество животных Доза для заражения, млрд микр. кл. Результаты ИД50, см3 Пали Белые мыши О115:К88 0,0625 0,125 0,25 0,5 20 20 20 20 1,0 7 15 20 20 13 5 - - 0,08342 O141:К99 0,0625 0,125 0,25 0,5 20 20 20 20 1,25 2 14 20 20 18 6 - - 0,1006 О9:К103:987Р 0,0625 0,125 0,25 0,5 20 20 20 20 1,5 4 14 20 20 16 6 - - 0,09361 О101:F41 0,0625 0,125 0,25 0,5 20 20 20 20 1,0 5 14 20 20 15 6 - - 0,08879 Контроль О115:К88 - 20 1,0 - 20 - O141:К99 - 20 1,25 - 20 - О9:К103:987Р - 20 1,5 - 20 - О101:F41 - 20 1,0 - 20 - Immunogenic activity of the vaccine in the experiment on white mice Table 1 Strain Dose of vaccine, cm3 Number of animals Dose for infection, billion mic. cells Results ID50, cm3 Died Белые мыши О115:К88 0.0625 0.125 0.25 0.5 20 20 20 20 1.0 7 15 20 20 13 5 - - 0.08342 O141:К99 0.0625 0.125 0.25 0.5 20 20 20 20 1.25 2 14 20 20 18 6 - - 0.1006 О9:К103:987Р 0.0625 0.125 0.25 0.5 20 20 20 20 1.5 4 14 20 20 16 6 - - 0.09361 О101:F41 0.0625 0.125 0.25 0.5 20 20 20 20 1.0 5 14 20 20 15 6 - - 0.08879 Control О115:К88 - 20 1.0 - 20 - O141:К99 - 20 1.25 - 20 - О9:К103:987Р - 20 1.5 - 20 - О101:F41 - 20 1.0 - 20 - Из данных табл. 1 следует, что вакцина обладала высокими иммуногенными 50 свойствами. ИД варьировала в пределах от 0,08342 до 0,1006 см3 при заражении 50. вирулентными штаммами E. Coli, продуцентами адгезивных антигенов, в дозе 3LD Антигенную активность вакцины исследовали на 10 кроликах массой 2,5…3,0 кг. Животных иммунизировали внутримышечно однократно в дозе 1 см3. Через 7-1428-35-49-77 суток у кроликов из ушной вены брали кровь, полученную сыворотку исследовали в реакции агглютинации со штаммами продуцентами адгезивных антигенов О115: К88, O141: К99, О9: К103:987Р, О101: F41. Оставшуюся часть сыворотки использовали для определения ее превентивной активности на белых мышах. Результаты опытов приведены в табл. 2 и 3. Антигенная активность вакцины в опыте на кроликах Таблица 2 Наименование вакцины Наименование антигена Средний титр антител в сыворотке крови кроликов (РА) на день после вакцинации 7-й 14-й 28-й 35-й 48-й 77-й Вакцина против эшерихиоза сельскохозяйственных животных О115:К88 О141:К99 О9:К103:987Р О101:F41 1:89,89±14,45 1:70,65±8,0 1:49,78±11,5 1:100,5±23,0 1:200,1±50,5 1:120,3±24,9 1:100,5±22,2 1:266,6±34,6 1:355,6±58,0 1:319,0±0 1:276,6±35,6 1:476,0±97,6 1:555,2±74,2 1:486,0±98,6 1:366,6±58,0 1:647,0±21,0 1:465,0±95,6 1:366,6±55,0 1:370,0±0 1:556,2±74,2 1:62,63±12,5 1:51,78±11,6 1:43,95±7,25 1:92,89±14,48 Antigenic activity of the vaccine in the experiment on rabbits Table 2 Vaccine Antigen The average titer of antibodies in serum of rabbits (RA) on the day after vaccination 7 14 28 35 48 77 Вакцина против эшерихиоза сельскохозяйственных животных О115:К88 О141:К99 О9:К103:987Р О101:F41 1:89,89±14,45 1:70,65±8,0 1:49,78±11,5 1:100,5±23,0 1:200,1±50,5 1:120,3±24,9 1:100,5±22,2 1:266,6±34,6 1:355,6±58,0 1:319,0±0 1:276,6±35,6 1:476,0±97,6 1:555,2±74,2 1:486,0±98,6 1:366,6±58,0 1:647,0±21,0 1:465,0±95,6 1:366,6±55,0 1:370,0±0 1:556,2±74,2 1:62,63±12,5 1:51,78±11,6 1:43,95±7,25 1:92,89±14,48 Данные табл. 2 свидетельствуют о том, что наибольший уровень антител в сыворотке крови вакцинированных животных достигался к 35-му дню после иммунизации и составлял в среднем для антигена О115:К88 - 1:555,2; антигена O141:К99 - 1:468,0; антигена О9:К103:987Р - 1:366,6; антигена О101:F41 - 1:647,0, снижался к 77-му дню в 7…9 раз и составлял в среднем для антигена О115:К88 - 1:62,63; антигена O141:К99 - 1:51,8; антигена О9:К103:987Р - 1:43,95; антигена О101:F41 - 1:92,89. В дальнейшем исследовали превентивную активность полученных сывороток в опыте на белых мышах. Сыворотки вводили подкожно, однократно в дозе по 0,2 см3, используя по 40 белых мышей на каждую сыворотку (по 10 на каждый штамм). Через 24 часа после введения сыворотки иммунизированным животным и такому же количеству неиммунизированных (контрольных) вводили внутрибрюшинно подтитрованную смертельную дозу четырех вирулентных штаммов эшерихий серогрупп О115:К88, O141:К99, О9:К103:987Р, О101:F41 в дозе 3LD 50 . Каждым штаммом заражали по 10 иммунизированных и 10 контрольных белых мышей. Живы Превентивная активность сывороток Таблица 3 Заражающий штамм Количество белых мышей Сыворотки кроликов, полученные на день после иммунизации Контроль 7-й 14-й 28-й 35-й 48-й 77-й Живы Пали Пали Живы Пали Живы Пали Живы Пали Живы Пали Живы Пали О115:К88 10 2 8 4 6 8 2 10 0 9 1 1 9 - 10 O141:К99 10 1 9 3 7 8 2 10 0 9 1 0 10 - 10 О9:К103:987Р 10 1 9 3 7 6 4 9 1 9 1 0 10 - 10 О101:F41 10 2 8 4 6 9 1 10 0 10 0 2 8 - 10 Survived Preventive serum activity Table 3 Infectious strain Number of white mice Serum of rabbits obtained on the day after immunization Control 7 14 28 35 48 77 Survived Died Died Survived Died Survived Died Survived Died Survived Died Survived Died О115:К88 10 2 8 4 6 8 2 10 0 9 1 1 9 - 10 O141:К99 10 1 9 3 7 8 2 10 0 9 1 0 10 - 10 О9:К103:987Р 10 1 9 3 7 6 4 9 1 9 1 0 10 - 10 О101:F41 10 2 8 4 6 9 1 10 0 10 0 2 8 - 10 Из материалов табл. 3 видно, что сыворотка, полученная на 28, 35 и 48-й день после иммунизации кроликов и имевшая титры антител, превышающие 1:300, защищала 80…100 % белых мышей от заражения вирулентными штаммами, продуцентами адгезивных антигенов. В то же время сыворотка, полученная на 7 и 77-й день после вакцинации кроликов, обеспечивала защиту белых мышей от заражения лишь на 10…20 %. Заключение На основании вирулентности и фенотипических характеристик авторы относят колибактериоз к основным причинам инфекционной диареи у животных. Обзорная составляющая исследований показала, что штаммы Escherichia coli являются особенными патогенными микроорганизмами, вызывающими различные заболевания не только у домашних животных и птицы, но и у людей. Бактерии Escherichia coli являются наиболее распространенными причинами диареи и сепсиса у телят. Кроме того, телята образуют основной резервуар для передачи патогенной кишечной палочки человеку. Инфекции, вызываемые этими патогенами, часто через продукты птицеводства, также являются серьезной проблемой общественного здравоохранения. Инфекции в животноводстве, а также птицеводстве становятся экономической и медицинской проблемой в Европе и во всем мире. Результаты исследований показали, что связь между иммуногенной и антигенной активностью вакцины против колибактериоза животных в отношении адгезивных антигенов, изученная в опытах на лабораторных животных, заключается в том, что с увеличением титра антител в сыворотке крови вакцинированных животных возрастает защита животных от контрольного заражения вирулентными штаммами. Превентивная активность сывороток крови вакцинированных кроликов достигала 100 % и защищала белых мышей от заражения вирулентными штаммами эшерихий. Полученные результаты соответствуют данным других отечественных и зарубежных авторов.

About the authors

Alsu A. Galiakbarova

Peoples Friendship University of Russia (RUDN University); The Russian state center for animal feed and drug standardization and quality

Author for correspondence.
Email: Alsu.anvarovna.st@mail.ru
Moscow, Russian Federation

PhD student, Institute of Biochemical Technology and Nanotechnology; Researcher, Laboratory for Quality and Standardization of Bacterial Medicines, The Russian state center for animal feed and drug standardization and quality

Mikhail K. Pirozhkov

The Russian state center for animal feed and drug standardization and quality

Email: misha.pirojkov@yandex.ru
Moscow, Russian Federation

Doctor of Veterinary Sciences, Leading Researcher, Laboratory for Quality and Standardization of Bacterial Medicines

References

  1. Navarro-Garcia F., Ruiz-Perez F., Cataldi Á., Larzábal M. Type VI Secretion System in Pathogenic Escherichia coli: Structure, Role in Virulence, and Acquisition // Front Microbiol. 2019. Aug 30;10:1965. doi: 10.3389/fmicb.2019.01965
  2. Schifferli D.M., Dubreuil J.D., Isaacson R.E. Animal Enterotoxigenic Escherichia coli // EcoSal Plus. 2016. Vol. 7. № 1. doi: 10.1128/ecosalplus.ESP-0006-2016
  3. Kolenda R., Burdukiewicz M., Schierack P. A systematic review and meta-analysis of the epidemiology of pathogenic Escherichia coli of calves and the role of calves as reservoirs for human pathogenic E. coli. // Frontiers in cellular and infection microbiology. 2015. Vol. 5. № 23. doi: 10.3389/fcimb.2015.00023
  4. Feodorova V.A., Sayapina L.V., Corbel M.J., Motin V.L. Russian vaccines against especially dangerous bacterial pathogens // Emerging microbes & infections. 2014. Vol. 3. № 1. p. 1-17. doi: 10.1038/emi.2014.82.
  5. Nicolas-Chanoine M.H., Bertrand X., Madec J.Y. Escherichia coli ST131, an intriguing clonal group // Clinical microbiology reviews. 2014. Vol. 27. № 3. Рp. 543-574. doi: 10.1128/CMR.00125-13
  6. Stromberg Z.R., Johnson J.R., Fairbrother J.M., Kilbourne J., Van Goor A., Curtiss R. Rd, Mellata M. Evaluation of Escherichia coli isolates from healthy chickens to determine their potential risk to poultry and human health // PloS one. 2017. Vol. 12. № 7. e0180599. doi: 10.1371/journal.pone.0180599
  7. Wernicki A., Nowaczek A., Urban-Chmiel R. Bacteriophage therapy to combat bacterial infections in poultry // Virology journal. 2017. Vol. 14. № 1. 179. doi: 10.1186/s12985-017-0849-7
  8. Волкова М.В., Малинин М.Л. Применение экспериментальной вакцины против эшерихиоза сельскохозяйственных животных // Вестник Ульяновской ГСХА. 2014. № 28. С. 71-72.
  9. Гаркавенко Т.А. Антибиотикорезистентность возбудителей бактериальных инфекций животных в Украине // Актуальные проблемы интенсивного развития животноводства. 2017. № 20(2). С. 234-240.
  10. Намазова-Баранова Л.С., Баранов А.А. Антибиотикорезистентность в современном мире // Педиатрическая фармакология. 2017. T. 14. № 5. С. 341-354. doi: 10.15690/pf.v14i5.1782
  11. Kotlowski R., Grecka K., Kot B., Szweda P. New approaches for Escherichia coli Genotyping // Pathogens. 2020. Vol. 9. № 2. P. 73. doi: 10.3390/pathogens9020073
  12. Пирожков М.К., Ленев С.В., Викторова Е.В., Стрельченко С.А., Тихонов Л.И., Скляров О.Д. Диагностика, специфическая профилактика и лечение при бактериальных болезнях животных // Ветеринария. 2011. № 1. С. 24-28.
  13. Сусский Е.В., Пирожков М.К. Оптимизация и стандартизация технологических процессов производства и контроля качества бактериальных антигенов // Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии: труды XVIII Междунар. конф. и дискуссионного науч. клуба. Ялта-Гурзуф, 2010. Т. 2. С. 120-122.
  14. Singh P., Metgud S.C., Roy S., Purwar S. Evolution of diarrhea genic Escherichia coli pathotypes in India // J Lab Physicians. 2019. Vol. 11. № 4. Рр. 346-351. doi: 10.4103/JLP.JLP_58_19

Statistics

Views

Abstract - 51

PDF (Russian) - 22

Cited-By


PlumX

Dimensions


Copyright (c) 2020 Galiakbarova A.A., Pirozhkov M.K.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies