Kemajuan dalam strategi vaksinasi salmonella untuk ayam: Menyeimbangkan keselamatan dan imunogenikiti

Sebaliknya, Salmonella yang tidak menyesuaikan diri dengan perumah, termasuk serovar Enteritidis (SE) dan Typhimurium (ST), adalah penyebab utama wabak salmonelosis manusia.

• Menariknya, kira-kira 25% kes salmonelosis manusia berpunca daripada penggunaan daging ayam dan telur.
• Oleh itu, risiko ekonomi dan kesihatan awam global yang ditimbulkan oleh Salmonella, serta keperluan untuk mengurangkan kelazimannya dalam industri ayam, amat jelas.

Usaha global untuk mengawal Salmonella yang menyesuaikan diri dengan perumah dan yang tidak, di sepanjang rantaian pengeluaran ayam, semakin dipergiatkan.

• Pelbagai metodologi intervensi sebelum penuaian (pencegahan dan terapeutik) dan selepas penuaian telah dikembangkan untuk mengurangkan kesan Salmonella terhadap industri ayam dan kesihatan awam.
• Antara pelbagai alternatif profilaksis di ladang untuk mengawal Salmonella dalam ayam (Jadual 1), vaksinasi dapat diketengahkan sebagai strategi utama.
• Walau bagaimanapun, penyelidikan masih diperlukan untuk meningkatkan keberkesanan vaksin komersial sedia ada.
• Industri ayam dan organisasi keselamatan makanan mendesak para penyelidik untuk membangunkan formulasi vaksin Salmonella baharu yang mampu meningkatkan keberhasilan perlindungan yang dicapai oleh vaksin komersial dan program vaksinasi sedia ada.
• Bagi menyokong matlamat ini, adalah penting untuk memahami kekuatan dan kelemahan vaksin komersial yang tersedia pada masa ini.

Jadual 1. Alternatif di ladang untuk mengawal jangkitan Salmonella spp. dalam ayam.

VAKSIN SALMONELLA

Pentadbiran vaksin Salmonella dalam ayam bertujuan untuk mengurangkan beban Salmonella dalam ayam dan persekitaran, sekali gus mencegah penyakit, mengganggu kitaran penularan dalam dan antara kumpulan ayam, menyokong hasil kewangan yang mampan dalam pengeluaran ayam, dan meningkatkan keselamatan makanan.

• Oleh kerana mukosa oral dan pernafasan adalah laluan jangkitan biasa bagi Salmonella, vaksin generasi seterusnya mesti menawarkan perlindungan yang berkesan terutamanya pada permukaan mukosa.
• Selain itu, vaksin Salmonella yang ideal mesti melindungi daripada jangkitan sistemik, terurai sepenuhnya tanpa kesan kepada manusia dan haiwan, mempunyai keberkesanan tinggi dalam mengurangkan perkumuhan melalui najis dan jangkitan telur, serasi dengan langkah kawalan Salmonella yang lain, dan menyediakan kawalan bakteria yang kos efektif.
• Untuk mencapai tujuan ini, vaksin mesti berinteraksi dengan sistem imun semula jadi dan adaptif ayam secara berkesan, mencetuskan tindak balas imun yang kukuh, spesifik, berlapis-lapis, dan tahan lama tanpa memberi kesan buruk kepada kesihatan atau parameter produktif kumpulan ayam.
• Vaksin terhadap Salmonella dalam ayam telah dibangunkan kebanyakannya menggunakan keseluruhan sel bakteria, sama ada yang dilemahkan secara langsung (live-attenuated) atau dimatikan (inactivated).
• Walaupun begitu, usaha untuk menghasilkan vaksin subunit menunjukkan hasil yang baik dengan tindak balas imun mukosa, selular, dan humoral yang kukuh serta perlindungan terhadap cabaran SE dan ST.
• Selain itu, vaksin ghost yang inovatif telah terbukti berkesan dalam menghasilkan tindak balas imun humoral dan selular serta menghapuskan jangkitan sistemik oleh strain SE dan ST jenis liar.

VAKSIN SALMONELLA HIDUP-LEMAH DAN DIMATIKAN (INACTIVATED)

Pada awal tahun 1800-an, didapati bahawa laluan bakteria yang berulang kali dapat mengurangkan potensi penyebab penyakit melalui mutasi kumulatif, yang sebahagiannya mengurangkan ekspresi gen yang terlibat dalam virulens bakteria.

Berdasarkan penemuan ini, pelbagai pendekatan telah digunakan untuk mencipta strain Salmonella hidup-lemah. Dengan memutasi gen dalam strain induk liar yang berkaitan dengan kelangsungan hidup hos, metabolisme, dan faktor virulens, strain ini telah dibangunkan sebagai calon vaksin hidup-lemah.

Sebaliknya, usaha awal terhadap vaksin Salmonella dimatikan dilakukan oleh Dr. Smith pada pertengahan tahun 1950-an. Sejak itu, proses pematian sel mikroba telah dilakukan menggunakan formaldehid, glutaraldehid, aseton, dan bahan kimia lain seperti β-Propiolactone, serta kaedah fizikal seperti haba.

• Baru-baru ini, teknologi seperti sinar elektron (*electron beam*) atau radiasi gamma telah dikaji untuk pematian bakteria.
• Teknologi baharu ini bertindak pantas dengan merosakkan DNA rantai berganda dan rantai tunggal dalam sel bakteria.
• Berbeza dengan pematian secara kimia, teknologi ini melindungi integriti protein permukaan antigenik semasa proses pematian, membolehkan pencetus tindak balas imun humoral dan selular yang lebih baik dalam ayam yang divaksinasi.
• Sebagai contoh, Ji dan rakan-rakan (2021) mendapati bahawa SG yang dimatikan dengan radiasi gamma memulakan tindak balas imun humoral yang lebih tinggi berbanding vaksin SG 9r hidup-lemah dan tindak balas imun yang dimediasi sel yang lebih tinggi berbanding vaksin yang dimatikan dengan formalin.

Mengenai pembinaan strain vaksin bakteria hidup-lemah, teknik biologi molekul yang inovatif kini membolehkan penyelidik memahami faktor virulens yang terlibat dalam jangkitan Salmonella pada peringkat gen. Teknik ini juga memungkinkan gen virulens untuk dinyahaktifkan, dihapuskan, atau dipindahkan secara selektif.

Ini membolehkan reka bentuk dan pembinaan strain Salmonella hidup-lemah yang diubah suai secara genetik tanpa meninggalkan tanda (scarless) dan sesuai untuk pembangunan vaksin kerana sifat antigenisiti, imunogenisiti, dan keselamatannya. Selain itu, strain hidup-lemah Salmonella juga boleh menjadi platform untuk mengekspresikan epitop protein imunogenik bagi reka bentuk vaksin subunit rekombinan heterologi.

Seperti yang disebutkan sebelumnya, vaksin Salmonella, sama ada hidup-lemah atau dimatikan, harus memastikan pengaktifan yang betul terhadap sistem imun bawaan (innate) dan adaptif burung untuk menghasilkan imuniti yang perlindungan dan tahan lama.

• Vaksin Salmonella hidup-lemah terbukti secara efektif merangsang tindak balas imun selular dan humoral.
• Walau bagaimanapun, ciri dan tahap tindak balas ini bergantung pada beberapa pertimbangan, seperti strain yang dibangunkan, laluan pentadbiran, dan penggunaan imunostimulan.
• Pemberian strain Salmonella hidup-lemah secara oral membolehkan interaksi patogen-hos berlaku secara semula jadi, meniru proses jangkitan klasik. Ciri ini dianggap sebagai kelebihan vaksin hidup-lemah.
• Namun, vaksin Salmonella hidup-lemah juga boleh diberikan secara parenteral, dengan menunjukkan tindak balas humoral dan yang dimediasi oleh sel yang baik.
• Walau bagaimanapun, dari perspektif lain, strain Salmonella hidup-lemah tetap berpotensi untuk mengembalikan sifat virulens dan patogenisiti mereka. Walaupun penyelidik telah berusaha memastikan pelemahan yang tidak dapat dipulihkan dengan pelbagai cara, hasilnya adalah berbeza-beza.
• Disebabkan risiko semula jadi dalam penggunaan vaksin Salmonella hidup-lemah, industri ayam telah menggunakan vaksin Salmonella dimatikan (inactivated) sebagai alternatif yang lebih selamat. Penyelidik kini sedang berusaha untuk membangunkan vaksin dimatikan yang lebih baru sebagai pilihan yang lebih selamat berbanding vaksin hidup-lemah.

Berbeza dengan strain vaksin hidup-lemah yang dilemahkan, strain vaksin Salmonella yang dimatikan (inactivated) tidak memiliki kemampuan untuk menyebabkan jangkitan yang mencetuskan tindak balas imun yang kukuh.

Oleh itu, vaksin dimatikan mesti diberikan secara parenteral bersama adjuvan yang terbukti berkesan untuk mencetuskan dan mengekalkan pengaktifan sistem imun bawaan (innate) dan adaptif yang mencukupi.

Peranan adjuvan dalam vaksin dimatikan adalah kritikal untuk mencapai objektif vaksinasi, menjadikannya satu bidang penyelidikan yang aktif.

• Hasil imunologi daripada penggunaan laluan parenteral untuk vaksinasi dengan vaksin Salmonella dimatikan sangat berbeza berbanding tindak balas yang dicetuskan oleh vaksin hidup-lemah yang diberikan secara oral, yang mampu meniru proses jangkitan Salmonella.
• Walaupun vaksin dimatikan terbukti dapat mencetuskan tindak balas imun humoral sistemik yang kuat, telah ditunjukkan bahawa vaksin ini tidak merangsang pengeluaran imunoglobulin A (IgA) secara signifikan.
• Oleh itu, vaksin ini gagal melindungi lumen mukosa dan epitelium daripada kolonisasi Salmonella.
• Selain itu, tindak balas imun yang dimediasi oleh sel memori tidak dirangsang oleh pentadbiran vaksin Salmonella dimatikan, yang mengurangkan keberkesanannya.
• Namun, adjuvan baru yang membolehkan vaksin Salmonella dimatikan diberikan secara oral sedang dikembangkan.
• Sebagai contoh, nanopartikel kitosan (chitosan nanoparticles) yang digunakan sebagai adjuvan untuk pemberian vaksin Salmonella dimatikan secara oral pada ayam pedaging telah terbukti mencetuskan tindak balas imun humoral sistemik dan mukosa yang bersifat pelindung terhadap antigen, sehingga mengurangkan beban Salmonella selepas cabaran jangkitan.
• Selain itu, teknologi inovatif sedang diuji untuk meningkatkan potensi vaksin Salmonella dimatikan yang diberikan secara parenteral untuk merangsang tindak balas imun humoral dan selular yang melindungi.
• Sebagai contoh, satu eksperimen menggunakan reka bentuk vaksin Salmonella dimatikan berdasarkan penggunaan aptamer DNA CD40 agonistik telah terbukti berkesan dalam merangsang pengeluaran dan pelepasan IgA ke saluran gastrointestinal ayam pedaging. Ia juga mencetuskan tindak balas T-sel (CD4+ dan CD8+) dan B-sel yang signifikan selepas vaksinasi penggalak (boost vaccination), serta mengurangkan beban Salmonella secara ketara di cecum ayam selepas cabaran jangkitan dengan SE (Uribe-Diaz et al., unpublished; Omolewu et al., unpublished)

RINGKASAN DAN KESIMPULAN

• Mengawal serovar Salmonella yang disesuaikan dengan perumah dan yang tidak disesuaikan dalam ayam kekal sebagai keutamaan kritikal bagi kesihatan awam dan ekonomi.
• Pendekatan tradisional seperti vaksin hidup-lemah (live-attenuated) dan vaksin dimatikan (inactivated) telah memainkan peranan penting dalam mengurangkan risiko ini.
• Vaksin hidup-lemah mampu mencetuskan imuniti yang kuat dan luas dengan meniru laluan jangkitan semula jadi tetapi berisiko untuk kembali kepada virulensi.
• Sebaliknya, vaksin dimatikan lebih selamat namun kebanyakannya hanya merangsang tindak balas humoral dan sering kekurangan imuniti mukosa serta selular yang diperlukan untuk mengawal kolonisasi Salmonella dalam usus.

Kemajuan terkini dalam biologi molekul dan imunologi teknologi membolehkan pembangunan strain Salmonella hidup-lemah yang stabil secara genetik, sangat imunogenik, dan dengan risiko minimum untuk kembali kepada virulensi. Ini membuka laluan kepada pembinaan vaksin hidup-lemah yang lebih selamat.

Dalam usaha membangunkan vaksin yang lebih berkesan dan program vaksinasi yang efektif, pemahaman terhadap tindak balas imun yang dicetuskan oleh vaksin Salmonella adalah sangat penting.

• Penyelidikan mengenai mekanisme vaksin untuk merangsang imuniti mukosa dan sistemik adalah penting bagi mengoptimumkan kesan perlindungan.
• Gabungan vaksin hidup dan tidak aktif, berpandukan pemahaman ini, menawarkan perlindungan sinergistik dengan memanfaatkan tindak balas imun yang meluas daripada vaksin hidup bersama imuniti yang disasarkan dan selamat daripada vaksin tidak aktif.

Bersama-sama, pendekatan baharu ini membawa industri ayam lebih dekat kepada pengembangan vaksin Salmonella generasi akan datang dan program vaksinasi yang disesuaikan yang meningkatkan keselamatan dan imunogenikiti.

Penyelidikan dan pengoptimuman berterusan dalam bidang ini mungkin menghasilkan strategi yang bukan sahaja melindungi kesihatan unggas dan produktiviti tetapi juga mengurangkan risiko penghantaran Salmonella kepada manusia, menyokong kesihatan awam dan inisiatif keselamatan makanan di seluruh dunia.