Nanoparticle based vaccine delivery of recombinant outer membrane proteins and characterization of Aeromonas hydrophila and Edwardsiella species in Asian Aquaculture

Abstract

Akvakultur startet i Asia og i dag produseres mer enn to tredjedeler av den globale produksjonen i denne regionen. Bærekraftig utvikling av intensiv akvakultur utfordres av sykdom som hovedsakelig skyldes bakterielle infeksjoner, og spesielt infeksjoner forårsaket av Aeromonas hydrophila og Edwardsiella tarda resulterer i stor dødelighet. Den ytre overflaten av bakterien er laget av forskjellige antigener som fimbrier og pili som definerer forskjellige serovarer og serotyper. Den største utfordringen i vaksineproduksjon har vært å finne antigener som er kryssbeskyttende mot disse bakterielle patogenene og en nøyaktig identifisering av Edwardsiella arter og A. hydrophila isolert fra ulike fiskearter er viktig for å definere de antigener som er kryssbeskyttende på tvers av serotyper. Senere tids studier har vist at gyrB er et velegnet housekeeping-gen for identifisering av forskjellige bakteriearter. I denne studien (Paper I & II) har vi karakterisert Edwardsiella spp. og A. hydrophila ved hjelp av biokjemisk tester, 16S rRNA, gyrB og OMPs primere fra flere land i Asia. Ved å sammenligne gyrB-sekvenser viser denne studien signifikante genetiske variasjoner mellom bakteriearter og inter-geografiske variasjoner for E. tarda og A. hydrophila isolater fra forskjellige fiskearter fra forskjellige deler av Asia. Videre viser vår undersøkelse at kombinasjon 16S rRNA, gyrB sekvensering og sekvensanalyse av OMP-protein fra forskjellige bakteriestammer er en måte å identifisere kandidat-antigener (proteiner) med potensielt kryssbeskyttende egenskaper for A. hydrophila og Edwardsiella-arter. Rekombinant DNAteknologi er videre velegnet til å produsere store mengder OMP-antigen, men proteinenes størrelse og immunogenisitet gjør at det er nødvendig å bruke adjuvans for å oppnå god immunrespons/immunitet. Nanopartikler er velegnet for innkapsling av peptider/proteiner, og det cellulære opptaket av NP er høyt blant annet på grunn av forholdet mellom overflate og volum. Oral vaksinering er en lite stressende immuniseringsmetode for alle aldersgruppe av fisk. I denne studien (papir I og II) har vi benyttet antistoff-responser og overlevelse etter eksperimentell smitte for å vurdere vaksinenes effekt. Studiene er gjort i indisk karpe ved bruk av NP-rOMP formuleringer og disse gir høy RPS og høyt antistofftiter sammenlignet med kontrollgruppene testet mot E. tarda og A. hydrophila. OmpA antigener basert på E. tarda og OmpW for A. hydrophila ble administrert oralt i Rohu (Labeo-arter) innkapslet med NP (papir III og IV).

Asia is home to aquaculture and the region contributes more than two third of total global aquaculture production. The sustainability of aquaculture in this region is challenged because of diseases, mainly due to bacterial pathogens. Bacterial infections caused by Aeromonas hydrophila and Edwardsiella tarda result in large scale mortality of farmed fish. The outer surface of theses bacterium is made of different antigenic compound such as fimbriae and pili that define different serovars and serotypes. The major challenge in vaccine development has been to find antigens that are broadly protective against these bacterial pathogens. Definite identification of Edwardsiella spp. and A. hydrophila from different fish species is a prerequisite to identifying antigens with cross protective abilities, even across different serotypes. Species identification is also a challenge and recent developments have shown that gyrB is a useful molecular gene for the identification of different bacterial species and as a phylogenetic marker.