Evaluation of Porcine Circovirus Type 2 and Mycoplasma hyopneumoniae Vaccines based on Microbiological, Immunological and Pathological Analyses

Abstract

본 실험의 목적은 실험적으로 유발시킨 PCV2-M. hyopneumoniae 복합감염 모델에서 돼지 써코바이러스 2형과 마이코플라즈마 복합 백신의 효능을 임상학적, 미생물학적, 면역학적, 병리학적 기법을 통하여 분석하고, 백신 종류와 접종 방법에 따른 효능 차이를 평가하는 것이다. 백신의 효과는 PCV2의 바이러스혈증, M. hyopneumoniae의 비강 배출과 후두부 스왑 결과를 지표로 미생물학적으로 평가하였고, 중화항체와 인터페론 감마 분비세포 측정 실험으로 얻은 면역학적 지표를 통해 체액성 면역 및 세포매개성 면역 효능을 평가하였다. 폐와 림프조직의 육안병변, 조직병변 및 병변 내 PCV2 항원을 지표로 병리학적 평가를 하였다.

첫 번째 실험에서는 PCV2와 마이코플라즈마 2가 백신과 단일 백신의 효능 차이를 평가하였다. 실험 결과, 백신을 접종한 모든 그룹에서 접종하지 않은 그룹보다 높은 증체율과 유의적인 차이의 면역반응을 유도하였다. 하지만, 21일령 돼지에 PCV2와 마이코플라즈마 2가 백신을 접종 한 그룹과 7일령, 21일령에 마이코플라즈마 백신과 PCV2 백신을 각각 단일 접종한 그룹 사이에 미생물학적, 면역학적, 병리학적 지표에서 유의미한 차이를 보이지 않았다. 또한 이 실험에서 돼지 써코바이러스 1형의 ORF1 과 돼지 써코바이러스 2형의 ORF2 부위를 재조합하여 생산된 키메라 백신이 돼지 써코바이러스 2형 재조합 백신보다 높은 인터페론 감마 분비세포를 유도하여 더 많은 PCV2 바이러스 혈증과 M. hyopneumoniae 비강 배출 감소를 보이는 것으로 확인되었다.

두 번째 실험에서는 PCV2a/2b, 마이코플라즈마 3가 백신에 대한 효능을 평가하였다. 3가 백신을 3일령과 24일령에 2회 접종한 군과 21일령에 1회 접종한 군으로 나누었고, 각각 PCV2와 마이코플라즈마 복합 공격 접종 군과 두 개 병원체 단일 공격 접종 군으로 나누었다. 실험 결과, 백신을 접종한 그룹이 접종하지 않은 그룹에 비해 세포매개성 면역 과 체액성 면역을 유의적으로 높게 유도하여, 3가 백신이 세가지 병원체에 대한 각각의 능동면역을 유발할 수 있음을 증명하였다. 또한, 백신을 접종하지 않은 그룹 내에서 PCV2와 마이코플라즈마 단일 공격 접종 군은 백신을 접종한 군과 비슷한 증체율을 보여, PCV2가 PCVAD의 일차적인 요소이지만 단독 감염만으로는 확연한 임상증상을 보이지 않음을 입증하였다.

최근 경제적 측면을 고려하여, 백신 접종 횟수를 줄이기 위해 다른 종류의 항원을 함유한 복합백신 개발이 활발하다. 하지만 복합 백신은 이종 항원의 간섭현상으로 인해 단일 백신에 비해 각각의 병원체에 대한 충분한 면역 유도를 하지 못할 수 있다는 우려가 존재한다. 이번 실험실내 공격 접종 실험을 통하여 백신의 균주와 면역증강제 종류에 따른 차이가 있을 수 있지만 PCV2와 마이코플라즈마 복합 백신이 단일 백신과 비교하여 충분한 면역반응을 유도할 수 있으며, 이를 통해 더욱 효과적인 백신 프로그램을 성립할 수 있다는 결론을 도출하였다.

Porcine circovirus type 2 (PCV2) and Mycoplasma hyopneumoniae are two worldwide economically important dominating pathogens. PCV2, a member of the family Circoviridae, is a common virus of pigs and contributed to cause porcine circovirus-associated diseases (PCVAD), including postweaning multisystemic wasting syndrome (PMWS), porcine respiratory disease complex (PRDC), porcine dermatitis and nephropathy syndrome (PDNS). M. hyopneumoniae is prevalent and highly contagious in the majority of swine herds. Co-infection with PCV2 and M. hyopneumoniae leads to decreased average daily weight gain and an increased number of days to market weight, both of which result in significant economic losses. Vaccination for PCV2 and M. hyopneumoniae is one of the most effective strategies in the control of both pathogens. The purpose of this experimental study was to compare the efficacy of combined vaccines.

Studies for the comparison of PCV2 – M. hyopneumoniae combined vaccine efficacy were performed to investigate different levels of immune responses. Part Ⅰ study was to compare the efficacy of 2 different PCV2 – M. hyopneumoniae bivalent vaccines with 2 sets of different PCV2 and M. hyopneumoniae monovalent vaccines against a dual M. hyopneumoniae and PCV2d challenge in swine. Vaccination and challenge improved growth performance and increased the immunologic responses, such as M. hyopneumoniae- and PCV2- specific antibodies and interferon-γ-secreting cells (IFN-γ-SCs), when compared to pigs in unvaccinated/challenged groups. All vaccinated groups showed higher growth performance than unvaccinated groups. Vaccinated groups with either a monovalent or bivalent vaccine based on inactivated chimeric PCV1-2a treatment and challenge indicated a larger amount of M. hyopneumoniae- and PCV2d- specific IFN-γ-SCs within the pigs and simultaneously reduced the nasal shedding of M. hyopneumoniae and PCV2d viremia compared with groups vaccinated with either a monovalent or bivalent vaccine based on inactivated subunit PCV2a treatment and challenge.

Part Ⅱ study was to evaluate the experimental efficacy of a trivalent vaccine containing PCV2a/b and M. hyopneumoniae against PCV2d and M. hyopneumoniae challenges. Pigs were administered the vaccine intramuscularly as either at 3 and 24 days of age with 1.0 ml or at 21 days of age with 2.0 ml according to the manufacturers recommendations. The pigs were challenged at 42 days of age with either PCV2d or M. hyopneumoniae, or both. Pigs in vaccinated/challenged and unvaccinated/unchallenged groups exhibited significantly better growth performance when compared with those pigs in the unvaccinated/challenged group in both dosage experiments. Vaccinated pigs in both dosage experiments reduced the amount of PCV2d loads in the blood and M. hyopneumoniae load in the larynx when compared with unvaccinated/challenged pigs. Trivalent vaccine elicited protective immunity, such as neutralizing antibody and IFN-γ-SC, and it leads to reduce the severity of lymphoid lesions and the amount of PCV2 antigen within the lymphoid lesions. Trivalent vaccine also able to elicited protective cell-mediated immunity against M. hyopneumoniae and this reduced the severity of mycoplasmal pneumonia lesions. The single challenge did not improve the growth performance between vaccinated/singularly-challenged groups and unvaccinated/singularly-challenged groups in either dosage experiment. This indicated that a single infection with PCV2 cannot produce the full manifestation of clinical PCVAD, even though PCV2 is the primary causative agent of PCVAD.

Both combined vaccine effectiveness was evaluated using microbiological (PCV2 viremia and M. hyopneumonia nasal and larynx shedding), immunological (neutralizing antibodies and IFN-γ-SC), and pathological (gross lung lesions, histopathologic pulmonary and lymphoid lesions, and presence of PCV2 antigens within the lesions) analyses. Antigen interference has always been a concern for combined vaccines, but in this study, both combined vaccines produce similar generation of protective immunity compared with monovalent vaccines. Regardless of vaccine type, vaccinated animals with combined vaccine had a significantly greater performance compared to unvaccinated animals. The results of this experimental study demonstrate a strategic method and efficient vaccine regimes against co-infection with PCV2 and M. hyopneumoniae for swine producers and practitioners.