Projekte in den Förderprogrammen des BMEL, betreut durch den Projektträger BLE (PT BLE)
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| Titel: | Untersuchungen zum mukosalen Immunsystem beim Huhn und seine Reaktion auf Koinfektionen als Basis zur Entwicklung neuer Impfstoffstrategien (MICHIC) |
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| Titel (englisch): | Understanding mucosal immunology and co-infections in the chicken to drive vaccine strategies |
| Akronym: | MICHIC |
| Beschreibung (dt.): | Die Anwendung von Impfstoffen ist bei keiner anderen Haustierspezies so intensiv, wie beim Wirtschaftsgeflügel. Dabei kommen in der Mehrzahl Impfstoffe zum Einsatz, die über die Schleimhäute des Atmungs- und Verdauungstrakts mit dem Immunsystem in Kontakt kommen. Dessen ungeachtet ist das Wissen darüber, wie diese Impfstoffe an Schleimhäuten eine Schutzwirkung auslösen gering. Hinzu kommt, dass viele Erkrankungen des Geflügels durch Pathogene ausgelöst werden, die insbesondere über den Atemtrakt in den Wirt gelangen und zu erheblichen Produktionsverlusten und Einschränkungen des Tierwohls führen. Ein besseres Verständnis der Immunreaktion des Atmungstrakts auf virale und bakterielle Infektionen, Koinfektion und die Aerosolimpfung ist daher nötig, um zukünftig weitverbreitete Erkrankungen beim Wirtschaftsgeflügel effektiv zu kontrollieren. Der Focus dieses Projekt richtet sich auf Infektionen mit Aviäre pathogene Escherichia coli (APEC) die zu schwere respiratorische und systemische Erkrankungen, oftmals nach Koinfektion mit viralen Erregern, führen und die häufigste Ursache für Todesfälle beim Geflügel in Europa sind. Ziel des Projektes ist es ein umfassenderes Verständnis des mukosalen Immunsystems des Respirationstrakts beim Huhn zu erarbeiten. Dabei werden neue Methoden und Werkzeuge etabliert, die der Analyse der Immunreaktion auf APEC Infektionen alleine und in Verbindung mit viralen Koinfektionen dienen. Unter Verwendung von transgenen Tiere und Immunglobulin knock out Hühnern sollen die Mechanismen der Antigenaufnahme, -Prozessierung und –Präsentation sowie die Bedeutung von Antikörpern analysiert werden. Zudem sollen Korrelate der Immunreaktion mit der Resistenz oder Empfänglichkeit gegenüber APEC identifiziert, sowie die Bedeutung von viralen Koinfektionen (Influenza und Infectious bronchitis virus) für die Erkrankung an APEC analysiert werden. |
| Beschreibung (engl.): | Chickens are the most heavily vaccinated of the farmed animal species yet the site and mechanism of antigen presentation, in this species that lacks lymph nodes (the major site of antigen presentation in mammals), is poorly understood. Our ability to rationally modulate the mucosal immune response to vaccination in birds is therefore limited by this lack of knowledge. The overall aim of the proposed project is to improve understanding of protective immunity in the chicken, particularly during viral and bacterial co-infections of the respiratory tract, to improve control of endemic production diseases. We will use cutting-edge technologies, particularly our unique inbred and transgenic chickens, to investigate the role of antigen-presenting cells (APCs) and B cells in the mucosal immune response in the respiratory tract. We will exploit this knowledge to explore ways of modulating the avian mucosal immune response to improve magnitude, duration and cross-protective efficacy of vaccine-induced responses. Our specific aims are to: 1) Understand the mucosal immune response of the respiratory tract. 2) Identify immune responses that correlate with resistance and susceptibility to avian pathogenic E. coli (APEC) infection. 3) Determine the role of APCs and humoral (B cell-mediated) immunity in APEC infection and vaccination. 4) Determine the effect of infectious bronchitis virus (IBV) co-infection on the outcome of APEC infection. 5) Determine the effect of low pathogenicity avian influenza virus (LPAIV) co-infection on the outcome of APEC infection. We aim to address the gaps in the understanding of the avian respiratory immune system by using a combination of approaches, some unique to our consortium. APEC challenge models are well established at both INRA and RI and have shown significant differences in the ability of individual birds to control APEC. Comparison of the mucosal immune response between high and low responders and inbred lines will help to identify protective immune mechanisms. Moreover, we have developed models of vaccine-mediated protection against colibacillosis and are ideally placed to identify correlates of protection to extend their efficacy. The composition, interactions and responses of components of the immune system in the avian respiratory tract have been poorly studied and the project will yield valuable new knowledge of importance to the poultry industry. In particular, we will gain a comprehensive understanding of the structure and development of the avian respiratory immune system through detailed morphological analysis. In addition, we will dissect the role of antigen-presenting cells (APC) and B cells in driving responses to APEC, using infection of unique transgenic birds (MacRed chickens from RI, in which all cells of the myeloid lineage express a red fluorescent protein driven by elements of the chicken CSF-1 receptor), and immunoglobulin knock-out (Ig-/-) chickens from LMU, which lack the B cell receptor and thus antibody) with wild-type or green fluorescent protein (GFP)-expressing APEC. Using these birds we will assess the roles of APC and B cells in primary APEC infection and vaccination. Finally, the impact of two major avian viral diseases on APEC infection will be studied. Co-infection models for IBV/APEC and LPAIV/APEC will be established at RI and INRA, respectively. For each co-infection model, the role of virus-induced immunosuppression and the loss of mucosal integrity on APEC colonisation and disease outcome will be investigated. |
| Ergebnis (dt.): | Ziel dieses Projektes war es ein besseres Verständnis der Reaktion des Atmungstrakts von Hühnern auf Infektionen mit Bakterien und Viren sowie auf Koinfektionen und Aerosol-Impfungen zu erlangen. Die Erkenntnisse sollen dazu beitragen, dass bessere Strategien zur Kontrolle von endemischen Erkrankungen erarbeitet werden können. Insbesondere sollten jene immunologischen Mechanismen identifiziert werden, welche zur Resistenz der Tiere gegenüber Atemwegserkrankungen durch „Aviäre Pathogene Escherichia coli“ (APEC) und Koinfektionen mit aviären Influenza Viren (AIV) und infektiösen Bronchitis Viren (IBV) führen. Die drei Gruppen des Konsortiums (INRA, Frankreich; LMU, Deutschland; Roslin Institute, UK) konnten auf einer langjährigen Partnerschaft und Zusammenarbeit aufbauen, was wesentlich zum reibungslosen Verlauf und einem umfassenden Austausch von Reagenzien, Probenmaterial und Technologien beigetragen hat. Während der zweiten Hälfte der Projektlaufzeit fand ein Austausch der Doktoranden zwischen den beteiligten Instituten statt. Hierdurch konnten die jungen Wissenschaftler neue Methoden erlernen und ihr eigenes Netzwerk ausbauen, was zu gemeinsamen Publikationen geführt hat. Jede der Gruppen verfügte über besondere Techniken, Hühnerlinien und Erfahrungen, welche in diesem Projekt erfolgreich zusammengeführt wurden. Das Konsortium hat gemeinsam neue Techniken und Protokolle erarbeitet und vorhandene Protokolle verbessert um die Immunreaktionen im Atmungstrakte von ausgezüchteten und ingezüchteten Hühnerlinien vergleichend untersuchen zu können. Zudem wurde eine transgene Hühnerlinie umfassend untersucht, in der alle Zellen der myeloiden Linie ein fluoreszierendes Protein exprimieren, wodurch die Identifizierung, Isolierung und Phänotypisierung APEC infizierter Zellen möglich wurde. Die wichtigsten Aktivitäten und Erfolge des Konsortiums waren: (i) die erfolgreiche Etablierung der Infektionsmodelle und die Optimierung der Infektionsdosen in den genannten Hühnerlinien. Diese wurden nachfolgend zur Analyse der lokalen und systemischen Immunreaktion auf zellulärer und Genexpressionsebene herangezogen. (ii) die Identifizierung von zwei Genen des Immunsystems, welche bisher beim Huhn nicht beschrieben waren und welche wahrscheinlich eine wichtige Rolle in der Abwehr von APEC Infektionen spielen. Im Zuge dieser Arbeiten wurden immunologische Werkzeuge zur Untersuchung der Funktion dieser Gene entwickelt. (iii) Um die Studien zur Interaktion von APEC und Wirtszellen untersuchen zu können, wurden zwei genetisch veränderte Bakterienstämme entwickelt, welche ein fluoreszierendes Gen (APEC O1::gfp) exprimieren. Diese wurden sowohl in vitro, als auch in vivo validiert. (iv) In in vitro und in vivo Studien wurde schließlich die Auswirkung einer Virusinfektion auf eine APEC-Superinfektion untersucht und insbesondere die Bedeutung des durch die Virusinfektion induzierten Interferons analysiert. |
| Ergebnis (engl.): | The goal of this project was to gain a better understanding of responses in the respiratory tract of chickens to bacterial and viral infections, co‐infections and vaccines to improve the control of endemic diseases. The overall aim is to define the immunological basis for avian resistance to respiratory avian pathogenic Escherichia coli (APEC) infection and co‐infection with avian influenza virus (AIV) and infectious bronchitis virus (IBV). The three groups consisted of long‐term partners and collaborators, which has contributed to the smooth running of the project and extensive exchange of materials, samples and technology. During the second half of the project, the early‐career scientists deployed on the project visited the partner labs to receive additional training and to broaden their network, which resulted in joined publications. Each group has unique technologies, chicken lines and expertise and therefore the project integrates resources and expertise that are not available in the laboratory of any one partner and thus offered substantial added value to the funders. The integrated and synergistic consortium of INRA France, LMU Germany and Roslin Institute UK we have set up new techniques and protocols, and optimised existing ones, to study immune responses in the avian respiratory tract in outbred and inbred chickens lines, as well as transgenic chickens in which all cells of the myeloid lineage express a fluorescent protein to aid sorting and phenotyping of APEC‐infected cells. Our main activities and achievements during the full period were as follows: (i) setting up the infection model and optimisation of the infection dose in multiple inbred and transgenic chicken lines. Subsequent in vivo experiments were performed to study the local and systemic immune responses at cellular and transcriptomic level. (ii) Two genes that may play a significant role in the control of APEC have been identified and immunological tools to study these genes in detail were developed; (iii) To aid studies into the interaction between E. coli and chicken host cells, two recombinant E. coli strains expressing a fluorescent protein (APEC O1::gfp) were produced and validated in vitro and in vivo. (iv) In vitro and in vivo studies have been performed to mimic and explore the potentially exacerbating effects of virus‐induced interferon responses on the outcome of APEC‐superinfection in an in vitro model. |
| Laufzeit: | Beginn: 01.09.2015 / Ende: 31.12.2018 |
| Ausf. Einrichtung: | Ludwig-Maximilians-Universität München - Tierärztliche Fakultät - Veterinärwissenschaftliches Department, München |
| Themenfelder: | Tiergesundheit, animal health |
| Förderprogramme: | EU-Forschung |
| Schlagworte: | Virologie, Virology, Tierschutz, Tierwohl, animal welfare, Wissenstransfer / Vernetzung, knowledge transfer, networking, Diagnostik, diagnostics, Prävention, Prevention, Therapie, therapy, Geflügel, poultry, Epidemiologie, epidemiology |
| Stichpunkte: | ANIHWA (2. Call) |
| Förderkennzeichen: | 2814ERA01D |
| Dokument zum Download: | 2814ERA01D_Abschlussbericht MICHIC.pdf (107,2 KB) 2814ERA01D_Kurzfassungen (de/en) MICHIC.pdf (136,1 KB) |
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