Potency of a recombinant NDV-H5 vaccine against HPAI H5N1 virus challenge in presence or absence of maternal derived antibodies.

Highly Pathogenic Avian Influenza (HPAI), especially the Asian H5N1 (AsH5N1), and velogenic Newcastle disease (NDV) virus infections are responsible for the two most contagious and economically devastating poultry diseases. Continuous outbreaks and spread of both diseases support the need for efficacious vaccine strategies. However, traditional inactivated vaccines present some well-known shortcomings and Avian Influenza virus (AIV) live vaccination is prohibited. To fight off both viruses at once, live bivalent NDV-vectored vaccines expressing the haemagglutinin of AIV (rNDV-HA) have been developed by reverse genetics. This thesis aimed investigating the vaccine potency of a recombinant NDV-H5 candidate vaccine administrated early in life in the absence or presence of passive immunity. An optimal vaccination schedule was developed by evaluating different vaccination strategies using the rNDV-H5 vaccine through animal challenge experiments during which clinical protection, viral shedding and immune responses were evaluated in specific pathogen free (SPF) chickens. First, different routes of vaccination and doses of vaccine were tested in order to determine the minimal protective dose against challenge with an antigenically close clade 1 AsH5N1 virus, the A/crested_eagle/Belgium/01/2004 strain. A clear dose dependency was observed after 1-day-old vaccination of SPF chickens with 105, 106 and 107 50 % embryo infectious dose (EID50) of vaccine followed by a challenge at 3 weeks of age. The 106 EID50-dose was shown as the minimal protective dose, allowing 90% clinical protection, significant reduced viral shedding and induction of significant NDV and H5 AIV serological responses. However, the H5 humoral response was weak and slow even after boost vaccinations despite good clinical protection and reduced viral excretion, suggesting a role of cellular and mucosal immunity in the induced protection. An ideal vaccine should be protective against a large panel of strains. In this context, the rNDV-H5 protective range was addressed by challenges with two antigenically divergent 15 clade 2.2.1 HPAI H5N1 Egyptian strains, one circulating in 2007 (A/chicken/Egypt/1709-1/2007, “Egypt 2007”) and the other in 2008 (A/chicken/Egypt/1709-6/2008, “Egypt 2008”). Vaccination of SPF chickens at 1-day-old and two weeks of age with 106 EID50 of rNDV-H5 vaccine was shown to be highly protective (90%) after challenge at 5 weeks of age with the “Egypt 2007” challenge strain but failed to protect against the “Egypt 2008” strain. One of the main shortcomings of early vaccination with live vaccines is the interference of maternal derived antibodies (MDA), often considered as one of the main reasons for vaccine failures. Since the rNDV-H5 vaccine candidate was shown as a good potential candidate for routine mass vaccination, there was a need to investigate the impact of specific H5- and NDV-MDA, alone or in combination, with the efficacy of the rNDV-H5 vaccine. To circumvent the logistical difficulty of obtaining a sufficient number of chicks with homogenous titres, an artificial model mimicking maternal passive immunity was developed. Different routes of injection and doses of H5N1 or NDV hyperimmunized polyclonal chicken serum were compared. The best results were obtained by combining egg yolk injection at embryonic day (ED) 14 with intraperitoneal (IP) injection at day-old, resulting in levels and duration of MDA approaching the natural decline of MDA. The interference of MDA on vaccination was compared in birds presenting either only NDV, both NDV and H5-MDA or no MDA. A strong interference of the NDV-H5-MDA was demonstrated resulting in reduced clinical protection and high viral shedding. Surprisingly, the NDV-MDA had a positive impact on the vaccine efficacy with full clinical protection and the absence of viral excretion after challenge with H5N1. To clarify the distinct impact of H5- and NDV-MDA, the artificial model was used to induce an H5 AIV or NDV specific artificial passive immunity in SPF birds. A strong interference of the H5-MDA with the rNDV-H5 vaccine efficacy was confirmed by a faster and complete mortality 16 compared with vaccinated SPF chickens. Moreover, the beneficial impact of the NDV-MDA was confirmed as well. In conclusion, in countries vaccinating against NDV and prohibiting AIV vaccination, the rNDV-H5 vaccine combined with a high prevalence of NDV-MDA in progeny could be a valuable vaccine candidate in case of emergency vaccination. However, in countries with high H5 seroprevalence, delivery at young age should be postponed until the decline of the H5-MDA.

(fre) Les virus de la grippe aviaire hautement pathogène (HPAI), et en particulier le H5N1 Asiatique, et de la maladie de Newcastle (NDV) vélogène sont responsables des deux maladies les plus contagieuses et économiquement dévastatrices chez la volaille. Les foyers continus et la propagation des deux maladies supportent la nécessité de stratégies de vaccination efficaces. Cependant, les vaccins inactivés traditionnels (IA) présente des lacunes et l’usage de vaccins vivants IA est interdit. Pour lutter contre les deux virus à la fois, des vaccins vivants NDV-vectorisés bivalents exprimant l'hémagglutinine de l’IA (rNDV-HA) ont été mis au point par génétique inverse. Cette thèse vise à étudier l'efficacité vaccinale d'un vaccin candidat NDV-H5 recombinant administré chez de jeunes poussins, en absence ou présence d'une immunité passive. Tout d'abord, différents schémas de vaccination avec le vaccin rNDV -H5 ont été étudiés à travers des expériences au cours de laquelle la protection clinique, l'excrétion virale et les réponses immunitaires ont été évaluées chez des poulets EOPS (exempt d'organismes pathogènes spécifiés). Différentes voies de vaccination et doses vaccinales ont été testées afin de déterminer la dose minimale protectrice contre un virus Asiatique H5N1 clade 1 antigéniquement proche, la souche A/crested_eagle/Belgium/01/2004. Une claire relation dose-effet a été observée après vaccination chez des poulets EOPS âgés de 1 jour avec 105, 106 ou 107 EID50 de vaccin suivie d'un challenge à 3 semaines d'âge. La dose de 106EID50 a été démontrée comme étant la dose minimale protectrice permettant 90 % de protection clinique, une excrétion virale significativement réduite et l'induction de réponses sérologiques anti-NDV et H5 IA. La comparaison entre les voies d’inoculation oculo-nasale ou d’eau de boisson avec une même dose de vaccin de 106EID50 par animal n'a pas montré de différence significative indiquant que le vaccin utilisé dans le contexte d’une stratégie de vaccination de masse ne serait pas affecté dans son efficacité de protection. Un vaccin idéal doit avoir un effet protecteur contre un large éventail de souches. Dans ce 18 contexte, le spectre de protection du rNDV-H5 a été abordée avec deux souches égyptiennes antigéniquement divergentes de clade 2.2.1 HPAI H5N1 circulant en 2007 (A/chicken/Egypt/1709-1/2007, " Egypte 2007 ") et 2008 (A/chicken/Egypt/1709-6/2008, " Egypte 2008"). La vaccination des poulets EOPS à jour 1 et à deux semaines d'âge avec 106 EID50 de vaccin rNDV -H5 a été démontrée très protectrice (90 %) après l’inoculation à 5 semaines d'âge de la souche challenge "Egypte 2007" mais n'a pas été capable de protéger contre la souche "Egypte 2008". L'une des principales lacunes de la vaccination précoce avec des vaccins vivants est l'interférence des anticorps maternels (MDA), souvent considérée comme l'une des principales raisons des échecs vaccinaux. Etant donné que le vaccin rNDV -H5 est un candidat potentiel pour la vaccination de masse en routine, il est nécessaire d'étudier l'impact de MDA spécifique pour H5 IA et NDV, seul ou en combinaison, avec l'efficacité du vaccin rNDV -H5. Pour contourner la difficulté logistique d'obtenir un nombre suffisant de poussins avec des titres homogènes de MDA, un modèle artificiel mimant une immunité passive maternelle a été développé. Différentes voies d'injection et de doses de sérum polyclonal de poulets hyperimmunisés contre H5N1 ou NDV ont été évaluées. Les meilleurs résultats ont été obtenus en combinant l'injection dans le jaune d'oeuf à ED14 avec une injection intrapéritonéale (IP) avec des niveaux d’anticorps et une durée de vie approchant le déclin naturel des MDA. L'interférence des anticorps maternels a ensuite été comparée chez des oiseaux présentant soit uniquement des MDA-NDV, -NDV-H5 ou en l'absence de MDA. Une forte interférence des MDA-NDV-H5 a ainsi été démontrée par une réduction de la protection clinique et l'absence de réduction de l'excrétion virale. Étonnamment, les MDA-NDV ont eu un impact positif sur l’efficacité vaccinale avec une protection clinique complète et l'absence d'excrétion virale après challenge avec le virus H5N1. Pour clarifier les impacts distincts 19 des MDA-NDV et –H5, le modèle artificiel a été utilisé pour induire une immunité passive artificielle H5 AI ou NDV spécifique en oiseaux EOPS. Une forte interférence des MDA-H5 avec l'efficacité vaccinale du rNDV-H5 a été confirmée par une mortalité complète au contraire des poulets EOPS vaccinés. Par ailleurs, l’impact positif des MDA-NDV a été confirmé. En conclusion, dans les pays vaccinant contre le NDV et interdisant la vaccination IA, le vaccin rNDV-H5 combiné à la forte prévalence de MDA-NDV chez les jeunes poussins serait un candidat vaccinal précieux en cas de vaccination d'urgence. Toutefois, dans les pays à forte séroprévalence anti-H5, la vaccination précoce devrait être reportée après le déclin des MDA-H5.