Comparing the protection of attenuated and inactivated virus vaccines against pancreas disease and heart and skeletal muscle inflammation

Pankreassykdom (PD), forårsaket av Salmonid alphavirus (SAV), og Hjerte- og skjelettmuskelbetennelse (HSMB), forårsaket av Piscint orthoreovirus-1 (PRV-1), er viktige infeksiøse årsaker til at om lag 20 % av norsk oppdrettslaks som settes i sjø når ikke slaktemoden alder. Bedre kontroll og færre sykdomsutbrudd av PD og HSMB kan være vesentlige bidrag til å redusere tap av fisk i sjø og dermed bidra til både bedre omdømme og bærekraft i havbruksnæringen. I ViVaAct ble eksperimentelle vaksinemodeller for PD og HSMB testet ut og hvordan de påvirker vertens immunsystem og om de gri beskyttelse gjennom hele fiskens produksjonsperiodei sjø var sentralt. Vaksiner til laks i Norge administreres for det meste ved injeksjon i bukhulen, men det er ikke kartlagt om det er ulike subpopulasjoner av B-celler som mobiliseres i bukhulen etter vaksinering. Forskere ved NMBU, UiT og VI, med bred erfaring i fiskevirologi og -immunologi, var med i ViVaAct. Gode vaksiner mot PD og HSMB bør gi beskyttelse på samme nivå som det som følger av en naturlig infeksjon. Det innebærer å stimulere medfødt og adaptiv immunrespons på en slik måte at det gir langtidsbeskyttelse. Levende virusvaksiner er vanlig å bruke ved immunisering hos pattedyr, inklusive mennesket, og de gir langtidsbeskyttelse. Vi har utviklet levende, svekkede genmodifiserte varianter av SAV og karakterisert ulike genetiske varianter av PRV. I to vaksineforsøk av henholdsvis kort (10 uker) og lang (6 mnd) varighet undersøkte vi beskyttende effekt av levende vaksiner mor PD og HSMB. Immunisering- og belastningsforsøk vil ikke bare studere grad av beskyttelse, men også medføre å måle immunresponser. Vaksineforsøket av kort varighet ble utført med levende vaksine mot HSMB som besto av PRV-3 eller PRV-2, som er en PRV-varianter naturlige i henholdsvis brunørret og Coho laks. Ingen av de er beskrevet å kunne gi sykdom hos atlantisk laks. Det vil si at vi benyttet et virus fra en dyreart som vaksine mot et annet virus i en annen dyreart. Dette prinsippet er velkjent i vaksinologien og ble for eksempel brukt når man benyttet kukoppevirus som vaksine for å beskytte mennesker mot kopper. PRV lar seg ikke dyrke i cellelinjer, og PRV-3 ble derfor fremstilt fra blod fra eksperimentelt infisert regnbueørret, og PRV-2 ble mottatt fra Japan. I kortidsforsøket var laksen som var vaksinert med PRV-3 ikke bare fullstendig beskyttet mot HSMB, men i tillegg tilnærmet fullstendig beskyttet mot infeksjon med PRV-1. I og med at immunisering med PRV-3 blokkerte opptak av PRV-1 ble langtidsforsøk mot HSMB vurdert som unødvendig å utføre. Kortidsforsøk med vaksinering mot PD med levende mutert SAV ga mer variable resultater, da de SAV variantene som var svekket i cellekultur viste seg å være ikke like svekket i fisk. Vi fant ingen tilbake mutering til virulens av genmodifisert SAV i korttidsforsøket. I langtidsforsøk med vaksinering mot PD ble ytterligere svekkede, muterte SAV varianter benyttet. Tre genmodifiserte varianter av SAV ble testet og de beskyttet mot klinisk sykdom og patologiske forandringer, og ingen dødelighet ble observert. For to av variantene hindret vaksinering ikke re-infeksjon med virulent virus, men den enevarianten var lovende også for å hindre re-infeksjon. Immunisering med attenuert virus ga bedre tilvekst enn fisk som kun fikk virulent virus, men mindre tilvekst enn uinfisert fisk Levende, svekkede virus kan teoretisk mutere tilbake til virulente varianter, men vi fant ingen indikasjoner på dette skjedde for SAV variantene.

Vi har vist at en levende vaksine mot HSMB gir full beskyttelse og hindrer også infeksjon med PRV-1. Aberet er at vaksinen ikke kan dyrkes i cellekultur, men må produseres i regnbueørret. Dersom man hadde oppnådd å dyrke denne vaksinestammen i kultur ville veien til markedet vært veldig kort. Levende, genmodifisert SAV som vaksine mot PD har vi vist virker tildels bra mot sykdom, men vaksinen kan ikke hindre infeksjon med SAV. Den beskytter mot sykdom, men ikke infeksjon, og kan derfor ikke hindre påvisning av SAV og eventuelle restriksjoner som anlegg kan få derav. En genmodifisert SAV vil regnes som GMO, og det er nok fortsatt et mentalt hinder å passere før oppdrettsnæringen vil ta i bruk GMO vaksiner.

In order to ensure growth in Norwegian aquaculture, optimal disease control must be obtained. Two of the diseases causing outbreaks in a vast number of Norwegian fish farms are Pancreas disease (PD) caused by salmonid alphavirus (SAV2 and SAV3), and heart and skeletal muscle inflammation (HSMI) caused by Piscine orthoreovirus (PRV). Recent studies have demonstrated that functional vaccines may be developed against these diseases, but only suboptimal protection have been obtained with existing methods. Standard vaccines using inactivated viruses depend on targeted adjuvants for protective effects, but their ability to stimulate the immune system is less efficient compared to an infecting virus. To be able to fine-tune vaccine effects into optimal protection, more in depth understanding of the host-agent interaction and the pathogen-specific protective mechanisms are needed. Building on a solid background and scientific record on these specific viral infections and the Atlantic salmon immune system, using tools and methodology developed in the preceding ViVaFish project (237315/E40). The PIs behind ViVaACT aim to characterize the specific mechanisms that separate the host immune response triggered by attenuated or inactivated viruses and their protective potential, focusing primarily on SAV and PRV. This project may identify clues to protective vaccination against PD and HSMI and related viral diseases in fish.