HAVBRUK2-Stort program for havbruksforskning

Virussykdommer forårsaker store tap i lakseoppdrett og er en kontinuerlig trussel for næringen. Vaksiner basert på inaktivert virus er tilgjengelige for noen sykdommer, men har ikke gitt tilfredsstillende beskyttelse. Vår forskningsgruppe arbeider med DNA-vaksiner som er et lovende alternativ til de tradisjonelle virusvaksinene. En DNA-vaksine er et plasmid som inneholder genet for virusets overflateprotein og injiseres i fiskens muskel. DNA-vaksine gir høy beskyttelse mot rhabodviruset IHNV hos laks. På den andre siden gir DNA-vaksine mot infeksiøs lakseanemi-virus (ISAV) basert på plasmid som uttrykker virusets overflateprotein hemagglutininesterase (HE), lav beskyttelse. Vi har imidlertid vist at vaksinering av laks med HE-plasmid sammen med et plasmid som inneholder gen for type I interferon (IFN), gir høy beskyttelse og antistoffproduksjon mot ISAV (Chang et al.,Vaccine 2015, 33:2442-8). IFN virker altså som adjuvant i denne vaksinen. Vi har også vist at DNA-vaksine mot salmonid alphavirus (SAV) som forårsaker pancreas disease (PD), gir langt bedre beskyttelse og antistoffproduksjon mot SAV enn den vaksinen som har vært brukt mot PD de siste 10 årene (Chang et al., J Fish Dis. 2017, 40:1775-81). DNA-vaksinen mot SAV er et plasmid som inneholder genet for hele det strukturelle polyproteinet hos SAV og har god effekt uten at det var nødvendig å tilsette IFN-plasmid. I dette prosjektet har vi analysert gen-transkripter i muskel ved injeksjonsstedet for å forstå hvorfor IFN forsterker den beskyttende effekten av DNA-vaksinen mot ISAV og hvordan DNA-vaksinene mot ISAV og SAV initierer den adaptive immunresponsen. Gen-transkripter ble målt med kvantitativ revers transkripsjon PCR (RT-qPCR) og mikroarray-analyser. For å forstå adjuvant-effekten av IFN i DNA-vaksinen mot ISAV, gjorde vi transkript-analyser av muskel ved uke 1 og 2 etter injeksjon av henholdsvis IFN-plasmid, HE-plasmid, kontrollplasmid og PBS (Sobhkhez et al., PlosOne 2017, Nov 21;12(11):e0188456). Resultatene viste at IFN-plasmidet som forventet økte transkripsjonen av typiske IFN-induserte gener (ISG), men også av bestemte kjemokiner samt gen-markører for B-celler, T-celler og antigen-presenterende celler (APC). Dette indikerer at IFN-plasmidet stimulerer tiltrekning av celler som er viktige for den adaptive immunresponsen gjennom induksjon av kjemokiner. Kontrollplasmidet og HE-plasmidet ga lignende mønster i genuttrykk som IFN-plasmidet, men ga langt lavere oppregulering av immungener enn IFN-plasmidet. Plasmid-DNA kan således i seg selv ha adjuvant-aktivitet. HE-plasmidet ga imidlertid betydelig lavere oppregulering av immungener enn kontrollplasmidet, noe som tyder på at HE har en hemmende effekt på IFN-stimulerte gener. Denne studien tyder derfor på at IFN-plasmid virker som adjuvant i DNA-vaksinen mot ISAV ved å motvirke hemmende effekt av HE på plasmid-induserte immungener. Vi analyserte deretter gen-transkripter i muskel hos laks etter vaksinering med henholdsvis SAV-plasmid, kontrollplasmid eller PBS. Resultatene viste at SAV-plasmidet og kontrollplasmidet hadde lignende evner til å oppregulere ISG. Dette viser at det strukturelle polyproteinet hos SAV ikke hemmer plasmid-mediert oppregulering av ISG, noe som forklarer hvorfor SAV-plasmidet ikke trenger ko-injeksjon av IFN-plasmid for å gi beskyttelse. SAV-plasmidet ga dessuten sterkere oppregulering av IFN-gamma og flere IFN-gamma induserte gener enn kontrollplasmidet. Sammenliknet med kontrollplasmidet ga SAV-plasmidet også større økning i transkripter av markørgener for B-celler, T-celler og APC, noe som tyder på at SAV-plasmidet gir økt tiltrekning av celler som er viktige i initiering av immunresponsen mot SAV. Tiltrekning av lymfocytter og APC til injeksjonsstedet kan forklares ved at SAV-plasmidet ga økt oppregulering av kjemokinet CXCL10 og de proinflammatoriske cytokinene IL-1beta og TNFalfa. Vi ønsket også å undersøke om DNA-vaksiner mot proteiner generelt kunne gi antistoffrespons hos laks og om cellulær lokalisering av proteinet har noe å si for effekten. Til dette formålet valgte vi DNA-vaksine med ovalbumin (OVA) som modell. Det ble laget plasmid-konstrukter som ga ekspresjon av OVA intracellulært, på celloverflaten og som ga sekresjon av OVA fra cellene. Grupper av laksesmolt ble injisert intramuskulært med disse plasmidene mens fisk i en annen gruppe ble injisert intraperitonealt med OVA i oljeadjuvans. Ti uker senere ble blod høstet fra gruppene og IgM antistoffrespons mot OVA ble målt med ELISA. Resultatene viste at OVA i oljeadjuvans ga sterk antistoffrespons mens ingen av OVA-plasmidene ga antistoffrespons. Ut fra dette konkluderte vi med at DNA vaksiner mot løselig protein ikke ser ut til å gi antistoffrespons hos laks. Sammenfattet er det da bare DNA-vaksiner basert på overflateproteiner hos kappekledte virus som foreløpig er vist å gi en sterk spesifikk adaptiv immunrespons hos laks.

Farmed Atlantic salmon is attacked by several pathogenic viruses, which represent a continuous threat for the aquaculture industry. Vaccines based on inactivated virus or recombinant virus protein are available, but do not give satisfactory protection. Moreover, the viruses that cause heart and skeletal muscle inflammation and cardiomyopathy syndrome cannot yet be grown in cell culture. This calls for new approaches to develop more effective virus vaccines for salmon. Our group is working on DNA vaccines because they are safe, cheap and gives a very high level of protection of salmonids against rhabdovirus infection. While DNA vaccines against other salmonid viruses have previously shown rather modest protection, our group has recently developed a novel method for obtaining a high level of protection with a DNA vaccine against infectious salmon anemia virus (ISAV) using interferon (IFN) as an adjuvant. IFN-plasmids provided a strong increase in protection and antibody production against ISAV when injected together with a plasmid containing the virus antigen hemagglutininesterase (HE) compared to injection of HE plasmid alone. Our recent work has shown that the properties of the virus antigen construct are highly important for the outcome of DNA vaccination since a DNA vaccine construct made against salmonid alphavirus (SAV) gave much better protection than a commercial vaccine based on whole inactivated virus while addition of an IFN-plasmid inhibited the protective immune response. In this project we are going to study the molecular signature of immune genes induced by the SAV DNA vaccine construct, study why IFN plasmid inhibits the immune response of the SAV construct and investigate how we can obtain adjuvant activity of IFN plasmid also with the SAV construct. We are also going to study how subcellular location of protein antigens influences the immune response to DNA vaccines.