Kemajuan dalam strategi vaksin Salmonella unggas: Menyeimbangkan keamanan dan imunogenisitas

Konten ini tersedia dalam: English Melayu (Malay) Tiếng Việt (Vietnamese) Philipino

Penyakit tifus unggas dan penyakit pullorum pada ayam disebabkan oleh biovar Gallinarum dan Pullorum, yaitu Salmonella serovar Gallinarum (SG) yang beradaptasi dengan inangnya, yang mengakibatkan tingkat kematian yang tinggi dan kerugian produktivitas yang besar.

• Namun, karena spektrum inangnya yang terbatas, Salmonella serovar Gallinarum tidak menimbulkan risiko kesehatan masyarakat.

Gambar 1. Lesi makroskopis yang ditemukan pada kasus klinis Salmonella Gallinarum pada ayam.

Gambar 2. Lesi makroskopis ginjal, hati dan limpa yang ditemukan pada kasus klinis Salmonella Gallinarum pada ayam pedaging.

Sebaliknya, Salmonella yang tidak beradaptasi, termasuk serovar Enteritidis (SE) dan Typhimurium (ST) merupakan serovar yang paling umum menyebabkan wabah salmonellosis pada manusia.

• Yang menarik, sekitar 25% kasus salmonellosis pada manusia berasal dari konsumsi daging unggas dan telur.
• Oleh karena itu, risiko ekonomi global dan kesehatan masyarakat yang ditimbulkan oleh Salmonella, serta kebutuhan untuk mengurangi prevalensinya dalam industri unggas, menjadi jelas.

Upaya di seluruh dunia untuk mengendalikan Salmonella yang beradaptasi dan tidak beradaptasi dengan inang di seluruh rantai produksi unggas semakin intensif.

• Banyak metodologi intervensi pra-panen (profilaksis dan terapeutik) dan pasca-panen telah dikembangkan untuk mengurangi dampak Salmonella pada industri unggas dan kesehatan masyarakat.
• Di antara berbagai alternatif profilaksis di peternakan untuk mengendalikan Salmonella pada unggas (Tabel 1), vaksinasi dapat menjadi strategi utama.
• Namun, penelitian masih diperlukan untuk meningkatkan efektivitas vaksin komersial saat ini.
• Industri unggas dan organisasi keamanan pangan mendesak para peneliti untuk mengembangkan formulasi vaksin Salmonella baru yang mampu meningkatkan hasil perlindungan yang dicapai oleh vaksin komersial dan program vaksinasi yang ada.
• Untuk mendukung tujuan ini, penting untuk memahami kekuatan dan keterbatasan vaksin komersial yang tersedia saat ini.

Tabel 1. Alternatif di peternakan untuk mengendalikan infeksi Salmonella spp. pada unggas.

VAKSIN SALMONELLA

Pemberian vaksin Salmonella pada unggas dimaksudkan untuk mengurangi jumlah Salmonella pada unggas dan lingkungan, sehingga mencegah penyakit, memutus siklus penularan dalam dan antar flok, mendukung hasil keuangan berkelanjutan dalam produksi unggas, dan meningkatkan keamanan pangan.

• Karena mukosa mulut dan pernapasan merupakan jalur infeksi umum bagi Salmonella, vaksin Salmonella generasi berikutnya harus menawarkan perlindungan yang efektif khususnya pada permukaan mukosa.
• Selain itu, vaksin Salmonella yang ideal harus melindungi terhadap infeksi sistemik, dapat dilemahkan secara ireversibel bagi manusia dan hewan, memiliki efisiensi tinggi dalam mengurangi ekskresi feses dan infeksi telur, kompatibel dengan tindakan pengendalian Salmonella lainnya, dan menyediakan pengendalian bakteri yang hemat biaya.
• Agar vaksin dapat mencapai tujuannya, vaksin tersebut harus berinteraksi secara efektif dengan sistem imun bawaan dan adaptif ayam dan memicu respons imun protektif yang kuat, spesifik, berlapis-lapis, dan tahan lama tanpa menimbulkan efek buruk pada kesehatan atau parameter produksi flok.
• Untuk tujuan ini, vaksin terhadap Salmonella pada unggas sebagian besar telah dikembangkan menggunakan sel bakteri utuh, baik yang dilemahkan secara hidup maupun yang dinonaktifkan (dimatikan).
• Meskipun demikian, berbagai upaya telah dilakukan untuk menghasilkan vaksin subunit dengan hasil yang menunjukkan respons imun mukosa, seluler, dan humoral yang baik, serta perlindungan terhadap tantangan SE dan ST.
• Selain itu, vaksin ghost yang inovatif telah terbukti efektif dalam menghasilkan respons imun humoral dan seluler serta menghilangkan infeksi sistemik pada galur tipe liar SE dan ST.

VAKSIN SALMONELLA HIDUP YANG DILEMAHKAN DAN DINONAKTIFKAN (DIMATIKAN)

Pada awal tahun 1800-an, ditunjukkan bahwa penularan bakteri yang berulang dapat mengurangi potensi penyebab penyakitnya melalui mutasi kumulatif, yang sebagian di antaranya menurunkan ekspresi gen yang terlibat dalam virulensi bakteri.

Setelah penemuan ini, berbagai pendekatan telah digunakan untuk menciptakan galur Salmonella yang dilemahkan secara langsung. Dengan melakukan mutasi gen pada galur induk liar yang terkait dengan kelangsungan hidup inang, metabolisme, dan faktor virulensi, galur ini telah dibuat sebagai kandidat untuk vaksin yang dilemahkan secara langsung.

Di sisi lain, penelitian awal vaksin Salmonella yang dinonaktifkan dilakukan oleh Dr. Smith pada pertengahan tahun 50-an.

Sejak saat itu, proses inaktivasi sel mikroba telah dilakukan menggunakan formaldehida, glutaraldehida, aseton, dan bahan kimia lain seperti β-Propiolactone, serta metode fisik seperti panas.

• Baru-baru ini, teknologi seperti sinar elektron atau radiasi gamma telah dipelajari untuk inaktivasi bakteri.
• Teknologi baru ini bekerja cepat dengan merusak DNA galur ganda dan galur tunggal di dalam sel bakteri.
• Jadi, berlawanan dengan inaktivasi kimia, teknologi ini melindungi integritas protein permukaan antigenik selama proses inaktivasi, yang memungkinkan dimulainya respons imun humoral dan seluler yang ditingkatkan pada unggas yang divaksinasi.
• Misalnya, Ji dan rekan-rekannya (2021) menemukan bahwa SG yang diinaktivasi dengan radiasi gamma memicu respons imun humoral yang lebih tinggi daripada vaksin SG 9r yang dilemahkan secara langsung dan respons imun yang diperantarai sel yang lebih tinggi daripada vaksin yang diinaktivasi dengan formalin.

Mengenai konstruksi strain vaksin bakteri yang dilemahkan secara hidup, teknik biologi molekuler yang baru memungkinkan peneliti untuk lebih memahami faktor virulensi yang terlibat dalam infeksi Salmonella pada tingkat gen dan untuk secara selektif menonaktifkan, menghapus, dan mentransposisi gen virulensi.

Kemudian, memungkinkan perancangan dan konstruksi galur Salmonella yang dilemahkan secara genetika yang dimodifikasi secara langsung dan tanpa bekas luka yang sesuai untuk pengembangan vaksin karena antigenisitas, imunogenisitas, dan keamanannya. Selain itu, konstruksi galur Salmonella yang dilemahkan secara langsung dapat berfungsi sebagai platform untuk mengekspresikan epitop protein imunogenik untuk perancangan vaksin subunit rekombinan heterolog.

Seperti yang disebutkan sebelumnya, vaksin Salmonella, baik yang dilemahkan secara langsung maupun yang dinonaktifkan, harus memastikan aktivasi yang benar dari kedua lengan bawaan dan adaptif dari sistem kekebalan ayam untuk menghasilkan kekebalan yang protektif dan tahan lama.

• Vaksin Salmonella yang dilemahkan secara hidup telah terbukti secara efektif menginduksi respons imun seluler dan humoral.
• Meskipun demikian, karakteristik dan tingkat respons ini bergantung pada pertimbangan seperti strain yang dibuat, rute pemberian, dan penggunaan imunostimulan.
• Pemberian strain Salmonella yang dilemahkan melalui rute oral memungkinkan interaksi patogen-inang terjadi di jalur alami. Ini meniru infeksi klasik yang telah dicatat sebagai fitur menguntungkan dari vaksin hidup yang dilemahkan.
• Namun, vaksin Salmonella yang dilemahkan secara hidup juga dapat diberikan secara parenteral, menunjukkan respons humoral dan seluler yang baik.
• Meskipun demikian, dari perspektif yang berbeda, strain Salmonella yang dilemahkan secara hidup tetap mampu mengembalikan virulensi dan patogenisitasnya, meskipun para peneliti telah mencoba untuk memastikan pelemahan yang tidak dapat diubah dengan cara yang berbeda dengan hasil yang bervariasi.
• Karena risiko yang melekat pada penggunaan vaksin Salmonella yang dilemahkan, industri unggas telah menggunakan vaksin Salmonella yang dinonaktifkan (dimatikan), dan para peneliti tengah berupaya mengembangkan vaksin nonaktif yang lebih baru sebagai alternatif yang lebih aman daripada vaksin hidup yang dilemahkan.

Berbeda dengan galur vaksin hidup yang dilemahkan, galur vaksin Salmonella yang dinonaktifkan tidak memiliki kapasitas untuk menyebabkan infeksi yang memicu respons imun yang kuat.

Oleh karena itu, vaksin yang dinonaktifkan harus diberikan secara parenteral dan dikombinasikan dengan adjuvan yang terbukti efektif untuk memicu dan mempertahankan aktivasi sistem imun bawaan dan adaptif yang cukup kuat.

Karena peran adjuvan dalam vaksin yang dinonaktifkan sangat penting untuk mencapai tujuan vaksinasi, hal ini tetap menjadi bidang penelitian yang aktif.

• Hasil imunologis dari penggunaan rute parenteral untuk vaksinasi dengan vaksin Salmonella yang diinaktifkan secara signifikan berbeda dari yang dipicu oleh vaksin hidup yang dilemahkan yang diberikan secara oral yang mampu meniru proses infeksi Salmonella.
• Meskipun vaksin yang diinaktifkan telah terbukti memicu respons imun sistemik humoral yang kuat, telah dibuktikan bahwa vaksin ini tidak secara kuat merangsang produksi IgA.
• Dengan demikian, vaksin ini gagal melindungi lumen mukosa dan epitel dari kolonisasi Salmonella.
• Demikian pula, respons imun yang dimediasi sel memori tidak dirangsang oleh pemberian vaksin Salmonella yang diinaktifkan, yang mengurangi efektivitasnya.
• Kemudian, meskipun belum tersedia secara komersial, bahan pembantu baru yang memungkinkan vaksin Salmonella yang tidak aktif untuk diberikan secara oral sedang dikembangkan.
• Misalnya, nanopartikel kitosan yang digunakan sebagai bahan pembantu untuk pemberian vaksin Salmonella yang tidak aktif secara oral pada ayam pedaging telah terbukti memicu respons imun humoral sistemik dan mukosa spesifik antigen yang protektif, sehingga mengurangi beban Salmonella setelah tantangan.
• Selain itu, teknologi inovatif sedang diuji untuk meningkatkan potensi vaksin Salmonella yang tidak aktif yang diberikan secara parenteral untuk menimbulkan respons imun protektif humoral dan seluler.
• Dalam hal ini, desain vaksin Salmonella inaktif eksperimental berdasarkan penggunaan aptamer DNA CD40 agonistik secara efisien merangsang produksi dan pelepasan IgA ke dalam saluran pencernaan ayam pedaging, respons sel T (CD4+ dan CD8+) dan sel B yang signifikan setelah vaksinasi penguat, dan secara signifikan mengurangi beban Salmonella sekum pada ayam setelah tantangan dengan SE (Uribe-Diaz et al., tidak dipublikasikan; Omolewu et al., tidak dipublikasikan).

RINGKASAN DAN KESIMPULAN

• Pengendalian serovar Salmonella yang beradaptasi dan tidak beradaptasi pada inang unggas tetap menjadi prioritas penting bagi kesehatan masyarakat dan ekonomi.
• Pendekatan vaksin tradisional, seperti vaksin yang dilemahkan dan diinaktifkan, telah memainkan peran utama dalam mengurangi risiko ini.
• Vaksin yang dilemahkan dapat menginduksi kekebalan yang kuat dan luas dengan meniru jalur infeksi alami tetapi membawa risiko kembali ke virulensi.
• Sebaliknya, vaksin yang diinaktifkan, meskipun lebih aman, terutama menimbulkan respons humoral dan sering kali tidak memiliki kekebalan mukosa dan seluler yang kuat yang diperlukan untuk mengendalikan kolonisasi Salmonella di usus secara efektif.

Kemajuan terkini dalam biologi molekuler dan imunologi mengubah pengembangan vaksin untuk pengendalian Salmonella. Teknologi ini memungkinkan perancangan galur Salmonella yang dilemahkan dan stabil secara genetik, yang sangat imunogenik dan dengan risiko minimal pembalikan virulensi, sehingga menghadirkan pendekatan yang menjanjikan untuk konstruksi vaksin hidup yang dilemahkan dan lebih aman.

Pada saat yang sama, inovasi dalam adjuvan dan sistem penghantaran—seperti nanopartikel dan aptamer DNA CD40 agonistik—dapat meningkatkan kemanjuran vaksin yang dinonaktifkan. Kemajuan ini dapat meningkatkan kekebalan mukosa dan respons seluler, sehingga membuat vaksin yang dinonaktifkan lebih efektif dalam mencegah kolonisasi dan penyebaran Salmonella.

Dalam mengembangkan vaksin yang lebih efisien dan program vaksinasi yang efektif, memahami respons imun yang dipicu oleh vaksin Salmonella sangatlah penting.

• Penelitian tentang mekanisme vaksin untuk merangsang imunitas mukosa dan sistemik sangat penting untuk mengoptimalkan efek perlindungan.
• Menggabungkan vaksin hidup dan vaksin inaktif, yang dipandu oleh pemahaman ini, menawarkan perlindungan yang sinergis, memanfaatkan respons imun yang luas terhadap vaksin hidup di samping imunitas yang ditargetkan dan aman dari vaksin inaktif.

Bersama-sama, pendekatan baru ini membawa industri unggas lebih dekat ke pengembangan vaksin Salmonella generasi berikutnya dan program vaksinasi yang disesuaikan yang meningkatkan keamanan dan imunogenisitas.

Penelitian dan pengoptimalan berkelanjutan di bidang ini dapat menghasilkan strategi yang tidak hanya melindungi kesehatan dan produktivitas unggas tetapi juga mengurangi risiko penularan Salmonella ke manusia, yang mendukung inisiatif kesehatan masyarakat dan keamanan pangan secara global.