Rational design of vaccination strategies for Atlantic cod (VACSACOD)

Immunologisk hukommelse beskriver det fenomen at immunsystemet husker en inntrengende bakterie eller virus og svarer med et sterkt og effektivt forsvar andre gang samme mikrobe angriper. B- og T-lymfocytter som blir aktivert av en sykdomsfremkallende bakterie vil danne hukommelsesceller, som gjenkjenne denne om den dukker opp på nytt, og dermed effektivt slår tilbake et nytt angrep. Dette adaptive immunsystemet oppsto for rundt 500 millioner år siden og er felles i alle virveldyr fra hai til mennesket. Inntil for få år siden var det antatt at evolusjonen har sørget for å bevare det adaptive immunsystemet intakt i alle dyr, men DNA-sekvensering av hele genomet til atlanterhavstorsk gjorde det kjent at denne arten har mistet gener som fører til alvorlig immunsvikt om de går tapt hos mus eller mennesker. I dette prosjektet undersøker vi hvordan torsk er i stand til å oppnå immunologisk hukommelse uten disse genene. Vi har etablert en vaksineprotokoll som demonstrer at torsk har beskyttende immunologisk hukommelse. Vi arbeider med å kartlegge uttrykk av alle gener i individuelle celler i immunsystemet til torsken, i normal tilstand, under vaksinasjon og under en alvorlig infeksjon. Med avanserte bioinformatikkverktøy vil vi finne ut hvilke celletyper som svarer på vaksinen og responsens karakter. Hos mennesker og andre dyr fremkaller vaksiner vanligvis sterke antistoffresponser som kjennetegner immunologisk beskyttelse, men torsk har ikke gode antistoffresponser mot vaksiner. Derfor vil vi se på andre immunologiske svar og bestemme hva slags respons som korrelerer med en effektiv vaksine. Slik kunnskap er nødvendig for å utvikle bedre vaksiner for atlanterhavstorsk, som er nødvendig for effektiv kommersialisering av torskeoppdrett.

MHC class I and MHC class II genes for antigen presentation and antigen receptor genes and their mechanism of somatic diversification evolved 550-600 mya. Codfishes specifically lost MHC class II and function of the associated molecule CD4 100 mya, i.e. about 450-500 million years later. Immunologic research of non-model organisms have been difficult due to lack of specific antibodies. We will inject partially purified cod leukocytes into mice and generate hybridomas for monoclonal antibody production and make polyclonal antibodies to synthetic peptide sequences derived from cod proteins. With these novel tools and with established technologies, VACSACOD will characterize the unique immune system of cod. We will isolate and purify leukocytes from cod and characterize T-cell responses to establish signatures of protective immunity to monitor vaccination regimes. We will determine the role of T cells in graft rejection and antibody responses. Pathogen-specific antibodies derived from B cells are essential for immune protection in other teleosts and mammals, but their role in codfishes is questioned. We will investigate how these antibodies contribute to protection in the established vaccine against vibriosis. We will determine whether cod B cells can present foreign antigen to T cells in spite of the lack of MHC class II in this species. We will determine the location in tissues of other antigen-presenting cells and investigate their function in vivo. We will develop Atlantic cod immunologic research and vaccinology. Because of the unique immune system of cod, vaccinology based on research in model fish or other cold-water species is likely to come short in developing efficient vaccines for cod. Conversely, the immune system of cod could reveal novel mechanisms that also operate in other species but have escaped notice due to a minor role in MHC class II-positive organisms. Such mechanism may nevertheless be exploited for therapeutic benefit.