Imunologie a etiologie infekčních onemocnění respiračního traktu prasat

Mgr. Lenka Kavanová, Ph.D.

Doctoral thesis

Immunology and etiology of infectious diseases of porcine respiratory tract

Abstract:

Smíšené respirační infekce představují v chovech prasat vážný problém a jsou příčinou hospodářských ztrát na celém světě. Tato studie popisuje imunitní odpověď makrofágů na jednotlivé, ale také souběžné infekce virovými a bakteriálními respiračními patogeny. Mezi nejvýznamnější patogeny spojené s multifaktoriálním respiračním onemocněním patří virus reprodukčního a respiračního syndromu (PRRSV). S komplexem dýchacích chorob prasat je spojen také prasečí cytomegalovirus (PCMV). Tyto viry zvyšují náchylnost prasat k bakteriálním infekcím, například způsobeným bakterií Haemophilus parasuis. Ve snaze porozumět interakcím imunitního systému s virem PRRS a bakterií H. parasuis v rámci multifaktoriálních onemocnění byla in vitro analyzována polarizace makrofágů a respirační vzplanutí u současně infikovaných prasečích alveolárních makrofágů (PAMs) a makrofágů derivovaných z monocytů (MDMs). Bylo zjištěno, že PAMs současně infikované virem PRRS a bakterií H. parasuis zvyšují expresi prozánětlivých cytokinů ve vyšší míře než po infekci jednotlivými patogeny. Naopak MDMs infikované virem PRRS snížily expresi prozánětlivých cytokinů po následné infekci bakterií H. parasuis, což zřejmě souvisí s vyšší expresí IFN-α po infekci virem PRRS. Dále byla u těchto dvou odlišných typů buněk sledována životnost buněk a exprese genů související s apoptózou po infekci virem PRRS a bakterií H. parasuis. Zatímco PAMs byly poměrně rezistentní, MDMs byly mnohem citlivější k cytopatogennímu působení viru. To zřejmě souvisí s vyšší produkcí reaktivních metabolitů kyslíku a následně zvýšenou expresí pro-apoptotických genů u PRRSV infikovaných MDMs. Navíc byly mezi MDMs infikovanými pouze bakterií H. parasuis pozorovány velké mnohojaderné buňky (MGCs), které představují jedinečnou buněčnou odpověď na tuto bakteriální infekci. Na druhou stranu, MGCs nebyly pozorovány u buněk současně infikovaných virem PRRS a bakterií H. parasuis. Je možné, že alveolární makrofágy infikované zároveň virem PRRS a bakterií H. parasuis způsobují pro-zánětlivou imunopatologii v plících. Na druhé straně makrofágy migrující do místa zánětu jsou mnohem citlivější k infekci virem PRRS a jejich schopnost reagovat na následnou bakteriální infekci je oslabená, což může přispívat k rozvoji multifaktoriálního respiračního onemocnění prasat. Podobná imunopatologie se dá očekávat také u infekcí jinými virovými patogeny, např. PCMV. Součástí práce bylo tedy také zavedení modelu in vitro infekce MDMs tímto virem. Tento model bude využit jako základ dalších studií role PCMV v rozvoji komplexu respiračních onemocnění prasat.

Abstract:

The mixed respiratory infections represent a serious problem in swine breeds and causes of economic losses worldwide. The present study provides a description of the immune response of macrophages to an individual but also the concurrent infections with viral and bacterial respiratory pathogens. The porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) is considered to be one of the most significant etiological agents in multifactorial respiratory disease of swine. Porcine cytomegalovirus (PCMV) is also associated with porcine respiratory disease complex. These viruses can predispose pigs to an infection by bacteria such as Haemophilus parasuis. Macrophage polarization and respiratory burst in co-infected porcine alveolar macrophages (PAMs) and monocyte-derived macrophages (MDMs) in vitro was analysed in order to understand the immune system interactions with PRRSV and H. parasuis in multifactorial respiratory swine disease. It was found that co-infection of PAMs with PRRSV and H. parasuis considerably increased expression of pro-inflammatory cytokines, generally to a greater extent than individual pathogens did. On the other hand, MDMs infected with PRRSV decreased expression of pro-inflammatory cytokines after subsequent infection with H. parasuis which is probably associated with production of IFN-α by PRRSV infected MDMs. The study was also focused on detection of cell viability and expression of apoptosis-related genes in these two different types of macrophages after infection with PRRSV and H. parasuis. While PAMs were relatively resistant to cytopathogenic effect caused by PRRSV, MDMs were much more sensitive to PRRSV infection. This phenomenon was probably connected with higher production of reactive oxygen species by MDMs and subsequent increase of pro-apoptotic genes expression. Moreover, multinucleated giant cells (MGCs), which represent a unique cellular response to this bacterial infection, were found in MDMs infected with H. parasuis only but MGCs were not observed in co-infected cells. It is possible that alveolar macrophages simultaneously infected with PRRSV and H. parasuis mediate a pro-inflammatory immunopathology in lungs. On the other hand, macrophages accumulating in site of inflammation are more sensitive to PRRSV infection and their ability to respond to subsequent bacterial infection is weakened which could contribute to the development of multifactorial respiratory disease of swine. Similar immunopathology can be expected in infections with other viral pathogens, such as PCMV. Therefore, part of the thesis was also the introduction of a model of in vitro MDMs infection by this virus. This model serves as the basis of further studies of the PCMV role in development of the porcine respiratory disease complex.

Keywords

Makrofágy, smíšené infekce, PRRSV, PCMV, Haemophilus parasuis, imunitní odpověď Macrophages, concurrent infections, immune response

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 19. 9. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 27. 10. 2017
• Supervisor: MVDr. Martin Faldyna, Ph.D.
• Reader: prof. MVDr. Zbyšek Sládek, Ph.D., prof. MVDr. Vladimír Celer, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Animal Physiology