Protection Against Infectious Bronchitis Virus Vaccine Recombinants and Chicken-Selected Vaccine Subpopulations.

ABSTRACT

Outbreaks of infectious bronchitis (IB) continue to occur from novel variants of IB virus (IBV) emerging from selection of vaccine subpopulations and/or naturally occurring recombination events. S1 sequencing of Arkansas (Ark) -type viruses obtained from clinical cases in Alabama broilers and backyard chickens shows both Ark Delmarva Poultry Industry (ArkDPI) vaccine subpopulations as well as Ark vaccine viruses showing recombination with other IB vaccine viruses. IB Ark-type isolates AL5, most similar to an ArkDPI vaccine subpopulation selected in chickens, AL4, showing a cluster of three nonsynonymous changes from ArkDPI subpopulations selected in chickens, and AL9, showing recombination with Massachusetts (Mass) -type IBV, were examined for pathogenicity and ability to break through immunity elicited by vaccination with a commercial ArkDPI vaccine. Analysis of predicted S1 protein structures indicated the changes were in regions previously shown to comprise neutralizing epitopes. Thus, they were expected to contribute to immune escape and possibly virulence. Based on clinical signs, viral load, and histopathology, all three isolates caused disease in naïve chickens, although AL9 and AL5 viral loads in trachea were statistically significantly higher (30- and 40-fold) than AL4. S1 gene sequencing confirmed the stability of the relevant changes in the inoculated viruses in the chickens, although virus in some individual chickens exhibited additional S1 changes. A single amino acid deletion in the S1 NTD was identified in some individual chickens. The location of this deletion in the predicted structure of S1 suggested the possibility that it was a compensatory change for the reduced ability of AL4 to replicate in the trachea of naïve chickens. Chickens vaccinated with a commercial ArkDPI vaccine at day of hatch and challenged at 21 days of age showed that vaccination provided incomplete protection against challenge with these viruses. Moreover, based on viral RNA copy numbers in trachea, differences were detected in the ability of the vaccine to protect against these IBV isolates, with the vaccine protecting the most poorly against AL4. These results provide additional evidence supporting that IBV attenuated vaccines, especially ArkDPI vaccines, contribute to perpetuating the problem of IB in commercial chickens.

RESUMEN

Protección contra los virus de la bronquitis infecciosa vacunales recombinantes y las subpoblaciones de vacunas seleccionadas en pollos. Los brotes de la bronquitis infecciosa aviar continúan presentándose a partir de nuevas variantes de dicho virus, que surgen de la selección de subpoblaciones de vacunas y/o eventos de recombinación que ocurren naturalmente. La secuenciación del gene S1 de virus tipo Arkansas (Ark) obtenidos de casos clínicos en pollos de engorde y de traspatio de Alabama muestra que tanto las subpoblaciones de la cepa vacunal Arkansas Delmarva Poultry Industry (ArkDPI) así como los virus de la vacuna Arkansas muestran recombinación con otros virus vacunales de la bronquitis infecciosa. Los aislamientos del virus de la bronquitis infecciosa Arkansas tipo "AL5", más similares a una subpoblación de vacuna ArkDPI seleccionada en pollos, "AL4", que muestra un grupo de tres cambios no sinónimos de subpoblaciones de ArkDPI seleccionadas en pollos y el tipo "AL9", que muestra recombinación con el serotipo Massachusetts, se examinaron para determinar su patogenicidad y capacidad para traspasar la inmunidad generada por la vacunación con una vacuna comercial ArkDPI. El análisis de las estructuras predichas de la proteína S1 indicó que los cambios se produjeron en regiones que previamente se había demostrado comprendían epítopos neutralizantes. Por lo tanto, se esperaba que contribuyeran al escape inmunológico y posiblemente a la virulencia. Con base en los signos clínicos, la carga viral y la histopatología, los tres aislados causaron enfermedad en pollos sin exposición previa, aunque las cargas virales de AL9 y AL5 en la tráquea fueron estadísticamente significativamente mayores (30 y 40 veces) en comparación con AL4. La secuenciación del gene S1 confirmó la estabilidad de los cambios relevantes en los virus inoculados en los pollos, aunque el virus en algunos pollos individuales exhibió cambios adicionales en el gene S1. Se identificó una deleción de un solo aminoácido en el dominio terminal N del gene S1 (NTD S1) en algunos pollos individuales. La ubicación de esta eliminación en la estructura predicha del gene S1 sugirió la posibilidad de que se tratara de un cambio compensatorio por la capacidad reducida de AL4 para replicarse en la tráquea de pollos sin exposición previa. Los pollos vacunados con una vacuna comercial ArkDPI el día de la eclosión y desafiados a los 21 días de edad mostraron que la vacunación proporcionó una protección incompleta contra el desafío con estos virus. Además, basándose en el número de copias del ARN viral en la tráquea, se detectaron diferencias en la capacidad de la vacuna para proteger contra estos aislados del virus de la bronquitis infecciosa, siendo la vacuna con la protección más deficiente contra AL4. Estos resultados proporcionan evidencia adicional que respalda que las vacunas atenuadas contra el virus de la bronquitis infecciosa, especialmente las vacunas ArkDPI, contribuyen a perpetuar esta enfermedad en los pollos comerciales.