Impiego di Metapneumovirus aviare (AMPV) come vaccino vivo ricombinante per l’espressione di proteine immunogene di virus respiratori del pollo. XXVIII Ciclo di Dottorato Dr. Andrea Laconi Tutor: Prof.ssa Elena Catelli INTRODUZIONE Metapneumovirus aviare (AMPV) è un virus della famiglia Paramyxoviridae, il cui genoma, costituito da un singolo filamento di RNA a polarità negativa di circa 13.3kb, comprende 8 geni (3’-N-P-M-F-M2-SH-G-L-5’) codificanti per 9 proteine. Da un punto di vista genotipico AMPV è suddiviso in 4 sottotipi (A, B, C, e D). AMPV è responsabile nel pollame d’infezioni delle vie respiratorie superiori, spesso accompagnate ed esacerbate da infezioni batteriche secondarie. La reverse genetics (RG) è un ramo della genetica che utilizza un approccio opposto a quello della genetica classica, prefiggendosi di valutare il fenotipo partendo dalla sequenza nucleotidica. Con l'avvento delle tecnologie di ingegneria genetica è stato possibile alterare la sequenza nucleotidica dei geni bersaglio, verificando l'effetto a livello di fenotipo. Nel 2004 Naylor et al. hanno messo a punto, presso l’Università di Liverpool (UK), un sistema di reverse genetics per il sottotipo A di AMPV. Tale sistema prevede la modifica della sequenza nucleotidica virale inserita all'interno di un plasmide e, a seguito di trasfezione in cellule VERO, l'ottenimento di cloni infettivi geneticamente modificati. Grazie a questo sistema è stato possibile a) ottenere informazioni sulla biologia virale di AMPV attraverso la delezione o la soppressione di uno o più geni, b) valutare l'espressione genica, attraverso l'inserimento di geni reporter, c) inserire geni eterologhi e valutarne l'espressione in vitro e in vivo (Falchieri et al., 2013). La capacità di AMPV di accettare ed esprimere geni eterologhi ha suggerito il suo possibile utilizzo come vettore di proteine immunogene di virus respiratori del pollo per la produzione di vaccini vivi ricombinanti. OBIETTIVO DELLA RICERCA OBIETTIVO DEL PRIMO ANNO DI DOTTORATO Sviluppare dei vaccini vivi ricombinanti polivalenti per la Utilizzando la metodica di reverse genetics per AMPV messa a punto profilassi delle infezioni da parte di AMPV, del Virus della Bronchite Infettiva (IBV), del Virus della Laringotracheite presso l’Università di Liverpool (UK), ottenere dei cloni infettivi del Infettiva (ILTV) ceppo di campo IT/ty/Vr240/87. e del Virus della Malattia di Newcastle (NDV). MATERIALI E METODI Primer RT Sequenza (5'-3') Posizione Fb6- GTTATGCTTGTCTGCTGCGGG 3837 1- AMPLIFICAZIONE DELL'INTERO GENOMA DI AMPV MEDIANTE PCR: anzitutto è stato necessario GAB3neg GTATCTCCCTGACAAATTGGTCCTG 6427 ottenere una copia della sequenza nucleotidica del ceppo IT/ty/Vr240/87. A tal scopo è stato sviluppato un M2AB1+ GAATCCAGCAAATCTCATAAACAGTCTAA 5004 protocollo di Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction (RT-PCR) in grado di amplificare, tramite 4 PCR overlapping, l'intero genoma di AMPV (Figura 1). Gli amplificati sono stati ottenuti utilizzando 3 primer per la reazione di retrotrascrizione (Tabella 1) e 4 distinte coppie di primer per la PCR (Tabella 2). GENOMA IT/ty/Vr240/87 Leader Tabella 1: primer utilizzati per le reazioni di retrotrascrizione Primer PCR Sequenze (5’-3’) Posizione APV Lead ACGAGAAAAAAACGCATTCAAGCAGG 1 Fb6- GTTATGCTTGTCTGCTGCGGG 3837 FAB1+ GCTAAAACAATAAGATTAGAAGGGGAGGT 3315 GAB3 neg GTATCTCCCTGACAAATTGGTCCTG 6427 G17+b CAAGTATCCAGATGGGGTCAGAGC 6004 LAB4 neg CCCCACACTTAATTCCCTTTCTTTTCC 9016 LAB3+ CGTGTACTAGAGTTTTACTTGAAGGATGC 8905 Lend B meg CTTTATGGTCTATTTTGTGCTCAGTATGTACC 13352 Dimensione 3837 bp 3112 bp Trailer RT1 3012 bp RT2 RT3 PCR1 4447 Tabella 2: primer utilizzati per le reazioni di PCR PCR2 PCR3 PCR4 Figura 1: rappresentazione schematica della strategia utilizzata per ottenere la copia del genoma del ceppo IT/ty/Vr240/87 2- MODIFICA DELLA SEQUENZA GENOMICA TRAMITE SITE DIRECTED MUTAGENESIS Plasmide contenente la sequenza del vaccino vivo attenuato PCR1 (SDM): è stata utilizzata una metodica di SDM basata sull'amplificazione di un plasmide, fornitoci dall’Università di Liverpool (UK,) contenente la sequenza di un vaccino vivo attenuato, utilizzando come primer gli amplificati precedentemente ottenuti tramite PCR (PCR1, PCR2, PCR3 e PCR4). Appaiandosi alla regione complementare del genoma vaccinale, gli amplificati della sequenza nucleotidica del ceppo di campo promuovono la reazione di polimerizzazione a catena dell'intero plasmide, venendo incorporati nel filamento 5’ 3’ 3’ 5’ di DNA in fase di accrescimento. Sono così stati ottenuti i plasmidi contenenti la sequenza del ceppo di campo IT/ty/Vr240/87. Sequenza in fase di accrescimento 3- TRASFORMAZIONE: mediante trasformazione batterica, effettuata utilizzando le cellule competenti Stbl2 (E. coli), è stato possibile selezionare ed amplificare i costrutti plasmidici ottenuti tramite SDM. 4- SCREENING: le colonie sono state sottoposte a PCR di screening, per confermare la presenza dei costrutti modificati. Le colonie positive allo screening sono state raccolte e stoccate per il successivo utilizzo. Plasmide in cui è stata incorporata la sequenza del ceppo di campo amplificata con la PCR1 NEI PROSSIMI MESI Si procederà all'estrazione del DNA plasmidico dalle colonie risultate positive allo screening e al Figura 2: rappresentazione schematica della strategia utilizzata per copiare il frammento del genoma del ceppo IT/ty/Vr240/87 corrispondente alla PCR1 all’interno del plasmide contente la sequenza del vaccino vivo attenuato. sequenziamento del genoma inserito nel plasmide. Il confronto tra le sequenze nucleotidiche ottenute e quella del vaccino vivo attenuato permetterà di confermare la presenza del genoma del ceppo IT/ty/Vr240/87 all'interno dei plasmidi. A seguito di tale conferma, sarà possibile procedere alla trasfezione su cellule VERO, seguendo la metodica messa a punto presso l'Università di Liverpool (UK), al fine di ottenere i cloni infettivi. BIBLIOGRAFIA Falchieri M., Lupini C., Cecchinato M., Catelli E., Kontolaimou M., Naylor C. J. (2012). Avian Metapneumoviruses expressing Infectious Bronchitis virus genes are stable and induce protection. Vaccine 31: 2565-71 Naylor C. J., Brown P. A., Edworthy N., Ling R., Jones R. C., Savage C. E.. Development of a reverse-genetics system for Avian Metapneumovirus demostrates that the small hydrophobic (SH) and attachment (G) genes are not essential for virus viability. J Gen Virol 2004; 85(November): 3219-27