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Construction and Evaluation of a Δcya Δcrp Salmonella typhimurium Strain Expressing Avian Pathogenic Escherichia coli O78 LPS as a Vaccine to Prevent Airsacculitis in Chickens

Kenneth Roland, Roy Curtiss, III and Donata Sizemore
Avian Diseases
Vol. 43, No. 3 (Jul. - Sep., 1999), pp. 429-441
DOI: 10.2307/1592640
Stable URL: http://www.jstor.org/stable/1592640
Page Count: 13
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Construction and Evaluation of a Δcya Δcrp Salmonella typhimurium Strain Expressing Avian Pathogenic Escherichia coli O78 LPS as a Vaccine to Prevent Airsacculitis in Chickens
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Abstract

Avian pathogenic strains of Escherichia coli cause a number of extraintestinal diseases in poultry, including airsacculitis and colisepticemia. Expression of O78 lipopolysaccharide (LPS) is frequently associated with pathogenic isolates. Salmonella, a common poultry contaminant, is a major public health concern. The purpose of this work was to develop an E. coli vaccine for poultry with the use of an attenuated Salmonella typhimurium carrier that would benefit both the bird and the consumer. Orally administered attenuated S. typhimurium Δcya Δcrp strains have been shown to provide excellent protection against wild-type Salmonella challenge in chickens. This work describes the construction of a Δcya Δcrp derivative of an avian pathogenic S. typhimurium that expresses both the homologous group B determinants (O1,4,5,12) and the heterologous E. coli O78 LPS O antigens. This was accomplished by inserting the E. coli rfb region, which encodes the genes required for O78 expression, into the chromosomal cya gene of S. typhimurium, creating a defined deletion/insertion mutation. A Δcrp mutation was introduced in a subsequent step. Expression of both O antigens was stable in vitro and in vivo. Vaccination of white leghorn chicks at day of hatch and 14 days with the recombinant vaccine strain induced serum immune responses against both S. typhimurium and E. coli LPS and protected the birds against subsequent challenge with an avian pathogenic E. coli O78 strain. Introduction of a mutation in rfc, which encodes the O antigen polymerase, reduced the chain length of the S. typhimurium LPS without affecting the expression of O78. The rfc mutation further enhanced the ability of the vaccine strain to protect chickens against E. coli challenge. /// Las cepas patógenas de Escherichia coli causan innumerables enfermedades extraintestinales, incluyento aerosaculitis y colisepticemia. La expresión del lipopolisacarido de la cepa O78 se ha asociado frecuentemente con la patogenicidad de las cepas. La Salmonella, un contaminante común en avicultura, es una preocupación importante en salud pública. El propósito de este trabajo fue desarrollar una vacuna contra E. coli para avicultura utilizando como vector una cepa atenuada de Salmonella typhimurium que beneficie tanto a las aves como al consumidor. Se ha demostrado que las cepas de Salmonella typhimurium Δcya Δcrp suministran una protección excelente en pollos contra desafíos de campo por Salmonella. Este trabajo describe la construcción de Δcya Δcrp derivada de una cepa patógena de S. typhimurium que expresa tanto los determinantes homólogos del grupo B (O1,4,5,12), como los determinantes heterólogos de los antígenos O (lipopolisacáridos) de la cepa O78 de E. coli. Esto se logró mediante la inserción de la región rfb de E. coli que codifica los genes necesarios para la expresión de la cepa O78 dentro del gen cromosomal cya de S. typhimurium, creando una mutación definida por deleción/inserción. La mutación de Δcrp fue realizada en un paso subsecuente. La expresión de los dos antígenos O fue estable in vitro e in vivo. La vacunación de pollitos Leghorn blancos al día de edad y a los 14 días de edad con la cepa vacunal recombinante indujo una respuesta inmune contra S. typhimurium y la cepa patógena O78 de E. coli. La introducción de una mutación rfc que codifica la polimerasa del antigeno O redujo la longitud de la cadena del lipopolisacárido de S. typhimurium sin afectar la expresión de la O78. La mutación rfc aumentó la capacidad de la cepa vacunal para proteger los pollos contra el desafio por E. coli.

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