Воспроизводство крупного рогатого скота

Таким образом, заражение крупного рогатого скота B. melitensis становится все более серьезной проблемой общественного здравоохранения в некоторых странах. Считалось, что Соединенные Штаты свободны от этого патогена; однако в октябре 1999 г. было обнаружено, что четыре коровы и несколько коз и овец в Южном Техасе инфицированы B. melitensis.¹⁴ Вероятным источником вспышки были козы из северной Мексики, которые, возможно, пересекли границу и смешались с этим стадом.

Brucella suis

Бруцеллез, вызванный B. suis, впервые был описан Дж. Траумом в 1914 году в стаде свиней в Индиане. Хотя первоначально он считался патогенным B. abortus, позднее он был назвал И.Ф. Хадлсоном B. suis.¹⁵ Домашние и дикие свиньи являются естественными хозяевами B. suis.^16–18 У свиноматок основным признаком заболевания является аборт, который может произойти на любой стадии супоросности. Зараженная свиноматка может родить как здоровых живых поросят, так и мертвых или слабых. У хряков бруцеллы могут присутствовать в сперме без каких-либо внешних признаков заболевания. У них могут наблюдаться односторонние отеки и атрофия придатков и семенников, что обычно приводит к бесплодию. Сообщалось о хромоте; опухшие суставы, бурсы и сухожилия; паралич из-за образования абсцесса возле позвоночника. Бруцеллез, вызванный B. suis, считается венерическим заболеванием, передаваемым от зараженного хряка неинфицированным свиноматкам.¹⁵ Поскольку от свиней не производят молочные продукты, заболевание среди людей в основном ограничивается охотой на диких свиней и представляет собой профессиональную опасность для фермеров, ветеринаров и работников скотобоен. Тем не менее, B. suis может заразить крупный рогатый скот, который имел прямой контакт с дикими свиньями, что приведет к распространению этого зоонозного патогена при потреблении непастеризованных молочных продуктов.^19,20

Brucella abortus

Brucella abortus, первоначально выделенная как Bacillus abortus Bang в 1897 году и в конце концов переименованная в 1920 году, является этиологическим агентом бруцеллеза крупного рогатого скота, инфекции, которая приводит к самопроизвольным абортам, преждевременным отелам и бесплодию у коров. При родах плод, плацента, маточная жидкость и молоко содержат большое количество бактерий, которые выбрасываются в окружающую среду, потенциально заражая наивных животных или персонал фермы.^13,21

У крупного рогатого скота бруцеллез - это, прежде всего, болезнь самок. Быки могут быть заражены, но они не так легко распространяют болезнь. Организм локализуется в яичках быка, что приводит к орхиту. У самок организм локализуется в вымени, матке и лимфатических узлах, прилегающих к матке. У инфицированных коров наблюдаются симптомы, которые могут включать аборт в течение последнего триместра беременности, задержание последа и слабых телят при рождении.¹³ Зараженные коровы обычно абортируют только один раз. Последующие телята могут родиться слабыми или здоровыми и нормальными. Некоторые инфицированные коровы не проявляют никаких клинических симптомов заболевания и рожают нормальных телят. Миллионы организмов (Brucella abortus) попадают в послед и жидкости в связи с отелом и абортом. Болезнь распространяется при поедании коровами зараженного корма, либо вылизывании телят или абортированных плодов от зараженных коров. Как только начинается лактация, организм мигрирует в лимфатическую систему, связанную с молочной железой, превращая молоко в потенциальный источник инфекции человека.

Этот вид способен преодолевать видовой барьер, поражая как скот, так и человека.²² В животноводстве это приводит к убыткам в миллиарды долларов из-за репродуктивных последствий у крупного рогатого скота. Он также числится в качестве гражданского, военного и сельскохозяйственного агента биотерроризма.

Патогенность

Патогенные виды бруцелл являются внутриклеточными патогенами, которые способны к выживанию и репликации внутри фагоцитарных и нефагоцитарных клеток млекопитающих хозяев, что важно для вирулентности.²³ После проникновения в эпителий слизистой оболочки бактерии транспортируются в регионарные лимфатические узлы. Распространение и размножение бруцелл в лимфатических узлах, селезенке, печени, костном мозге, молочных железах и половых органах происходит через макрофаги. Увеличение количества бруцелл у хозяина происходит главным образом благодаря способности организма избегать механизмов уничтожения макрофагов. Вирулентные виды Brucella не только противостоят уничтожению нейтрофилами после фагоцитоза^24–26 , но также размножаются внутри макрофагов²⁷ и "непрофессиональных" фагоцитов (не имеют на своей поверхности молекулы, называемые рецепторами, которые обнаруживают чужеродные объекты) .²⁸ Бруцеллы способны обосновываться в репликативных фагосомах внутри макрофагов хозяина для продления внутриклеточного выживания. Повидимому, они также способны противостоять воздействию активных промежуточных соединений кислорода, кислотного pH и недостатка питательных веществ в течение своего пребывания в различных макрофагах хозяина, включая мышей, людей и крупный рогатый скот.^23,29– 33 Существуют доказательства того, что гладкий ЛПС (липополисахарид клеточной стенки бактерий, который бывает S (smooth -гладкой) и R (rough - шероховатой) формы) , вероятно, играет жизненно важную роль во внутриклеточной выживаемости, поскольку гладкие формы, как правило, выживают гораздо эффективнее, чем шероховатые.^34,35

Макрофаги, содержащие бактерии, попадают в лимфатический узел через лимфатические сосуды.^13,36 В течение 2–3 недель лимфатический узел становится геморрагическим из-за разрушения сосудов внутри него. Некоторые макрофаги в лимфатическом узле лизируются, и бруцеллы выделяются в кровоток, что приводит к последующей бактериемии.^13,36,37 Бактерии мигрируют по всему организму хозяина, локализуясь в ретикулоэндотелиальной системе. У копытных животных во время беременности бруцеллы размножаться в больших количествах внутри трофобластических клеток плаценты.^13,36,38,39 Механизм инвазии нефагоцитарных клеток, таких как плацентарные трофобласты, четко не установлен. Внутри нефагоцитарных клеток бруцеллы имеют тенденцию локализоваться в шероховатой (гранулярной) эндоплазматической сети. Плацентарные трофобласты являются частью эпителиальных слоев плаценты естественного хозяина. Они служат важным связующим звеном между кровообращением матери и плода. Известно, что во время поздней беременности бруцеллы реплицируются в плацентарных трофобластах своего естественного хозяина - жвачных животных, вызывая нарушение целостности плаценты, инфекцию плода и, возможно, аборт или рождение слабых или инфицированных животных.⁴⁰

Плацентарными трофобластами жвачных в больших количествах вырабатывается эритритол, который может служить стимулятором роста бруцелл.¹³ Дальнейшие эксперименты с использованием микроскопического анализа плацентарных тканей от коров и коз, инфицированных B. abortus, также показали, что бруцеллы реплицируются во внутриклеточных компартментах, связанных с шероховатым эндоплазматическим ретикулумом трофобластов, предполагая, что внутриклеточная среда похожа на среду внутри макрофагов хозяина.^38,41,42 Точный механизм, по которому внутриутробная инфекция вызывает аборты, неясен. В качестве причины абортов было предложено вмешательство в кровообращение плода из-за плацентита.⁴³

Диагностика

Для диагностики бруцеллеза у крупного рогатого скота можно использовать три метода: 1) серологический - обнаружение антител к бактериям; 2) бактериологический - выделение организма из тканей животных; и 3) молекулярно биологический с использованием молекулярных методов для выделения и идентификации бактериальной ДНК (ПЦР) . Серологический метод обычно используется для тестирования животных, потому что результаты могут быть получены за короткий период времени. Все серологические тесты основаны на связывании бычьих антител с антигенами бруцелл. Обычно страна будет следовать предлагаемым серологическим методам OIE (Всемирная организация по охране здоровья животных) или МСХ США.^44,45 Стандартные серологические тесты включают Роз-бенгал тест (РБТ) (реакция агглютинации, проводимая посредством смешивания на стекле сывороток с суспензией окрашенных клеток B. abortus) , тест молочного кольца ( антиген Brucella, окрашенный гематоксилином, добавляют к молоку - любые агглютинины в молоке, которые переносятся молочным жиром, когда он поднимается на поверхность, реагируют с антигеном) , Кард-тест (тест на агглютинацию для выявления антител к B. abortus) , риваноловый тест, метод стандартных пробирок (STT), буферный подкисленный планшетный тест на антиген и тест фиксации комплемента. Основные тесты на связывание включают иммуноферментный анализ концентрации частиц (PCFIA), непрямой и прямой конкурентный иммуноферментный анализ (ELISA) и поляризационный флуоресцентный анализ (FPA). Современные надзорные меры в США включают тест молочного кольца для проверки молочных заводов и серологическое тестирование крупного рогатого скота. В идеале, для постановки окончательного диагноза можно использовать серологию в сочетании с культивированием бруцелл или молекулярным типированием.^46,47 Идентификация серологически положительного животного запускает принятый регуляторный процесс, который может включать тестирование и убой, карантин, вакцинацию и корректировку управления стадом. При обнаружении заболевания у человека проводят соответствующую антибиотикотерапию после выяснения вида бактерий. Эпидемиологический надзор обычно требует видовой состав, поэтому можно использовать все три методологии.

Иммунная реакция

Иммунный ответ хозяина на типичный вирулентный штамм B. abortus включает как клеточные, так и гуморальные реакции. Гуморальный аспект включает выработку антител, которые нацелены на поверхностные компоненты внешней мембраны клетки. Было показано, что комплемент неэффективен в борьбе с B. abortus напрямую, но может помочь при фагоцитозе.⁴⁸ Основным иммуногенным элементом гладкой наружной мембраны является OPS-часть (О-боковые связи (перосамин) липополисахарида (LPS) на поверхности бактериальной клетки) LPS. Антительный ответ хозяина на OPS недостаточен для обеспечения защиты от инфекции. Эффективность шероховатого вакцинного штамма RB-51, в котором отсутствует OPS, также демонстрирует, что гуморальный ответ не имеет первостепенного значения. Антитела IgG-1, преимущественно продуцируемые в ответ на B. abortus, не коррелируют с элиминацией патогена.⁴⁹ Антитела могут способствовать внутриклеточному уничтожению посредством опсонизации и замедлять скорость размножения внутриклеточного B. abortus, но одни только антитела не могут защитить хозяина от бактерий.^48–50

С точки зрения вакцинации крупного рогатого скота, должен быть вызван клеточный иммунный ответ для защитного иммунитета. Клеточноопосредованная иммунная реакция хозяина на B. abortus в основном достигается активацией Т-клетками адаптивного иммунного ответа. Функция клеточного иммунитета заключается в поиске и уничтожении клеток-хозяев, содержащих внутриклеточные патогены, такие как вирусы и факультативные или облигатные внутриклеточные бактерии.⁵¹

Макрофаг в первую очередь ответственен за проглатывание и выведение бруцелл из внеклеточной среды. Презентация антигена как CD4, так и CD8 Т-клеткам является важным шагом в формировании протективного иммунитета хозяина. Макрофаги, которые не активировались до проглатывания B. abortus, отличаются по ответной реакции на антиген по сравнению с ранее активированными макрофагами, которые значительно более эффективны в уничтожении бруцелл.^52,53 Brucella abortus, проглатываемые инактивированными макрофагами, могут ингибировать развитие фаголизосом или нейтрализовать кислую среду, что позволяет им избежать гибели и размножаться в клетке относительно незатронутыми.⁵² D этих неактивированных фагоцитах бруцеллы заставляют макрофаги подавлять их реакцию на сильный CD4 + Th1 имунный ответ. Активированные макрофаги разрушают B. abortus при проглатывании и фаголизосомном слиянии, поле чего бактерии могут быть распознаны и представлены корецеторам CD4+ Th1-клеток главного комплекса гистосовместимости класса II. Эффекторная CD4+ Th1-клетки секретирует интерферон (IFN)-γ, который дополнительно активирует макрофаги, вызывая увеличение противомикробной активности против патогена. Brucella abortus вызывает сильный CD8+ Т-клеточный ответ, который опосредует цитотоксическую активность для лизиса инфицированных клеток. Если макрофаг, содержащий реплицирующийся B. abortus, лизируется, бактерии высвобождаются во внеклеточную среду, где они могут либо заражать другие клетки, либо подвергаться воздействию иммунной системы, а также проглатываться и уничтожаться активированными макрофагами.^{27,53,55–57}

Вакцина

Разработка эффективных вакцин против бруцеллеза находится на передовой профилактики этого заболевания. Было проведено множество экспериментов с использованием инактивированных и живых культур возможных кандидатов на вакцину. Инактивированные кандидаты на вакцины обычно дают плохой иммунитет, в то время как живые вакцины вирулентных штаммов обычно обеспечивают хорошую защиту против абортов, но часто приводят к высвобождению патогенных микроорганизмов и возможному заражению восприимчивых животных инфекцией.⁵⁸ Вакцины против бруцеллы должны характеризоваться ослабленностью патогена, способностью индуцировать защитный клеточный иммунный ответ и стабильностью при многократных пассажах in vivo.^58–60 Идеальные качества кандидата на вакцину включают: 1) большую продолжительность защиты; 2) минимальное вмешательство в диагностические тесты; 3) простоту производства и хранения с повышенной стабильностью; и 4) минимальное неблагоприятное воздействие на вакцинированных животных без опасности для человека в случае воздействия.^59,61 Ни одна программа вакцинации не дает 100% эффекта, а вакцины против бруцеллеза не предотвращают заражение. Цель вакцинации против бруцеллеза - повысить иммунитет стада и предотвратить аборты и распространение возбудителя. Программы контроля многогранны и включают вакцинацию, надзор и управление стадом. Вакцинация против бруцеллеза крупного рогатого скота является мощным инструментом, используемым в программе ликвидации бруцеллеза в Соединенных Штатах. Первой вакциной против бруцеллеза, одобренной федеральным правительством, был штамм-19 (S19) гладкой формы B. abortus, который был внедрен в 1941 году.⁵⁸ После многих лет успешного использования конфликты с S19 возникли из-за его вмешательства в диагностические тесты, и в 1996 году Министерство сельского хозяйства США утвердило новую вакцину с шероховатой формой B. abortus RB51 (RB51) вместо S19 в качестве официальной вакцины против бруцеллеза крупного рогатого скота.⁶²

Хотя RB51 решил проблемы, связанные с влиянием S19 на результаты диагностических тестов, некоторые считают, что RB51 может обеспечить менее эффективную иммунизацию, чем S19.⁶³ Иммуногенными различиями между S19 и RB51 являются в основном их вариабельность в структуре, функции и выживаемости в организме хозяина.

Три основные вакцины, используемые для предотвращения бруцеллеза у крупного рогатого скота, а также у коз и овец, включают штамм B. abortus 19, штамм B. abortus RB51 и штамм B. melitensis Rev. 1.⁶⁴ В США нет эффективных коммерческих вакцин для свиней или людей.

B. abortus штамм 19

Штамм 19 был первоначальной вакциной, используемой в программах борьбы с бруцеллезом крупного рогатого скота в Соединенных Штатах. После того, как он стал официальным кандидатом на применение в вакцинах в США, он впоследствии использовался во всем мире. Штамм 19 является наиболее широко используемой вакциной для профилактики бычьего бруцеллеза.^58,59,65 Он произошел от вирулентного изолята B. abortus, который был серийно пассирован (многократный пересев в новую пит.среду или животное) и хранился при комнатной температуре в течение нескольких месяцев и, повидимому, ослаблялся при репликации.⁶⁶ Сообщается, что иммунитет у беременных телок, вызванный S19, на 70–90% защищает их от аборта и/ или инфекции.^66–68 Вакцина S19 была и остается эффективным средством борьбы с бруцеллезом; однако, она имеет свои преимущества и недостатки. Это живая вакцина, которая стимулирует как гуморальный, так и клеточный иммунный ответ у вакцинированных животных, чтобы защитить их от вирулентных видов бруцелл в течение длительного периода времени (лет), а детектируемые антитела обычно исчезают через несколько месяцев. Некоторые недостатки включают аборт при применении вакцины на позднем сроке беременности, орхит, гипертермию, анорексию, хронические низкие титры и изредка персистентную инфекцию вымени.⁵⁸ Иммунологический ответ хозяина на S19 аналогичен таковому на воздействие инфекционного (полевого) штамма B. abortus, но не приводит к клинической инфекции.⁵⁸ Как и гладкий штамм B. abortus, S19 экспрессирует полностью интактный и функциональный LPS с OPS на поверхности наружной мембраны. Он способен индуцировать OPS-специфические антитела у хозяина, поскольку он стимулирует как клеточный, так и гуморальный иммунитет. Однако, этот аспект S19 может быть проблематичным, поскольку стандартные диагностические тесты выявляют присутствие анти-OPS-иммуноглобулинов, и по ним нельзя отличить вакцинированное животное от полевого штамма. Обычно вакцинированное животное сохраняет устойчивость к болезням в течение длительного периода времени (около года), но серологически детектируемые антитела исчезают через несколько месяцев. Некоторые животные могут стать персистентно инфицированными S19 после вакцинации, продолжая вырабатывать антитела против OPS в течение многих лет после обработки.⁶⁹ У таких хронических носителей диагностические тесты покажут ложноположительные результаты хотя эти вакцинированные животные не заражены полевым штаммом. Из-за этой проблемы исследователи искали вакцину, которая не мешала бы программе ликвидации бруцеллеза, и в 1996 году была получена лицензия на новую вакцину RB51.⁶² RB51 - шероховатый штамм B. abortus 2308, лишен OPS, обнаруженного в вирулентных штаммах и в вакцине S19, поэтому проблема с диагностическими тестами была решена. RB51 не способствует выработке антител против OPS, но эффективен в обеспечении адекватной защиты от инфекций, вызывающих заражение.⁷⁰

B. abortus RB51

Нынешняя вакцина в США, используемая для защиты от бруцеллеза крупного рогатого скота, представляет собой B. abortus RB51, и была разработана путем серийных пассажей гладкого штамма B. abortus на рифампицине и чашках с триптическим соевым агаром с добавлением пенициллина.⁷¹ Полученный шероховатый штамм был устойчив к рифампицину и не имел OPS родительского штамма из-за изменения локусов биосинтеза LPS.^64,72 Несмотря на некоторые опасения относительно выпуска антибиотикоустойчивого штамма B. abortus, Соединенные Штаты в 1996 году утвердили RB51 в качестве предпочтительной вакцины для программы ликвидации вместо S19.^62,70 RB51 не стимулирует выработку гладких форм антител против OPS, которые могут мешать серологическому тестированию, поэтому вакцинированные животные не реагируют на стандартные диагностические тесты на бруцеллез. Эта вакцина с шероховатым ослабленным штаммом и она не переходит обратно к гладкому фенотипу после введения. RB51 столь же эффективен, как и S19, но менее абортогенный и не вызывает симптомов заболевания после вакцинации.^70,73 Введение вакцины стимулирует клеточно-опосредованный ответ, необходимый для защиты животного от полевой инфекции.⁷⁰ Исследования показали, что защита, обеспечиваемая RB51, аналогична S19, и на 70–90% эффективна в плане предотвращения абортов и заболевания.^62,74,75

RB51 остается современной вакциной против бруцеллеза крупного рогатого скота и продолжает оставаться важным компонентом регуляторных программ мониторинга бруцеллеза. Домашние телки получают RB51 в возрасте 4–12 месяцев в дозе 1,0–3,4 × 1010 КОЕ и помечаются как вакцинированные.^62,70 После иммунизации RB51 обычно не обнаруживается в кровотоке через 3 дня после вакцинации, быстро выводится из дренирующих лимфатических узлов и не может быть выделен у животного уже через 6–8 недель.^62,76,77 Шероховатый вакцинный штамм RB51 обеспечивает защиту от бруцеллеза крупного рогатого скота без нежелательных побочных эффектов, связанных с S19.

B. melitensis Rev. 1

Вакцина Rev. 1 была разработана Элбергом и Герцбергом в 1957 г. как живая вакцина против B. melitensis коз и овец.⁶⁶ Rev.1 представляет собой гладкую бактерию с полным LPS, которая индуцирует реакции антител, аналогичные тем, которые вызываются полевыми штаммами, и не может быть легко дифференцирована при обычном серологическом исследовании. Вакцина вирулентна для людей и устойчива к стрептомицину, что затрудняет профилактическое лечение.^64,77 Подкожная вакцинация Rev.1 рекомендуется для коз и овец в возрасте от 4 до 6 месяцев. Вакцина вызывает мощный и длительный серологический ответ, который часто создает помехи диагностическим тестам.⁷⁸ При введении во время беременности вакцина может вызывать аборты у овец и коз. В эндемичных районах с широко распространенной инфекцией или вероятностью повторного заражения рекомендуется, чтобы взрослые животные получали уменьшенные дозы вакцины.⁷⁹ Rev.1 представляет собой эффективную вакцину для борьбы с бруцеллезом у мелких жвачных животных, но, несмотря на тестирование на крупном рогатом скоте, она обычно не используется против бычьих заболеваний.