ไวรัสโรคเยื่อบุตาอักเสบติดเชื้อ: ความท้าทายสำหรับวัคซีนเชิงพาณิชย์?

เนื้อหาดูได้ที่: English (อังกฤษ) Indonesia (อินโดนีเซีย) Philipino (ฟิลิปปินส์)

ไวรัสโรคเยื่อบุตาอักเสบติดเชื้อ: ความท้าทายสำหรับวัคซีนเชิงพาณิชย์?

โรคกัมโบโร ,หรือที่เรียกอีกอย่างว่า โรคถุงน้ำในข้อติดเชื้อ(IBD) หรือโรคถุงน้ำในข้อติดเชื้อของสัตว์ปีก ได้รับรายงานครั้งแรก
ในเดลาแวร์ สหรัฐอเมริกา ในปีพ.ศ.2505 โรคไวรัสกดภูมิคุ้มกันซึ่งส่งผลต่อไก่ที่มีอายุระหว่าง 3 ถึง 6 สัปดาห์เป็นหลักและมีการกระจายไปทั่วโลก

• ไวรัสที่ทำให้เกิดโรคนี้จัดอยู่ในสกุล Avibirnavirusวงศ์ Birnaviridae และมี 2 ซีโรไทป์ ได้แก่ I และ II
• มีการตรวจพบซีโรไทป์ I ในไก่ แม่ไก่ นกพิราบและไก่กินี Kasanga et al., 2008 แต่ก่อโรคได้เฉพาะในไก่และไก่ตัวเมียเท่านั้น
• ซีโรไทป์ I แบ่งออกเป็นแอนติเจนย่อยอีก 2 ชนิด ได้แก่ แบบคลาสสิกและแบบแปรผัน ในขณะที่ ซีโรไทป์ II ยังคงไม่มีอาการในไก่งวง กา นกกระจอกเทศและเป็ด (Ogawa et al., 1998; Yilmazet al., 2019)

นับตั้งแต่มีการรายงานครั้งแรก มีการระบุไวรัสสายพันธุ์ต่างๆ มากมาย ซึ่งทำให้ความพยายามควบคุมโรคนี้มีความซับซ้อนมากขึ้น จนกระทั่งถึงช่วงทศวรรษ 1980 การฉีดวัคซีนมีประสิทธิผลในการควบคุมโรค โดยมีอัตราการเสียชีวิตในไก่เนื้อต่ำกว่า 2%

อย่างไรก็ตาม ด้วยการกลายพันธุ์และการจัดเรียงใหม่ของไวรัสอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดตัวแปรแอนติเจนใหม่เกิดขึ้น ส่งผลให้มีอัตราการเสียชีวิตที่สูงขึ้น แม้จะมีโปรโตคอลการฉีดวัคซีนที่เข้มงวดก็ตาม

การกลายพันธุ์เหล่านี้อาจปรากฏขึ้นแบบไม่ชัดเจน ส่งผลให้การเจริญเติบโตลดลงและมีความเสี่ยงต่อการติดเชื้อแทรกซ้อนมากขึ้น ซึ่งส่งผลให้เกิดความสูญเสียทางเศรษฐกิจจำนวนมากแก่ภาคอุตสาหกรรมสัตว์ปีก

ซูมเข้าไปที่ไวรัส

• ไวรัสมีรูปร่างเป็นทรงยี่สิบหน้า ,ไม่มีซองและประกอบด้วยส่วน RNA เชิงเส้นสองสาย 2 ส่วน เรียกว่า A และ B

ส่วน B เข้ารหัส VP1 ซึ่งเป็น RNA โพลิเมอเรสของไวรัส ในขณะที่ส่วน A สร้างโปรตีนแคปซิด pVP2 และ VP3 รวมทั้งโปรตีเอส VP4 และ VP5 ซึ่งเป็นโปรตีนที่ไม่ใช่โครงสร้างที่เกี่ยวข้องกับหน้าที่ในการควบคุมและการรบกวนเยื่อหุ้มเซลล์ในเซลล์ที่ติดเชื้อ (มุนด์ท, 1999) (รูปที่ 1)

ในบรรดาส่วนประกอบที่กล่าวถึงข้างต้น โปรตีน VP2 มีความสำคัญเป็นพิเศษเนื่องจากทำหน้าที่กำหนดความเป็นแอนติเจน ความรุนแรง และความก่อโรคของไวรัส

มีบริเวณที่แอนติบอดีสามารถจับได้ และเมื่อสัมผัสกับการตอบสนองภูมิคุ้มกัน ก็มีแนวโน้มที่จะกลายพันธุ์มากขึ้น ทำให้เป็นบริเวณที่มีความแปรปรวนสูง (Letzel และคณะ, 2007)

รูปที่ 1. โครงสร้างและส่วนประกอบของจีโนมไวรัสโรคถุงน้ำในติดเชื้อ (IBDV)

• โปรตีนแคปซิด VP2 มีโดเมนที่แตกต่างกันสามโดเมน: เบส (B),ซอง (S) และการฉายภาพ (P)
• โดเมน P ประกอบไปด้วยโครงสร้างห่วง 4 ห่วงที่เปิดเผยบนพื้นผิวไวรัส
• ลูป Pbc (ตำแหน่งกรดอะมิโน 219และ 224) มีบทบาทในการรักษาเสถียรภาพของตำแหน่งการจดจำแอนติบอดี
• โดเมน Phi (กรดอะมิโน 315–324) ได้รับการรู้จักโดยการสร้างแอนติบอดีที่เป็นกลางและเป็นตำแหน่งหลักสำหรับการทดแทนกรดอะมิโนที่ทำให้ไวรัสสามารถหลบเลี่ยงการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันได้
• ลูปที่เหลือสองอันคือ Pde (กรดอะมิโน250–254) และ Pfg (กรดอะมิโน 283–287) เกี่ยวข้องกับความสามารถของไวรัสในการทำให้เกิดโรค (Jackwoodet al., 2018 ( (รูปที่ 2)

รูปที่ 2. ลำดับกรดอะมิโนของลูป Pbc, Phi, Pde และ Pfg ในไวรัสคลาสสิก ไวรัสสายพันธุ์ต่างๆ และไวรัสสายพันธุ์อเมริกาใต้ ไวรัสสายพันธุ์ (E/Del, V1 และ F3) อยู่ในสี่เหลี่ยมผืนผ้าสีฟ้าอ่อน ในขณะที่ไวรัสคลาสสิก (สายพันธุ์ F52-70, Bursa vac, Cu-1, STC และ 228E) อยู่ในสี่เหลี่ยมผืนผ้าสีน้ำเงินเข้ม กรดอะมิโนที่ไม่ตรงกันจะมีขีดเส้นใต้และลำดับที่ไม่ซ้ำกันจะแสดงเป็นสีขาว

นอกจากนี้ ลักษณะแบ่งส่วนของจีโนมของไวรัสช่วยให้เกิดการแบ่งแยกทางพันธุกรรมระหว่างสายพันธุ์ต่างๆ ในระหว่างการติดเชื้อร่วมกัน ตัวอย่างเช่น การกระทำดังกล่าวทำให้สายพันธุ์วัคซีนที่มีชีวิตและไวรัสชนิดป่าผสมกันเป็นผลให้ การกลายพันธุ์และการแบ่งแยกใหม่มีส่วนทำให้เกิดความแปรปรวนของแอนติเจน ซึ่งสามารถลดประสิทธิภาพของวัคซีนเชิงพาณิชย์ในการป้องกันโรคได้ ทำให้เกิดความท้าทายอย่างมากในการควบคุมโรค ( เกาและคณะ, 2550)

ความก้าวหน้าในแผนการจำแนกประเภทไวรัส

• นับตั้งแต่มีการระบุสายพันธุ์ครั้งแรกในปีพ.ศ.2505 สายพันธุ์เหล่านี้ก็ไม่ได้ถูกจัดประเภทเนื่องจากถือว่าสายพันธุ์เหล่านี้มีความคล้ายคลึงกันทั้งในด้านแอนติเจนและการก่อโรค
• อย่างไรก็ตาม ในปี 1980 การค้นพบซีโรไทป์ 2 ได้นำไปสู่การระบุตัวแปรแอนติเจน ซึ่งเรียกว่า “ตัวแปร” รวมถึงสายพันธุ์ที่มีความรุนแรงสูง ซึ่งรู้จักกันในชื่อ “สายพันธุ์ที่มีความรุนแรงมาก”(vvIBDV)
• ผลที่ตามมา สายพันธุ์ที่ตรวจพบก่อนการกลายพันธุ์เหล่านี้ถูกจัดประเภทเป็น”สายพันธุ์คลาสสิก”.
• วิธีการทางเลือกถูกนำมาใช้เพื่อตั้งชื่อสายพันธุ์ โดยอ้างอิงจากชื่อของนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่อธิบายลักษณะของเชื้อแยก (เช่น Winterfield, Lukert,Moulthrop, Baxendale) ตำแหน่งที่พบเชื้อแยก (เช่น Del-A, Del-E, MD, OH)หรือรหัสตัวอักษรและตัวเลข (e.เช่น STC, D78, G603, S706, 228E)

อย่างไรก็ตาม เมื่อเวลาผ่านไป ลักษณะเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับแอนติเจน โครงสร้างโมเลกุล และความก่อโรคของหมวดหมู่เหล่านี้ก็ได้รับการค้นพบสิ่งนี้ส่งผลให้เกิดรูปแบบการจำแนกแบบดั้งเดิม ซึ่งแบ่งสายพันธุ์ออกเป็นสายพันธุ์คลาสสิกและสายพันธุ์แปรผัน โดยสายพันธุ์แปรผันแบ่งย่อยลงไปอีกเป็นสายพันธุ์ลดความรุนแรงสายพันธุ์ก่อโรค และสายพันธุ์ก่อโรคร้ายแรงมาก

ในส่วนของจีโนม vvIBDV มีกรดอะมิโนเฉพาะที่ตำแหน่ง 222 (Ala), 256 (Ile), 294 (Ile) และ299 (Ser) ในลำดับ VP2ในแง่ของความสามารถในการก่อโรค เมื่อเปรียบเทียบกับสายพันธุ์ดั้งเดิม vvIBDV มีแนวโน้มที่จะก่อให้เกิดอัตราการตายที่สูงขึ้นในไก่ที่ปลอดเชื้อโรคเฉพาะชนิดหลังการติดเชื้อ (Van Den Berg et al., 2004).อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ทุกสายพันธุ์ที่มีความรุนแรงสูงจะแสดงความสามารถในการก่อโรคสูง ซึ่งบ่งชี้ว่าการจำแนกประเภทนี้ยังไม่สมบูรณ์ (แจ็ควูด และคณะ, 2018).

• ต่อมา เนื่องจากการกลายพันธุ์และการรวมตัวกันอย่างต่อเนื่อง ทำให้ไม่สามารถจำแนกสายพันธุ์ใหม่ได้โดยใช้ระบบดั้งเดิม.
• ผลการศึกษาของ Michel และ Jackwood (2017) ได้เสนอการจำแนกประเภทใหม่โดยอาศัยลำดับกรดอะมิโนของบริเวณที่มีความแปรปรวนสูงของ VP2 . แนวทางนี้นำไปสู่การระบุกลุ่มพันธุกรรม 7 กลุ่ม
• อย่างไรก็ตาม กลุ่มพันธุกรรมเหล่านี้ไม่ได้ครอบคลุมถึงสายพันธุ์ใหม่หรือสายพันธุ์ที่อ่อนฤทธิ์
• นอกจากนี้ เนื่องจากการรวมตัวกันใหม่ของส่วนประกอบไวรัสที่มีลักษณะเฉพาะ การจำแนกประเภทที่อาศัยเพียง VP2 เพียงอย่างเดียวไม่สามารถจับความซับซ้อนของกลุ่มพันธุกรรมของไวรัสได้อย่างสมบูรณ์

ในปี 2021, Wang และคณะ ได้เสนอระบบการจำแนก ประเภทใหม่ซึ่งพิจารณาถึงลักษณะทางโมเลกุลของ VP1และ VP2 ซึ่งได้มาจากเซ็กเมนต์ B และ Aตามลำดับ

• แนวทางนี้ส่งผลให้เกิดการระบุ genogroups จำนวน 9 กลุ่ม สำหรับเซกเมนต์ A และ 5 กลุ่ม สำหรับเซกเมนต์ B
• ที่น่าสังเกตคือ จีโนกรุ๊ป A2 ประกอบด้วยสายพันธุ์ที่แตกต่างกัน 4 สายพันธุ์
  ในการจำแนกประเภทใหม่นี้ จีโนไทป์A1B1, A2B1, A3B2 และ A8B1สอดคล้องกับฟีโนไทป์แบบคลาสสิก,ชนิดแปร, มีความรุนแรงสูง และชนิดอ่อนแรง ตามลำดับ

พยาธิวิทยาและการนำเสนอทางคลินิก

ในกระบวนการเกิดโรคตามปกติ IBDV จะเข้าสู่ร่างกายผ่านทางระบบทางเดินหายใจหรือทางเดินอาหาร-ปาก ซึ่งในขั้นต้นจะทำการจำลองตัวเองในแมคโครฟาจและเซลล์น้ำเหลืองในลำไส้หรือบริเวณโดยรอบ

• การจำลองขั้นต้นนี้จะกระตุ้นให้เกิดไวรัสในเลือดหลักผ่านการไหลเวียนของพอร์ทัล ทำให้ไวรัสสามารถเข้าถึงอวัยวะเป้าหมายหลัก ซึ่งก็คือถุงเนื้อเยื่อFabricius ได้
• ภายในถุงน้ำ ไวรัสจะทำการจำลองแบบอย่างแข็งขันในฟอลลิเคิลและเซลล์ลิมโฟไซต์ B ซึ่งมีการแบ่งตัวอย่างแข็งขันในลูกไก่ตัวเล็ก
• การติดเชื้อทำให้เกิดการเสื่อมและเนื้อตายของรูขุมขน โดยส่งผลต่อเซลล์ลิมโฟไซต์ IgM+ B เป็นหลัก และทำให้เกิดการแทรกซึมของเฮเทอโรฟิล
• ในที่สุดแล้วเฮเทอโรฟิลเหล่านี้จะเข้าสู่ภาวะเนื้อตายและถูกกินโดยสิ่งมีชีวิตอื่น
• ในบริเวณระหว่างรูขุมขน พบว่ามีการเพิ่มจำนวนของเซลล์เรติคิวโลเอนโดทีเลียล ส่งผลให้เกิดการฝ่อลงของถุงน้ำ(Müller et al., 2012)
• แม้ว่าไวรัสจะไม่สามารถจำลองตัวเองในเซลล์ทีลิมโฟไซต์ได้ แต่พบการตายของเซลล์เหล่านี้ในต่อมไทมัส โดยมีการฟื้นตัวของรอยโรคในระดับจุลทรรศน์เกิดขึ้นหลายวันหลังจากการติดเชื้อ (จักร์ทวี และคณะ, 2000)
• สำหรับภาวะไวรัสในเลือดรองนั้น จะเริ่มประมาณ 11 ชั่วโมงหลังการจำลองแบบในถุง
• ในระยะนี้ ไวรัสจะเข้าสู่กระแสเลือดและแพร่กระจายไปที่ไต กล้ามเนื้อ และอวัยวะอื่นทำให้เกิดอาการทางคลินิก เช่น ซึมเศร้า ขนฟู เบื่ออาหาร และท้องเสีย
• ในกรณีที่รุนแรงอาจส่งผลให้สัตว์เสียชีวิตได้ ( เอเทอราโดสซี่และไซฟ์,2008)

ไวรัสกระตุ้นเซลล์บีลิมโฟไซต์ เพิ่มการแสดงออกของยีนต้านไวรัสในเส้นทางอินเตอร์เฟอรอนชนิดที่ 1 (IFN) ยีนโปรอะพอพโทติกและไซโตไคน์ที่ก่อให้เกิดการอักเสบ นอกจากนี้ โปรตีน VP2 และ VP5 ยังกระตุ้น ให้เกิดการตายของเซลล์แบบอะพอพโทซิสในเซลล์เม็ดเลือดขาวชนิดบีลิมโฟไซต์และเซลล์ลิมโฟไซต์ชนิดอื่น ๆ ระหว่างการจำลองตัวของไวรัส มีการแทรกซึมของทีลิมโฟไซต์เข้าสู่เบิร์ซาอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งยังคงอยู่จนถึงประมาณ 12 สัปดาห์หลังการติดเชื้อ.

• ตั้งแต่วันที่ 7 หลังการติดเชื้อ เซลล์ทีลิมโฟไซต์ CD8+ (เซลล์ทำลาย) มีจำนวนมากกว่าเซลล์ทีลิมโฟไซต์ CD4+ ในสัดส่วนที่สัมพันธ์กับเซลล์ทีลิมโฟไซต์CD4+
• การเพิ่มขึ้นของเซลล์ลิมโฟไซต์ CD8+ T นี้จะส่งเสริมการฆ่าเซลล์โดยการทำลายเซลล์ที่แสดงแอนติเจนของไวรัส และโดยการผลิตไซโตไคน์ที่ก่อให้เกิดการอักเสบเช่น IFN-γ
• ไซโตไคน์นี้กระตุ้นการปล่อยไนตริกออกไซด์โดยแมคโครฟาจ ส่งผลให้เนื้อเยื่อบริเวณถุงน้ำได้รับความเสียหายมากขึ้น(Jagdev et al., 2000) และมีส่วนทำให้เซลล์ภูมิคุ้มกันหมดแรง

ไวรัสสายพันธุ์ใหม่กระตุ้นให้ระดับของIFN-γ, IL-6, IL-8, IL-18, NLRP3,caspase 1 และTNF-αเพิ่มสูงขึ้น ส่งเสริมการอักเสบและเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมจุลภาคของเนื้อเยื่อ กลยุทธ์นี้ยับยั้งการทำงานของเซลล์บีลิมโฟไซต์ ทำให้ไวรัสสามารถหลบเลี่ยงการตอบสนองทางภูมิคุ้มกัน ส่งผลให้เกิดความเสียหายต่อถุงน้ำมากขึ้น และภูมิคุ้มกันถูกกดรุนแรงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับสายพันธุ์คลาสสิก ( Jagdev et al., 2000; Li et al., 2023)

• ตัวอย่างเช่น Li และคณะ (2023) แสดงให้เห็นว่า vvIBDV แสดงความรุนแรงสูง มีประสิทธิภาพในการจำลองตัวเองที่เพิ่มขึ้น และมีความสามารถ
  อย่างมีนัยสำคัญในการทำลายบัณฑิตและเนื้อเยื่ออื่นๆ ส่งผลให้มีอัตราการตายสูง
• เชื้อสายพันธุ์นี้แพร่กระจายไปยังถุงน้ำ, ต่อมทอนซิลของไส้ติ่ง, ทิมัส, และม้าม, และเปลี่ยนแปลงระดับไซโตไคน์ภายในถุงน้ำ
• ฉันในทางตรงกันข้าม สายพันธุ์ SHG 19 จากประเทศจีน ซึ่งรายงานในปี 2020 แสดงให้เห็นถึงการจำลองตัวที่ลดลงและไม่ก่อให้เกิดการเสียชีวิต แต่ยังคงก่อให้เกิดความเสียหายรุนแรงต่ออวัยวะภูมิคุ้มกันคล้ายกับ vvIBDV .
• สายพันธุ์นี้ก่อให้เกิดการตายของเซลล์และการสลายตัวของเซลล์น้ำเหลืองบีอย่างกว้างขวาง แม้ว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้จะพัฒนาช้ากว่า—ประมาณ 12ชั่วโมงเมื่อเทียบกับสายพันธุ์ที่มีความรุนแรงสูง
• กลไกที่ล่าช้านี้อาจส่งผลต่อความสามารถของไวรัสสายพันธุ์นี้ในการขับถ่ายออกสู่ภายนอก ซึ่งอาจทำให้ไวรัสกลายพันธุ์กลายมาเป็นสายพันธุ์ที่ระบาดใหญ่ได้ (Fan et al., 2020)

รูปที่ 3. การสลับสายพันธุ์ระหว่างไวรัสวัคซีนที่มีชีวิตกับไวรัสโรคติดเชื้อถุงน้ำในลำไส้(IBDV) กลายพันธุ์ เป็นผลให้เกิดสายพันธุ์ใหม่

ความท้าทายสำหรับวัคซีนเชิงพาณิชย์

การฉีดวัคซีนด้วยจีโนไทป์ที่แตกต่างจากไวรัสสายพันธุ์ธรรมชาติสามารถนำไปสู่ความหลากหลายทางพันธุกรรมในหมู่สายพันธุ์ไวรัสที่แพร่ระบาดได้
ในกรณีเช่นนี้ อาจเกิดการสลับสายพันธุ์ใหม่ได้ เช่น ระหว่างส่วน A ที่มีความรุนแรงมากกับส่วน B จากสายพันธุ์ดั้งเดิม ซึ่งอาจส่งผลให้ไก่ที่มีรอยโรคที่ถุงไหปลาร้าอย่างรุนแรงมีอัตราการตายสูงถึง 80% (พิคูลาและคณะ, 2018) (รูปที่ 3)

นอกจากนี้ ระยะห่างทางแอนติเจนระหว่างสายพันธุ์ไวรัสชนิดป่ากับสายพันธุ์วัคซีนหมายความว่าสายพันธุ์กลายพันธุ์อาจไม่สามารถควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยวัคซีนเซโรไทป์ 1 แบบดั้งเดิม ดังนั้น จึงขอแนะนำให้การผลิตวัคซีนต่อต้าน IBDV รวมถึงการทำแผนที่แอนติเจนซึ่งเป็นวิธีการคำนวณที่ใช้ในการกำหนดระยะห่างของแอนติเจนระหว่างสายพันธุ์ เทคนิคนี้ได้ถูกนำไปใช้กับไวรัสไข้หวัดใหญ่ในม้าและมนุษย์แล้ว ในทางกลับกัน มีความสำคัญที่จะต้องประเมินการป้องกันข้ามสายพันธุ์ในระหว่างกระบวนการพัฒนาวัคซีนเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพ (บูดาอุด และคณะ, 2016)

บทสรุป

• โรค IBD ยังคงเป็นความท้าทายที่สำคัญสำหรับอุตสาหกรรมสัตว์ปีกเนื่องจากการกลายพันธุ์อย่างรวดเร็วของไวรัส การสลับลำดับพันธุกรรม และการเกิดขึ้นของสายพันธุ์ใหม่ที่มีความรุนแรงสูง
• การกลายพันธุ์เหล่านี้มีส่วนทำให้เกิดภาวะภูมิคุ้มกันบกพร่องอย่างรุนแรง อัตราการเสียชีวิตสูง และเพิ่มความเสี่ยงต่อการติดเชื้อซ้ำ แม้จะมี
  ความพยายามในการฉีดวัคซีนแล้วก็ตาม
• ความซับซ้อนทางพันธุกรรมของไวรัสโดยเฉพาะอย่างยิ่งในโปรตีน VP2 ทำให้การพัฒนาวัคซีนที่มีประสิทธิภาพเป็นไปได้ยาก เนื่องจากความแปรผันของแอนติเจนสามารถบั่นทอนประสิทธิผลของวัคซีนได้
• การวิวัฒนาการอย่างต่อเนื่องของไวรัสต้องการกลยุทธ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น การทำแผนที่แอนติเจนและการประเมินการป้องกันข้ามสายพันธุ์ เพื่อปรับปรุงการออกแบบวัคซีนและเพิ่มประสิทธิภาพมาตรการควบคุมต่อโรคที่มีผลกระทบทางเศรษฐกิจนี้ 

PDF