IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta IBV emersione di nuove varianti virali in Piemonte Francesca Rizzo - biologo S.S. Lab. spec. diagn.molec.virologica e ovocoltura IZS PLVA – Sede di Torino IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta BRONCHITE INFETTIVA AVIARE Famiglia Coronavirinae, Ordine Nidovirales, Genere Gamma Coronavirus Grossi virus muniti di ENVELOPE, diametro di 120-160 nm RNA monocatenario a polarità +, 27600 nucleotidi Morfologia sferica a "corona" con spikes glicoproteici che si proiettano verso l'esterno a partire dall'envelope IBV ssRNA + IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta BRONCHITE INFETTIVA AVIARE Da 70 anni ancora uno dei principali problemi sanitari per all. avicoli: DIFFUSIONE A LIVELLO MONDIALE ESTREMA VARIABILITA’ DEL VIRUS PRESSIONE SELETTIVA DEI VACCINI IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta BRONCHITE INFETTIVA AVIARE Da 70 anni ancora uno dei principali problemi sanitari per all.avicoli: DIFFUSIONE A LIVELLO MONDIALE ESTREMA VARIABILITA’ DEL VIRUS PRESSIONE SELETTIVA DEI VACCINI IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta VARIABILITA’ DEL VIRUS TASSI DI MUTAZIONE DEI VIRUS IBV ssRNA + IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta VARIABILITA’ DEL VIRUS ERRORI DELLE POLIMERASI incorporazione di una base sbagliata IBV ssRNA + Virus a RNA= compiono intero ciclo replicativo nel citoplasma, sprovvisto di quei sistemi di PROOFREADING (enzimi deputati al controllo e alla correzione degli errori della polimerasi) che si trovano soltanto nel nucleo delle cellule eucariotiche. IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta VARIABILITA’ DEL VIRUS RICOMBINAZIONE per SCELTA DI COPIA DELLA RNA POLIMERASI La RNA polimerasi salta da un template all’altro In caso di coinfezione nella stessa cellula di due varianti di una stessa specie virale: • Le RNA-pol RNA-dip sono poco processive (si fermano dopo poche addizioni di basi) • Alla ripresa dell’attività possono saltare su un diverso template e continuare la sintesi • Si forma in al modo un nuovo genoma ibrido IBV ssRNA + IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta VARIABILITA’ DEL VIRUS RAPIDA EVOLUZIONE VIRALE • Brevi tempi di generazione di progenie virale • Alto tasso di replicazione di progenie virale (in genere circa 104-105 virioni/cellula per generazione) • Tassi di errore variabili nella replicazione IBV ssRNA + La crescita esponenziale della particelle virali e la bassa fedeltà delle polimerasi virali aumentano la probabilità che si verifichino eventi di mutazione. IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta IBV: struttura S IBV ssRNA + Spike Envelope 4 proteine strutturali: - S degli spikes o peplomeri M - M e E di membrana glicosilata Matrice N Nucleocapside H Emoagglutinina IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta IBV: Proteina S S S1 Epitopi stimolanti la risposta immunitaria Spike S2 estremamente variabile, specie la subunità S1 numerosi sierotipi differiscono tra loro per più del 20% degli aa sufficiente mutamento di pochi aa a livello degli epitopi stimolanti la risposta neutralizzante, con una variazione di solo il 2-3%, perché il MAb specifico non riconosca più il virus IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta Classificazione dei ceppi di IBV Metodiche virologiche ISOLAMENTO • su uova embrionate di pollo SPF lesioni caratteristiche da IBV: depositi di ureati nel mesonefro, emorragie cutanee, arricciamento dell'embrione • su TOCs colture di tessuto tracheale da embrioni di pollo Caratterizzazione in GENOTIPI, basata su studi del genoma virale: - RT-PCR amplificazione della parte di genoma che codifica per la subunità S1 -RFLP “Restriction enzyme fragment lengh polymorphism” - Sequenziamento regione S1 IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta Classificazione dei ceppi di IBV Metodiche sierologiche: sierotipi Uso di antisieri diretti verso epitopi antigenici all’interno della S1 • Virus-neutralizzazione (VN): + usato per sierotipizzazione/ laborioso, alti costi • Inibizione dell’emoagglutinazione (HI) con Ag trattati con fosfolipasi C, per valutare risposte sierotipo-specifiche in seguito a vaccinazione (soprattutto su polli giovani)/ poco standardizzabile, costi alti, elevata crossreattività • ELISA: valutare la risposta anticorpale a un trattamento vaccinale e studi di campo/ non sierotipizza •Anticorpi monoclonali (MAb’s) : ottimi per tipizzare/ se epitopi mutano rischio di falsi OIE Terrestrial Manual 2013 negativi Buona correlazione sierotipo/genotipo, ma vi sono situazioni non corrispondenti: - ceppi di differenti sierotipi con omologia di sequenza elevata - ceppi dello stesso sierotipo le cui sequenze nucleotidiche differiscono in modo rilevante IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta IBV ssRNA + Razionale del progetto : PROGETTO RICERCA CORRENTE 2007 Ricerca finanziata dal Ministero della Salute Caratterizzazione su base genomica e sierologica dei ceppi di IBV presenti sul territorio piemontese Obiettivo dello studio definire la situazione epidemiologica aggiornata sulla circolazione di IBV aviare in un’area a rischio. - la presenza/emersione di nuove varianti, attraverso l'isolamento e la caratterizzazione virale - la loro diffusione e il loro significato sul territorio - favorire la creazione di una rete diagnostica sul territorio in grado di supportare il veterinario nella definizione di programmi vaccinali mirati IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta MATERIALI E METODI Disegno dello studio- 1 AREA DI STUDIO: provincia di Cuneo ad alta intensità di allevamenti di pollame con sospetto di circolazione IBV per riscontri clinici (sintomatologia respiratoria) POPOLAZIONE DI STUDIO: galline ovaiole pollame da carne (broilers) IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta Disegno dello studio- 2 NUMEROSITA’ CAMPIONARIA 50 allevamenti 10 tamponi tracheali (50 soggetti totali) 50 sieri SCHEDA ANAMNESTICA Dati anagrafici relativi all'allevamento e specifiche sui soggetti, quali : • età dei soggetti dell’unità produttiva • tipologia di stabulazione • la consistenza del gruppo • le patologie pregresse • la sintomatologia registrata • le manifestazioni specifiche • eventuali vaccinazioni praticate Attività di prelievo realizzate in collaborazione con i medici veterinari aziendali di filiera e alcuni medici veterinari ASL IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta Materiali e metodi FASE 1-Screening su tutti i campioni ANALISI VIROLOGICHE ANALISI SIEROLOGICHE 50 animali/azienda 5 pool di tamponi tracheali liquido allantoideo 30 sieri /azienda One step RT-PCR target subunità S1 (Cavanagh D., 1999) POSITIVI PCR Isolamento Elettroforesi su gel agarosio 2% banda attesa 383 bp uova embrionate spf: - inoculate a 9-12gg - incubate 7gg a 37°C - fino a 3 passaggi - PCR a ogni fine passaggio IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta Materiali e metodi FASE 2-Tipizzazione del ceppo sui campioni positivi Per definire a quale genotipo circolante il nostro campione sia più simile Sequenziamento del target filogenetico- Subunità S1 Purificazione dell’amplificato PCR di cycle sequencing e purificazione della reazione di sequenza Corsa su sequenziatore ABI PRISM® 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems) Analisi delle sequenze e costruzione della matrice d'identità nucleotidica Si ottiene per ogni sequenza una percentuale di identità nucleotidica (omologia) rispetto ad una sequenza di riferimento Nome Italy 02 793/b 6881-97 B1648 QX-IBV QX IBV (D388) 624-I D1466 D274 Q1 M41 accession AJ457137 AY544778 DQ386095 X87238 GQ253486 DQ674739 AJ243262 M21971 X15832 AF286302 EU822341 number IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta Materiali e metodi FASE 2- Sierotipizzazione del ceppo solo su alcuni dei sieri positivi Inibizione emoagglutinazione (HI) Antigeni e antisieri acquisiti per lo svolgimento del progetto di ricerca: D388(QX), M41, 793/b, Italy 02, D274, D1466 Sieri diluiti 1:2; aggiunta Ag emoagglutinanti (4UEA); aggiunta globuli rossi di pollo all'1%; incubazione; lettura immediata Il titolo del siero in esame è il reciproco del valore della diluizione registrato IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta RISULTATI- Analisi virologiche 20 allevamenti risultati positivi all’RT PCR, tutti di broiler In 13 allevamenti è stato possibile sequenziare il ceppo rilevato 7 allevamenti positivi all’isolamento virale SEQUENZIAMENTO TRATTO S1 ISOLAMENTO SU UOVA 6 allevamenti ceppo circolante M41 3 positivi all’isolamento 1 allevamento ceppo circolante D274 positivo all’isolamento 2 allevamenti ceppo circolante Qx nessun isolamento 4 allevamenti ceppo circolante Q1 3 positivi all’isolamento Isolamento positivo: banda netta in PCR di LA IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta Ceppo Q1 Cina 1996-98: proventricolite in ovaiole (Yu et al. 2001) Italia,Veneto luglio 2011: aumento di mortalità in broiler di 15gg, edema polmonare e sofferenza renale (Toffan, 2012) Italia, Piemonte giugno-settembre 2011: manifestazioni specifiche rilevate enterocolite, rantoli, difformità del gruppo IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta RISULTATI- Analisi sierologiche -1 ELISA test Individuati 4 profili sierologici (dati PCR; dati vaccinazione): A) 20 allevamenti SIERONEGATIVI: 2/3 dei sieri NEG (6PCR +;14PCR -;13 V; 6NV ; 1?) infez.in stadio precoce, pratica vaccinale non corretta B) 16 allevamenti SIEROPOSITIVI: prevalenza di alti valori ELISA (1PCR+QX;14PCR-; 13V;2NV;1?) protezione efficace; no verso Qx (wild type) C) 6 allevamenti SIEROPOSITIVI: valori di titolo distribuiti in modo irregolare tra alti,medi e bassi valori ELISA (2PCR+;5PCR-; 5V; 1NV) Tipico profilo di vaccinazione spray D) 5 allevamenti SIEROPOSITIVI: presenza di sieri ad alto e medio valore ELISA, ma anche presenza di almeno 1/3 di sieri negativi o bassi positivi (4PCR+;1PCR-; 4NV; 1?) infez.in stadio precoce, pratica vaccinale non praticata Tutti gli 11 allevamenti di ovaiole e pollastre analizzati ricadevano in profilo B, PCR- IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta RISULTATI- Analisi sierologiche - 2 Inibizione emoagglutinazione (HI) Elevato costo degli antigeni Difficoltà di reperimento Difficoltà di standardizzazione Forte cross-reattività tra Ag Criteri di selezione degli allevamenti sottoposti al test HI sono stati i seguenti: 1- verificare l’avvenuta siero-conversione specifica verso un particolare ceppo selvaggio 2- verificare alcuni allevamenti profilo B (sieropositivi ad alto titolo ELISA), ma PCR neg e NV, la veridicità di quest’ultima affermazione 1- Allevamenti infetti da Qx: HI/Qx NEG 2- Sieroconversione verso M41 e D274 (ceppi vaccinali) no sieroconversione vs Qx vaccinati? IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta DISCUSSIONE Approccio diagnostico virologico: Screening con RT-PCR su matrici di partenza: - sensibile e veloce - capace di rilevare anche virus non vitali - consente rapida tipizzazione (sequenziamento di amplicone regione S1) Opportuna la valutazione costante della regione target relativa al gene S1 vs Isolamento virale: costoso, laborioso, L'isolamento dipende da numerosi fattori: - vitalità o meno del virus inoculato - carica virale di partenza - difficile adattamento di alcuni ceppi alla crescita su uova - necessità di numerosi passaggi IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta DISCUSSIONE Approccio diagnostico sierologico: Test ELISA : - rapido - standardizzabile e poco costoso Utile per valutare la risposta anticorpale in seguito a vaccinazione vs Inibizione emoagglutinazione (HI): - alto costo - forte cross-reattività tra Ag -difficoltà nell’interpretazione dei risultati Valutare sieroconversione verso ceppo wild-type specifico, con doppio prelievo a distanza di 21 gg IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta CONCLUSIONI monitoraggio utile strumento per rilevare l’emersione di nuove varianti - allestimento di un servizio diagnostico rapido e affidabile sul territorio, prima non presente - effettuare una corretta pratica vaccinale (diffusa, ma mal applicata) allevamenti vaccinati risultati SIERONEGATIVI (Profilo ELISA A) - sviluppare pratiche vaccinali ad hoc varianti specifiche per ciascuna area - rispettare le buone norme di biosicurezza e igiene IZSTO Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta Grazie a tutti! ASL CN1 E.Boetti M.David M.Giammarino G.Giordana Veterinario aziendale C.Longoni S.S. Lab.spec.diagn.molec. virologica e ovocoltura IZS PLV D. Ameri Ballardini M. G. Renna G. Previto M. Belvedere E. Barcucci D. Maglione M.L. Mandola IZSPLV- Diagnostica generale C.Grattarola IZSLER- Sezione di Brescia I. Barbieri