Evaluation of 'Bacterial ghosts' with iron receptors for protection against avian pathogenic Escherichia coli (APEC)

Abstract

Aviaire pathogene Escherichia coli (APEC) zijn Gram-negatieve bacteriën die wereldwijd verscheidene ziektes bij pluimvee veroorzaken. Een van deze aandoeningen, colibacillosis, wordt beschouwd als één van de belangrijkste oorzaken van economische verliezen in de pluimvees ector. De bacteriën tasten eerst de ademhalingswegen aan waarna ze de bl oedbaan binnendringen (septicemie) en interne organen infecteren hetgeen leidt tot perihepatitis, pericarditis, peritonitis, splenitis en salpin gitis. Dit resulteert in koorts, verminderde groei, verhoogde mortalitei t en een lagere eiproductie. Een ander belangrijk ziektesyndroom is cell ulitis of necrotische dermatitis waarbij APEC de diepere weefsellagen ro nd de dijen koloniseren. Cellulitis is gekarakteriseerd door een diffuse , oedemateuze ontsteking en wordt meestal vastgesteld in het slachthuis met karkas afkeuringen tot gevolg. Deze gegevens illustreren de behoefte aan preventieve maatregelen. Het doel van deze doctoraatsthesis was dan ook de ontwikkeling van een breedspectrum vaccin tegen APEC infecties. Een van de virulentiefactoren geassocieerd met APEC is het ijzeropnamesy steem dat gebruik maakt van ferri-siderofoor receptoren en receptoren vo or heem. Met behulp van 5 nieuw ontwikkelde multiplex polymerase ketting reacties werden 239 APEC stammen onderzocht op het voorkomen van 12 ijze rreceptorgenen. De volgende prevalenties werden gevonden: 100% voor fhuE en fepA, 96.2% voor fiu, 92.9% vo or cir, 92.5% voor iroN, 87.4% voor iutA</ &gt;, 63.2% voor fecA, 53.1% voor fyuA, 46.9% voor&amp;nb sp;fhuA, 45.6% voor ireA, 41.8% voor chuA en 4.6% voor iha. In elke onderzochte stam werden minstens 4 ij zerreceptorgenen gedetecteerd hetgeen het belang van het ijzeropname sys teem voor APEC virulentie benadrukt. Gebaseerd op deze prevalenties en/o f op eerdere publicaties die melding maakten van succesvolle vaccinatiep roeven werden de ferri-siderofoorreceptoren FhuE, FepA, IroN en IutA wee rhouden als beloftevolle kandidaat antigenen. Voor de ontwikkeling van een breedspectrum vaccin is het belangrijk dat een kandidaat antigen geconserveerd is tussen de verschillende stammen. Aangezien werd aangetoond dat APEC sterk verwant is met uropathogene&amp;nbs p;E. coli (UPEC) en neonatale meningitis geassocieerde E. coli (NMEC) werd de graad van conservering voor FhuE, FepA, IroN en I utA tussen deze pathotypes nagegaan met behulp van meervoudige proteïnea lignering. De proteïnesequenties geassocieerd met deze receptoren werden afgeleid voor de APEC stam CH2 (en/of APEC1) en vergeleken met de seque nties voor APEC, UPEC of NMEC terug te vinden op NCBI. Alle ferri-sidero foorreceptoren waren voor minstens 99% geconserveerd tussen de geselecte erde stammen. Twee tentatieve vaccins, levende E. coli en E. coli</ &gt; bacterial ghosts die FepA, FhuE, IroN en IutA uitdrukken als recombi nante proteïnen in hun buitenmembraan, werden geëvalueerd in een vaccina tie-experiment. Twee expressievectoren die elk 2 ferri-siderofoor-recept orgenen bevatten, pACYC::fepA,iutA en pRSF::fhuE,iroN, werde n gebruikt om E. coli BL21 Star DE3 te transformeren. Express ie werd geïnduceerd met behulp van isopropyl-ß-D-thiogalactopyranos ide (IPTG) en resulteerde in het tentatieve levende E. coli v accin. Hiernaast werden E. coli BL21 Star DE3 getransformeerd met het lysisplasmide pBAD::lysE gevolgd door transformatie met p ACYC::iutA,fepA of pRSF::iroN,fhuE. Expressie van de ijzerre ceptoren door inductie met IPTG gevolgd door initiatie van lysis met beh ulp van L-arabinose resulteerde in 2 recombinante bacterial ghost cons tructen die samengevoegd werden tot het tentatieve geïnactiveerde vaccin . Immunisatie van kippen, intramusculair met de bacterial ghosts of in tranasaal met levende E. coli, induceerde een E. coli -specifieke IgG immuunrespons, die vlak voor challenge significant ho ger was dan de respons in de controle groepen, die PBS of LB toegediend kregen. Hoewel deze tentatieve vaccins noch letsels noch mortaliteit kon den verhinderen na APEC challenge, lag de mortaliteit na immunisatie met recombinante (23%) of niet-recombinante (30%) bacterial ghosts lager dan in de controle groep (60%). Niettemin resulteerde enkel immunisatie met de recombinante bacterial ghosts in een trend naar significantie.Dankwoord I Samenvatting V Summary VII List of abbreviations IX Table of contents XIII Chapter 1 General introduction on avian pathogenic Escherichia coli, its iron acquisition system and bacterial ghosts 1 Part 1 Avian pathogenic Escherichia coli (APEC) 3 Part 2 Bacterial iron acquisition, a necessity for bacterial survival 15 Part 3 Bacterial ghosts, a new versatile approach in vaccine development 37 Aims of study 47 Chapter 2 High prevalence iron receptor genes of avian pathogenic Escherichia coli. 49 Chapter 3 The ferri-siderophore receptors FepA, FhuE, IroN and IutA are highly conserved between avian pathogenic Escherichia coli (APEC), uropathogenic E. coli (UPEC) and neonatal meningitis-associated E. coli (NMEC) 59 Chapter 4 Immunization of chickens with Escherichia coli ghosts or live E. coli expressing the ferri-siderophore receptors FepA, FhuE, IroN and IutA does not protect chickens against colibacillosis 71 Chapter 5 General discussion and future perspectives 95 References 101 List of publications 121status: publishe