Prevention and Control of Virus Disease

Impfstoffe zum Schutz vor dem
Schmallenberg-Virus,
welche Optionen haben wir?“
Gert Zimmer
Institut für Viruskrankheiten und Immunprophylaxe (IVI)
Mittelhäusern
Bunyaviren
 ss (-)RNA, 3 Segmente (Reassortment!)
 Lipidhülle
 4 Gattungen mit tier- und humanpathogenen Erregern, > 350 Vertreter
 Übertragung durch Insekten bzw. Zecken,
Ausnahme Hantavirus (Nager)
ViralZone:www.expasy.org/viralzone,Swiss Institute of Bioinformatics)
 Vorkommen der Viren an den Vektor
gebunden
 z.T. vertikale Übertragung auf die
Insekteneier möglich
Genprodukte, Antigene
ViralZone:www.expasy.org/viralzone,Swiss Institute of Bioinformatics)
Segment
Genprodukt
Funktion
S Segment
Nukleoprotein N
NSs
Kapsid
Interferonantagonist
M Segment
Glykoprotein Gn-Gc
NSm
Rezeptorbindung, Fusion
Morphogenese
L Segment
RNA-Polymerase L
Transkription, Replikation
Charakteristische Vertreter
der Bunyaviren
Modrow, Falke,Truyen, Schätzl, 2010
Charakteristische Vertreter der Bunyaviren
Modrow, Falke,Truyen, Schätzl, 2010
Rift-Valley-Fieber-Virus (RVFV)
 Gattung Phlebovirus,
 Afrika, arabische Halbinsel
 Stechmücken (Aedes, Culex)
 Wiederkäuer: Hämorragisches Fieber,
Durchfall, Aborte
 Menschen: grippeähnliche Symptome, 1%
schwere Verläufe mit hämorragischem
Fieber, Hepatitis (Mortaliät 50%).
CDC
 BSL-3
 Tot- und Lebendimpfstoffe für Tiere
verfügbar, Lebendimpfstoffe mit Aborten
assoziiert.
 Nukleoprotein mit protektiven
Eigenschaften
J. Huiskonen
Transmissionszyklus RVFV
Virämie
Virämie
Bernard Mondet (IRD)
Krim-Kongo-Fieber-Virus
 Gattung Nairovirus,
 Vorderasien, Türkei, Afghanistan
 Übertragung durch Schildzecken
(Hyalomma), Ausbreitung des Vektors!
globalpharmasectornews
 Infektion von Wiederkäuern subklinisch
 Hämorrhagisches Fieber im Menschen
(20-40% Mortalität)
 BSL-4
 kein Impfstoff verfügbar
camel4all
Nairobi-Krankheit der Schafe
 Gattung Nairovirus,
 Afrika
 Übertragung durch braune Ohrenzecken
(Rhipicephalus)
 Schafe, Ziegen: Hämorraghische Gastroenteritis, Fieber, Aborte, hohe Mortalität
 Humane Infektionen selten
 Kommerzielle Impfstoffe nicht verfügbar
 Experimentelle Tot- u. Lebendvakzine:
mehrere Applikationen notwendig
H. Mehlhorn
Akabane-Virus
 Gattung Orthobunyavirus,
Simbu-Serogruppe
 Australien, Neuseeland, Südasien,
Afrika, Japan, Korea, Mittlerer Osten
 Übertragung durch Mücken
(Culicoides, Culex, Aedes)
 Infektion von Wiederkäuern
(Rinder, Schafe, Ziegen)
 Missbildung der Feten
(Microencephalie, Arthrogrypose)
 Inaktiviertes Virus als Totimpfstoff in
Endemiegebieten im Einsatz
Schmallenberg-Virus
 Isolierung im November 2011 in Schmallenberg,
Deutschland
 Genus Orthobunyavirus
 Wiederkäuer: Fieber, Rückgang der Milchleistung,
Frühgeburten, Missbildungen
 Vermutlich nicht humanpathogen
 Übertragung durch Gnitzen (Culicoides),
andere Insekten?
 Herkunft unklar!
 Totimpfstoffe in der Entwicklung
FLI
Schmallenberg-Virus,
eine Reassortante?
SCOFCAH Brussels, 2011
Brauchen wir einen Impfstoff
gegen Schmallenberg-Virus?
Nein
Ja
Milde und kurze Krankheit
bei adulten Tieren
Wirtschaftliche Verluste
aufgrund hoher Abortraten
bei Schafen!
Hohe Seroprevalenz in
endemischen Gebieten,
natürliche Immunität
Viele Regionen Süd- und
Osteuropas bislang noch frei
von Schmallenberg-Virus.
Reservoir in wildlebenden
Wiederkäuern?
Wiederholtes Einschleppen
des Virus
BTV-8-Impfkampagne
 Seit 2006 hat sich BTV-8 über ganz
Mittel- und Nordeuropa ausgebreitet
 Vektor: Culicoides
Wilson, Darpel & Mellor (2008)
 Impfung mit Totvakzine (zunächst
obligatorisch, seit 2011 freiwillig)
 Inzwischen gilt die Schweiz und andere
Länder als „BTV-8-frei“.
P. Roy, 2008
Welche Art von Impfstoff
sollen wir verwenden?
 Totimpfstoff
 Virus-ähnliche Partikel
 Lebendimpfstoff
 Vektorimpfstoff
 Replikonpartikel
Lebendimpfstoffe
Vorteile
Nachteile
• Effektiv: Induktion von humoraler
u. zellulärer Immunität
• Schwierige Balance zwischen
Pathogenität u. Attenuierung
• Länger anhaltende Immunität
• Revertanten!
• Keine Adjuvantien notwendig
• Ausscheider
• Relativ kostengünstig
• Booster ineffektiv
• Lagerung?
• Kontaminationen (z.B. SV40)
• Schwierige Unterscheidung von
infizierten u. vakzinierten Tieren
Totimpfstoffe
Vorteile
• Hohe Sicherheit
• Einfachere Lagerung
Nachteile
• Geringe Induktion der zellulären
Immunität
• Inaktivierung kann zum Verlust
der Immunogenität führen
• Adjuvantien notwendig
(Nebenwirkungen!)
• Immunologisches Gedächtnis von
kürzerer Dauer
• Schwierige Unterscheidung von
infizierten u. vakzinierten Tieren
Warum brauchen wir zur Bekämpfung
von Tierseuchen Markerimpfstoffe?
 Eine einfache serologische Unterscheidung infizierter von geimpften
Tieren (DIVA) ist mit konventionellen Impfstoffen oft schwierig.
 Exportbeschränkungen im Fall der Impfung.
 Erschwerung von Überwachungs- und Eradikationsprogrammen.
 Politik der Nichtimpfung.
Virus der vesikulären Stomatitis (VSV)
RNP
M
G
3'
N
P
M
M
G
~ 11,200 nt
L
5'
Virus der vesikulären Stomatitis (VSV)
 Rhabdoviridae
 Lateinamerika, Südstaaten der USA
 Übertragung durch Insekten (z.B. Sandfliegen)
 Pferde, Kühe, Schweine: klinische Symptome
ähnlich MKS
 Zellkultur:
- breiter Zelltropismus
- kurze Replikationszyklus (~ 5h)
- hohe Titer (>109 pfu/ml)
- zytotoxisch
- sehr sensitiv gegenüber der Wirkung von IFN
Colostate.edu
Das VSV*G-Replikon
3'
N
P
M
G
L
5'
VSV*G 3'
N
P
M
GFP
L
5'
VSV
nicht-induziert
8
induziert
induziert
6
4
2
nicht-induziert
M
Helferzelllinie (BHK-G43)
12
24
36 h.pi.
RNA-Replikons:
autonom replizierende RNA
N
P
M
GFP
L
H+
• Effiziente Übertragung der RNA
RNP(-)
RNP(+)
• Transkription/Replikation im Cytoplasma!
• Amplifikation 
Plasma
membrane
Hohe Antigenspiegel
• RNA  Stimuliert die angeborene Immunität
• Nicht vermehrungsfähig  Sicherheit!
Expression des Influenza HA-Antigens
VSV*G(HA)
3'
N
GFP
P
M
HA
anti-HA
GFP
L
5'
überlagert
VSV*G
VSV*G(HA)
6 h p.i.
VSV*G(HA) induziert Antikörper,
die verschiedene H7-Viren neutralisieren
HI-Test
A/chicken/
Rostock/34 (H7N1)
A/duck/
Potsdam/15/80
(H7N7)
2. IM
2. IM
A/Teal/
Föhr/03
(H5N2)
VSVΔG-
1. IM
22
284
270
110
<4
HA
(7/10)
(10/10)
(10/10)
(10/10)
(10/10)
HA
+NP
2. IM
A/chicken/
Italy/99
(H7N1)
2. IM
38
320
157
132
<4
(9/10)
(9/10)
(9/10)
(9/10)
(10/10)
<4
<4
<4
<4
<4
GFP
(10/10)
(10/10)
(10/10)
(10/10)
(10/10)
<4
<4
<4
<4
<4
Mock
(10/10)
(10/10)
(10/10)
(10/10)
(10/10)
Kalhoro et al. (2009) Vaccine 27:1174
VSV*G(HA) schützt vor einer lethalen Dosis
mit A/chicken/Italy/445/99 (H7N1)
PBS
GFP
HA
HA + NP
0
1
Tage nach Infektion
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
21
Keine Symptome
1 Symptom
Mehrere Symptome
Schwer krank oder tot
Kalhoro et al. (2009) Vaccine 27:1174
Die Virusausscheidung
ist bei geimpften Tieren deutlich reduziert
qRT-PCR (M-Segment)
0ropharyngeale Tupferproben
50
Kloakale Tupferproben
VSV*G(HA)
40
VSV*G(HA)
+VSV*G(NP)
30
PBS
20
VSV*G
10
0
2
3
4
5
6
7
8 9 11 14 21 0
2
3
4
5
6
7
8 9 11 14 21
Tage p.i.
Kalhoro et al. (2009) Vaccine 27:1174
Infizierte und geimpfte Tiere können
serologisch unterschieden werden
Kompetitiver NA-ELISA
100
80
60
40
+
20
pre-c. post-c. pre-c. post-c.
VSV*G(HA) VSV*G(HA)
+VSV*G(NP)
Kalhoro et al. (2009) Vaccine 27:1174
Eine universale Vakzine für Influenzaviren?
LPAIV (H7N7)
Infektion
VSV*ΔG(HA-Stiel)
VSV*ΔG(M2)
VSV*ΔG(NP)
VSV*ΔG(M1)
Impfung
Transmission?
Entwicklung einer RNA-Replikon-Vakzine
zum Schutz vor Orbiviren
ViralZone:www.expasy.org/viralzone,Swiss Institute of Bioinformatics)
 Vertreter:
Blauzungenkrankheit (BTV), 26 Serotypen
Afrikanische Pferdepest (AHSV), 9 Serotypen
Epizootische Hämorraghie der Hirsche (EHDS), 7 Serotypen
 Neutralisierende, serotypspezifische Antikörper gegen VP2 gerichtet.
 Infektion mit einem Serotyp bietet Teilschutz vor Infektion mit einem
anderen Serotyp.
VSV-Replikons,
die BTV-8-Antigene exprimieren
VSV*G(VP2)
3'
N
P
M
VP2
GFP
L
5'
VSV*G(VP5)
3'
N
P
M
VP5
GFP
L
5'
VSVG(VP2,VP5)
3'
N
P
M
VP2
VP5
L
5'
VSV*G(VP3)
3'
N
P
M
VP3
GFP
L
5'
VSV*G(VP7)
3'
N
P
M
VP7
GFP
L
5'
VSVG(VP3,VP7)
3'
N
P
M
VP3
VP7
L
5'
VSV*G(NS1)
3'
N
P
M
NS1
GFP
L
5'
VSV*G(NS3)
3'
N
P
M
NS3
GFP
L
5'
VSVG(NS1,NS3) 3'
N
P
M
NS1
NS3
L
5'
VSV-Replikons induzieren Antikörper,
die BTV-infizierte Zellen erkennen
Vero + BTV-1
VP7 NS1
Vero + BTV-8
24 m
Evaluation des Impfstoffs im Schaf
 Charakterisierung der humoralen und zellulären Immunantwort
 Belastungsinfektionen mit BTV-8 bzw. BTV-1
 Verhinderung der virämischen Phase?
 Welche Antigene zeigen eine protektive
Wirkung?
Zusammenfassung
 Wirksamkeit:
Ja
 Sicherheit:
Nicht vermehrungsfähig, keine Rekombination
 Booster-Effekt:
Ja
 DIVA:
Ja
 Adjuvants:
Nicht notwendig
 Nebenwirkungen:
Keine
 Lagerung:
Lyophilisat
 Anwendbarkeit:
Breit
Schlussfolgerung
Rekombinante RNA-Replikonpartikel
stellen sichere und wirksame Markerimpfstoffe dar,
die es erlauben, auf alte wie neue Herausforderungen bei
Tierseuchen (z.B. Bunyaviren, Orbiviren)
schnell und zuverlässig
zu reagieren.
Danksagung
Nicolas Ruggli
Stefan Halbherr
Stefanie Kochinger
Melanie Eck
Markus Gerber
Bundesamt für Veterinärwesen BVET
Samira Locher
Marianne Berger Rentsch
Daniel Brechbühl