Field Comparison of Two Combined Vaccines of Porcine Circovirus Type 2 and Mycoplasma hyopneumoniae Based on Pathological and Immunological Analysis

Abstract

Monovalent vaccines for porcine circovirus type 2 (PCV2) or Mycoplasma hyopneumoniae had been developed and successfully applied to swine farms. Nevertheless both two pathogens are still one of the most important pathogens in swine industry. It is because PCV2 and M. hyopneumoniae are prevalent among pig population and their eradication is not easy in commercial swine farms. Both pathogens are the primary agents involved in porcine respiratory disease complex (PRDC) and M. hyopneumoniae infection can potentiate the severity of PCV2 lesions. Recently combined vaccines of PCV2 and M. hyopneumoniae have been introduced in the fields. These vaccines have been welcomed in the market because they can provide prevention of two essential diseases with less stress and also reduce labor costs. Before applying combined vaccines to fields, it is necessary to evaluate its efficacy against PCV2d genotype since in Asian countries including Korea PCV2d genotype is the major field genotype while each commercial combined type vaccine is produced based on their own PCV2 genotype. According to various studies of PCV2 monovalent vaccines, homologous genotype vaccine provides better protection in viremia than heterologous vaccine even if both vaccines prevent the development in lesions.

In chapter I, clinical study was conducted in swine farms with a new trivalent vaccine of PCV2 and M. hyopneumoniae which is introduced to Korea for the first time. The vaccine includes PCV2a- and PCV2b-genotype antigen and it is expected its good efficacy to PCV2d genotype because PCV2b is genetically close to PCV2d. Three farms were selected based on their history of PCV2d subclinical or clinical infection and mycoplasmal pneumonia. Vaccinated group was administered the vaccine in two ways, vaccination of 1.0ml dose at 3 and 24 days of age or 2.0ml dose at 21 days according to the manufacturers recommendations. Both vaccinated groups showed significantly higher average daily weight gain than unvaccinated group. Vaccination elicited neutralizing antibodies and interferon-γ-secreting cells (IFN-γ-SC), which reduced PCV2 viremia and lymphoid lesions and in similar way, it elicited IFN-γ-SC, which reduced the amount of M. hyopneumoniae in laryngeal swab and the severity of lung lesion. This study demonstrated the trivalent vaccine was efficacious in protection of PCV2d and M. hyopneumoniae in swine farms.

In chapter II, comparative field study was conducted between the new trivalent vaccine and a bivalent vaccine containing PCV2a and M. hyopneumoniae antigen. The defining difference between these two vaccines is the inclusion or absence of PCV2b antigen. As the result of calculating T cell epitope contents comparison scores between each vaccine and PCV2d field strain, trivalent vaccine showed better coverage than bivalent vaccine as expected, since PCV2b is genetically close to PCV2d. In the field comparative study, trivalent vaccine having PCV2a/2b and M. hyopneumoniae antigen was administered in one-dose or two-dose and bivalent vaccine having PCV2a and M. hyopneumoniae antigen was administered in one-dose. Trivalent vaccine groups showed significantly better growth performance than bivalent vaccine group and also reduced the amount of PCV2d loads in the blood and feces, and M. hyopneumoniae load in the larynx when compared with the bivalent vaccine group. Between the one- and two-dose trivalent vaccine group, there were no statistical differences in growth performance, serology, amount of PCV2d loads in the blood and feces, amount of M. hyopneumoniae load in larynx, and pathological lesions. This study showed the efficacy of each combined vaccine in protecting PCV2d and M. hyopneumoniae can be different and it is related to the accordance of genetic type of PCV2 antigen with field strain.

돼지 써코바이러스 타입 2 (PCV2) 혹은 Mycoplasma hyopneumoniae 단일 백신은 개발이 완료되어 돼지 농장에 성공적으로 적용되어왔다. 하지만 이 두 병원체는 아직도 양돈산업에서 가장 중요한 병원체들 중 하나인데, 그것은 PCV2와 M. hyopneumoniae가 돈군에서 매우 흔하게 존재하는 반면 일반농장에서의 박멸은 쉽지 않기 때문이다. 두 병원체 모두 돼지호흡기복합감염증 (PRDC)의 주요 원인체이며 특히 M. hyopneumoniae는 PCV2 병변을 더욱 심화시키기도 한다. 최근에는 PCV2와 M. hyopneumoniae 합제백신들이 현장에 도입되고 있다. 이러한 합제백신은 돼지에 더 적은 스트레스로 두 핵심질병에 대한 방어력을 제공하며 동시에 노동력 절감의 효과도 있어 시장의 환영을 받고 있다. 합제백신을 적용하기에 앞서 PCV2d 유전형에 대한 효력을 평가해야 할 필요가 있는데, 이는 현재 한국을 포함한 아시아 국가들에서 PCV2d 유전형이 야외에서의 주요한 유전형인 반면, 상용화된 합제백신의 경우 제조사의 고유한 PCV2 유전형에 기초하여 생산되기 때문이다. PCV2 단일백신에 대한 여러 연구에 따르면 야외 바이러스와 이종 유전형의 백신은 동종 유전형의 백신과 마찬가지로 병변 형성 예방효과는 나타내지만 바이러스 혈증 억제에 대해서는 효과가 덜한 것으로 나타난 바 있다.

첫 번째 연구에서는 한국에 처음으로 도입되는 3가 백신 형태의 PCV2 및 M. hyopneumoniae 합제백신을 돼지 농장들에서 임상시험 하였다. 이 백신은 PCV2a 및 PCV2b 유전형 항원을 포함하고 있는데, PCV2b는 유전적으로 PCV2d와 가까워 PCV2d에 대해 좋은 효력을 보일 것으로 예상되었다. PCV2d 준임상형 혹은 임상형 병력과 마이코플라스마성 폐렴 병력이 있는 세 농장을 선정하였다. 시험군은 두 가지 방법으로 백신접종을 하였는데, 제조사의 용법에 따라 1.0ml을 3일령과 24일령에 2회 혹은 2.0ml을 21일령에 1회 접종하였다. 두 시험군 모두 대조군에 비하여 일당증체량이 유의미하게 높았다. 백신은 PCV2 중화항체 및 PCV2 특이적인 인터페론 감마 분비세포를 유도하였는데 이로 인하여 바이러스 혈증과 림프조직병변이 감소되었다. 비슷하게 M. hyopneumoniae 특이적인 인터페론 감마 분비세포가 유도되었고 이는 후두부의 M. hyopneumoniae 검출량과 폐병변 정도를 감소시켰다. 이와같이 본 연구는 삼가 합제백신이 돼지 농장에서 PCV2d와 M. hyopneumoniae 방어에 효과적이라는 것을 증명하였다.

두 번째 연구에서는 이러한 3가 합제백신과 PCV2a 및 M. hyopneumoniae 항원을 가지고 있는 2가 합제백신을 비교하여 야외 임상시험을 실시하였다. 이 두 백신의 주요한 차이점이라면 PCV2b 항원의 유무라고 할 수 있다. 두 백신을 각각 야외 PCV2d 바이러스와 T세포 항원결정기를 비교하여 점수화 해 본 결과 3가 합제백신이 2가 합제백신보다 더 좋은 점수를 나타내었는데, 이것은 PCV2b가 유전적으로 PCV2d와 근접하기 때문인 것으로 판단된다. 야외 비교임상시험에서, PCV2a/b 및 M. hyopneumoniae 항원을 가진 3가 합제백신의 경우 1회 접종 및 2회 접종을 실시하였으며, PCV2a 및 M. hyopneumoniae 항원을 가진 2가 합제백신의 경우 1회 접종을 실시하였다. 3가 합제백신은 2가 합제백신보다 혈액과 분변에서의 PCV2d 검출량을 더 감소시켰고, 후두에서의 M. hyopneumoniae 검출량 역시 감소시켰다. 3가 합제백신의 1회 및 2회 접종 그룹간 비교시 증체성적, 혈액학적 데이터, 혈액과 분변에서의 PCV2d 검출량, 후두에서의 M. hyopneumoniae 검출량, 병리학적 병변 모두 유의미한 차이는 없었다. 이와같이 본 연구는 합제백신별로 PCV2d와 M. hyopneumoniae를 방어함에 있어서 효능이 다를 수 있음을 실증하였고, 이러한 결과는 백신과 야외주의 PCV2 유전형 일치 정도와 관련이 있음을 보여주었다.