Научная статья на тему 'Стабільність атенуації вакцинного штаму BCG'

Стабільність атенуації вакцинного штаму BCG Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
64
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
біологічна активність / мікобактерії / штам BCG / вірулентність / стабільність атенуації / морські свинки / biological activity / mycobacteria / BCG strain / virulence / stability of attenuation / Guinea pigs

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — В В. Глебенюк, В Г. Петруша

Основа профілактики туберкульозу людей полягає у використанні вакцини БЦЖ. Досвід використання протитуберкульозної вакцини показав достатньо позитивні результати. Mycobacterium bovis вакцинного штаму BCG, які зберігаються в лабораторіях різних країн, можуть дещо відрізнятися за своїми біологічними властивостями, в тому числі вірулентністю та імуногенністю. Мета роботи: дослідити стабільність атенуації вакцинного штаму BCG. Для досліджень використовували вакцинний штам BCG (BCG-Russia). У мікобактерій визначали морфологію, культуральні та біохімічні властивості загальноприйнятими методами. Для проведення ПЛР використовували ампліфікатор i Cycler iQ5 та комплект реагентів для ПЛР-ампліфікації ДНК з детекцією в режимі реального часу. Визначення вірулентності мікобактерій проводили за допомогою біологічної проби. Для гістологічного дослідження відбирали шматочки селезінки та легень. Встановлено, що Mycobacterium bovis штаму BCG утворювали на живильному середовищі «Нове» Мордовського матові колонії кольору слонової кістки з горбкуватою поверхнею та нерівними краями (Rформи). У мазках із колоній, після фарбування за Ціль-Нільсеном, спостерігалися кислотостійкі та некислотостійкі палички. Мікобактерії штаму BCG у середовищі Школьникової утворювали мікроколонії, які морфологічно нагадували «косички». Генномолекулярними дослідженнями встановлено наявність ДНК-мішені у мікобактерій вакцинного штаму. У заражених мурчаків через 3–4 тижня утворювалася виразка на місці введення суспензії. На розтині морських свинок характерних макроскопічних змін (туберкульозних вузликів) не спостерігалося. У селезінці всіх тварин відмічено помірне повнокров’я, гіперплазію червоної пульпи. Лімфоїдні фолікули мали ознаки гіперплазії. На розтині лабораторних тварин другого та третього пасажів макроскопічних патологоанатомічних змін не знайдено. Висновок: штам BCG не спричинює макроскопічних патологоанатомічних змін у морських свинок упродовж трьох «сліпих» пасажів, що свідчить про стабільність його атенуації.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — В В. Глебенюк, В Г. Петруша

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Stability attenuation of BCG vaccine strain

As the basis for prevention of tuberculosis is the use of BCG vaccine. The experience of using the tuberculous vaccine has shown quite positive results. Mycobacterium bovis of BCG vaccine strain, which are preserved in laboratories from different countries may differ slightly in their biological properties, including virulence and immunogenicity. Objective of work is to investigate the stability attenuation of BCG vaccine strain. BCG vaccine strain (BCG-Russia) was used for investigations. The morphology, cultural and biochemical properties of mycobacteria determined by means of agreed-upon methods. We used amplifier iCycler iQ5 and a set of reagents for PCR-amplification of DNA with real-time detection for carrying out PCR. The determination of the virulence and sensitivizing properties of mycobacteria was carried out using the biological test. The pieces of the spleen and lungs were taken for histological examination. It was found that Mycobacterium bovis BCG strains formed on the nutrient medium by Mordovskyi the matted colonies of ivory color with a hilly surface and uneven edges (R-forms). In the smears from colonies, after staining by Ziehl-Neelsen, acid-resistant and non-acid resistant sticks were observed. Mycobacteria BCG strain in the medium of Shkolnykova formed microcolonies, which morphologically resembled «cord». Gene-molecular studies have established the presence of the DNA-target in the mycobacteria of the vaccinal strain. In infected Guinea pigs 3–4 weeks later, an ulcer was formed at the place of introduction of the suspension. Mycobacteria did not cause in laboratory animals the death and development of an infectious process characteristic of tuberculosis. At the autopsy of Guinea pigs characteristic macroscopic changes (tubercular nodes) were not observed. In the spleen of all animals, moderate hyperemia, red pulp hyperplasia were observed. Lymphoid follicles had signs of hyperplasia. At the intersection of laboratory animals of the second and third passages macroscopic pathoanatomical changes were not found. Conclusion: BCG strain do not cause macroscopic pathoanatomical changes in Guinea pigs during three «blind» passages, indicating the stability of his attenuation.

Текст научной работы на тему «Стабільність атенуації вакцинного штаму BCG»

HayKOBMM BiCHMK ^tBiBCtKoro Ha^OHa^tHoro yHiBepcMTeTy

BeTepMHapHoi Megw^HM Ta öioTexHO^oriw iMem C.3. I^M^Koro

Scientific Messenger of Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies

ISSN 2518-7554 print ISSN 2518-1327 online

doi: 10.15421/nvlvet8332 http://nvlvet.com.ua/

UDC 619:616.98:579

Stability attenuation of BCG vaccine strain

V.V. Glebenyuk, V.G. Petrusha

Dnipro State Agrarian and Economic University, Dnipro, Ukraine

Article info

Received 09.02.2018 Received in revised form

07.03.2018 Accepted 12.03.2018

Dnipro State Agrarian and Economic University, Efremova Str., 25, Dnipro, 49600, Ukraine. Tel.: +38-0562-68-54-36 E-mail: hlebeniuk.v.v@dsau.dp.ua

Glebenyuk, V.V., & Petrusha, V.G. (2018). Stability attenuation of BCG vaccine strain. Scientific Messenger of Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies. 20(83), 168171. doi: 10.15421/nvlvet8332

As the basis for prevention of tuberculosis is the use of BCG vaccine. The experience of using the tuberculous vaccine has shown quite positive results. Mycobacterium bovis of BCG vaccine strain, which are preserved in laboratories from different countries may differ slightly in their biological properties, including virulence and immunogenicity. Objective of work is to investigate the stability attenuation of BCG vaccine strain. BCG vaccine strain (BCG-Russia) was used for investigations. The morphology, cultural and biochemical properties of mycobacteria determined by means of agreed-upon methods. We used amplifier iCycler iQ5 and a set of reagents for PCR-amplification of DNA with real-time detection for carrying out PCR. The determination of the virulence and sensitivizing properties of mycobacteria was carried out using the biological test. The pieces of the spleen and lungs were taken for histological examination. It was found that Mycobacterium bovis BCG strains formed on the nutrient medium by Mordovskyi the matted colonies of ivory color with a hilly surface and uneven edges (R-forms). In the smears from colonies, after staining by Ziehl-Neelsen, acid-resistant and non-acid resistant sticks were observed. Mycobacteria BCG strain in the medium of Shkolnykova formed microcolonies, which morphologically resembled «cord». Gene-molecular studies have established the presence of the DNA-target in the mycobacteria of the vaccinal strain. In infected Guinea pigs 3-4 weeks later, an ulcer was formed at the place of introduction of the suspension. Mycobacteria did not cause in laboratory animals the death and development of an infectious process characteristic of tuberculosis. At the autopsy of Guinea pigs characteristic macroscopic changes (tubercular nodes) were not observed. In the spleen of all animals, moderate hyperemia, red pulp hyperplasia were observed. Lymphoid follicles had signs of hyperplasia. At the intersection of laboratory animals of the second and third passages macroscopic pathoanatomical changes were not found. Conclusion: BCG strain do not cause macroscopic pathoanatomical changes in Guinea pigs during three «blind» passages, indicating the stability of his attenuation.

Key words: biological activity, mycobacteria, BCG strain, virulence, stability of attenuation, Guinea

pigs.

Стабшьшсть атенуацп вакцинного штаму BCG

В.В. Глебенюк, В.Г. Петруша

Днтровський державний аграрно-економiчний yuieepcumem, м. Днтро, Укра'ша

Основа профилактики туберкульозу людей полягае у використант вакцини БЦЖ. Досвiд використання протитуберкулъозног вакцини показав достатньо позитивн результати. Mycobacterium bovis вакцинного штаму BCG, як збер^аються в лабораторiях рiзних крат, можуть дещо вiдрiзнятися за своми бiологiчними властивостями, в тому чиmi вiрyлeнтнiстю та iмyногeннiстю. Метароботи: до^дити стабтьтсть атенуацп вакцинного штаму BCG. Для до^джень використовували вакцинний штам BCG (BCG-Russia). Умжобактерт визначали морфологЮ, культуральш та бюхМчш властивостi загальноприйнятими методами. Для проведення ПЛР використовували амnлiфiкатор i Cycler iQ5 та комплект рeагeнтiв для ПЛР-амплiфiкацii ДНК з детекщею в режим реального часу. Визначення вiрyлeнтностi мжобактерт проводили за допомогою бiологiчноi проби. Для гiстологiчного до^дження вiдбирали шматочки селезтки та легень. Встановлено, що Mycobacterium bovis штаму BCG утворювали на живиль-ному сeрeдовищi «Нове» Мордовського матовi колони кольору слоновог тстки з горбкуватою поверхнею та нeрiвними краями (R-форми). У мазках iз колонт, тсля фарбування за Цть-Нтьсеном, спостеркалися кислотостшт та некислотостшт палички. Мжобактерп штаму BCG у сeрeдовищi Школьниковог утворювали мжроколонй, ят морфологiчно нагадували «косички». Генно-молекулярними до^дженнями встановлено наявтсть ДНК-мшеж у мжобактерт вакцинного штаму. У заражених мурчатв

через 3-4 тижня утворювалася виразка на мкщ введення суспензи. На розтин морських свинок характерних макроскотчних змт (туберкульозних вузлимв) не спостеркалося. У селезтщ в^х тварин вiдмiчено nомiрне повнокров 'я, гтерплазЮ червоног пульпи. Лшфогдж фолили мали ознаки г1перплазп. На розтиш лабораторних тварин другого та третього пасажiв макроскопчних па-тологоанатомiчних змт не знайдено. Висновок: штам БСО не спричинюе макроскотчних патологоанатомiчних змт у морських свинок упродовж трьох «слтих» пасажiв, що свiдчить про стабтьтсть його атенуацп.

Ключовi слова: бюлог1чна активтсть, мтобактерп, штам БСО, вiрулентнiсть, стабтьтсть атенуацп, морськ свинки.

Introduction

As the basis for prevention of tuberculosis is the use of BCG (Bacille Calmette-Guerin) vaccine. The experience of using the tuberculous vaccine has shown quite positive results (Koreckaja, 2011).

For the last time there is a growth of postvaccinal complications (Pasechnik et al., 2014; Lepshina et al., 2015). Growth in the development of complications may be associated with under-studied mechanisms for the formation of antituberculous immunity. Also, the data of the biological cycle of development, the presence of altered (filtered, uncultivated) forms of the causative agent and other are not taken into account (Gizatullin et al., 1980; Chernushenko et al., 2002; Vlasenko et al., 2007; Tkachenko, 2014).

The effectiveness of the vaccination depends on the vaccine fabricated by different producers. Mycobacterium bovis of BCG vaccine strain which are preserved in laboratories from different countries may differ slightly in their biological properties, including virulence and immunogenicity (Vijayalakshmi et al., 1995; Ritz et al., 2008; Luca anb Mihaescu, 2013; Zhang et al., 2016; Kuljaba et al., 2016).

Objective of this review: to investigate the stability attenuation of BCG vaccine strain.

Materials and methods

For investigations was used of BCG vaccine strain (BCG-Russia strain taken from the BCG vaccine, the producer is «Research and Production Association Microgene» of Ministry of Public Health of the Russian Federation, Stavropol city).

The morphology, cultural and biochemical properties of mycobacteria determined by means of agreed-upon methods (Kassich et al., 1990).

The presence of the cord-factor was investigated by the ability of mycobacteria to form a microcolonies in the form of «plaits», «cord» on 15 day cultivation them in the semisynthetic medium in accordance with Shkolnykova.

For carrying out PCR we used amplifier iCycler iQ5 (producer Bio-Rad, USA) and a set of reagents for PCR-amplification of DNA (Mycobacterium tuberculosis-Mycobacterium bovis complex, including BCG strain) with real-time detection («MIKO-GEN», the producer is Non-governmental organization/ NGO/ DNA-technology, Russian Federation).

The determination of the virulence and sensitivizing properties of mycobacteria was carried out using the biological test (Manchenko et al., 1994). To do this , 3 Guinea pigs was infected subcutaneously in the inguinal region by means of suspensions of studied mycobacteria

at the concentration of 10 mg/ml. Non-infected animals were as control.

The Guinea pigs were observed for 90 days. At the end of the experiment animals were euthanized. The pieces of the spleen and lungs were taken for histological examination.

The material was fixed with 10% neutral formalin solution. Paraffin sections were made on a sledge microtome and stained with hematoxylin-eosin (Horalskyi et. al., 2005).

To check the stability of mycobacterium virulence, the second and third «blind» biological passages were carried out using Guinea pigs in accordance with the conventional method (Kassich et al., 1990).

Results and discussion

As a result of the research, it was found that Mycobacterium bovis BCG strains formed on the nutrient medium by Mordovskyi the matted colonies of ivory color with a hilly surface and uneven edges (R-forms). In the smears from colonies, after staining by Ziehl-Neelsen, acid-resistant and non-acid resistant sticks were observed.

Mycobacteria culture did not grow at room temperature and at temperature 45°C, in meat-peptone agar, in an egg medium with 5% sodium chloride and in the medium with sodium salicylate. It had peroxidase and catalase activity, did not hydrolyze TWEEN-80.

Mycobacteria BCG strain in the medium of Shkolny-kova formed microcolonies, which morphologically resembled «cord» (Fig. 1). Such fluffy clumps «resembling on plaits» were 5-10 microns in width and up to 100

microns in length.

ft

*

^Jrfl

.XAJju j* r7

Fig. 1. Microscopial appearance of mycobacterial culture, presence of cording.

Staining by Ziehl-Neelsen. *1000

Gene-molecular studies have established the presence of the DNA-target in the mycobacteria of the vaccinal strain.

HayKOBHH BicHHK ^HyBME iMeHi C.3. IW^KOTO, 2018, T 20, № 83

In infected Guinea pigs 3-4 weeks later, an ulcer was formed at the place of introduction of the suspension. Animals responded during the experiment to the introduction of tuberculin (PPD) for mammals.

Mycobacteria did not cause in laboratory animals the death and development of an infectious process characteristic of tuberculosis. At the autopsy of Guinea pigs characteristic macroscopic changes (tubercular nodes) were not observed.

As a result of the histological examination of lung specimens of infected animals, alternation of dystelectasis and emphysema sites, hyperemia was established. In sites of reduced airiness, some alveoli contained swollen fluid (Fig. 2). Inflammatory infiltration was weakly inflamed, had a diffuse nature.

In the spleen of all animals, moderate hyperemia, red pulp hyperplasia were observed. Lymphoid follicles had signs of hyperplasia in the form of enlargement at the expense of the expansion of reproductive centers (Fig. 3). The strenuous elements were swollen.

A xlwfw

** jf j ' *v.fi8 / if? w > *

niv njf' , sE*.

ft1 ■ i * „ ; " \ Cx

Fig. 2. Morphological changes in the lung: intra-alveolar edema. Stain with haematoxylin and eosin. ><100

Fig. 3. Morphological changes in the spleen: hyperplasia of lymph follicle. Stain with haematoxylin and eosin. ><100

In our previous works we obtained identical results (Tkachenko et. al., 2007; 2012; 2016).

At the intersection of laboratory animals of the second and third passages macroscopic pathoanatomical changes were not found.

Conclusion

BCGvaccine strain do not cause macroscopic pathoanatomical changes in Guinea pigs during three «blind» passages, indicating the stability of his attenuation.

Prospects for further research are to determine the effectiveness of the BCG vaccine in an experiment on laboratory animals of various species.

References

Chernushenko, K.F., Zhurylo, O.A., & Klymenko. M.T. (2002). Biolohichni osoblyvosti L-form mikobakterii tuberkulozu, shcho vydileni u khvorykh na tuberkuloz lehen. Ukrainskyi pulmonolohichnyi zhurnal. 2, 48-50 (in Ukrainian). Gizatullin, H.G., Safin, M.A., & Haritonov, M.V. (1980). Vydelenie L-form mikobakterij shtamma BCZh. Veterinarija. 9, 28-29 (in Russian). Horalskyi, L.P., Khomych, V.T., & Kononskyi, O.I. (2005). Osnovy histolohichnoi tekhniky i mofrofunktsionalni metody doslidzhen u normi ta pry patolohii. Zhytomyr. Polissia (in Ukrainian). Kassich, Ju.Ja., Borzjak, A.T., & Kochmarskij, A.F. (1990). Tuberkuljoz zhivotnyh i mery bor'by s nim. Pod red. Ju.Ja. Kassicha. K. Urozhaj (in Russian). Koreckaja, N.M. (2011). Sovremennye vzgljady na vakcinaciju BCZh. Sibirskoe medicinskoe obozrenie. 1, 3-8 (in Russian). Kuljaba, O., Stybel, V., & Gutyj, B. (2016). The influence of clozaverm a and catozal on antioxidant status of cows organism for the experimental fasciolosis, sensitized atypical mycobacteria. Scientific Messenger of LNU of Veterinary Medicine and Biotechnologies. 18, 2(66), 96-99. doi: 10.15421/nvlvet6621. Lepshina, S.M., Skripka, L.V., & Tishhenko, E.V. (2015). Rezul'taty monitoringa oslozhnenij vakcinacii BCZh. Zdorov'e rebenka. 1(60), 160-162 (in Russian). Luca, S., & Mihaescu, T. (2013). History of BCG Vaccine. Maedica (Buchar). 8(1), 53-58. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24023600 Manchenko, V.M., Trotsenko, Z.R., & Pavlenko, M.S. (1994). Nastanova po diahnostytsi tuberkulozu. Kyiv (in Ukrainian).

Pasechnik, O.A., Plehanova, M.A., Cygankova, E.A., & Shahova, T.A. (2014). Jeffektivnost' i bezopasnost' protivotuberkuleznoj vakcinacii. Jepidemiologija i vakcinoprofilaktika. 6(79), 83-89 (in Russian). Ritz, N., Hanekom, W.A., Robins-Browne, R., Britton, W.J., & Curtis, N. (2008). Influence of BCG vaccine strain on the immune response and protection against tuberculosis. FEMS Microbiol Rev. 32(2), 821-841. doi 10.1111/j .1574-6976.2008.00118.x. Tkachenko, O.A. (2014). Biolohichnyi tsykl rozvytku Mycobacterium bovis. Veterynarna medytsyna Ukrainy. 10, 15-20 (in Ukrainian).

HayKOBHH bîchhk .nHYBME iMeHi C.3. iW^Koro, 2018, T 20, № 83

Tkachenko, O.A., Hlebeniuk, V.V., & Hlebeniuk, O.H. (2016). Efektyvnist polimeraznoi lantsiuhovoi reaktsii za detektsii dysotsiatyvnykh variantiv Mycobacterium bovis shvydkorosloho shtamu. Naukovyi visnyk Lvivskoho natsionalnoho universytetu veterynarnoi medytsyny ta biotekhnolohyi imeni S.Z. Hzhytskoho. 18, 1(65), 185-189 Retrieved from https://nvlvet.com.ua/index.php/journal/article/view/7 0 (in Ukrainian).

Tkachenko, O.A., Useieva, N.H., Hlebeniuk, V.V., & Kulishenko, O.M. (2007). Biolohichna aktyvnist epizootychnykh ta muzeinykh shtamiv M. Bovis. Naukovyi visnyk Lvivskoho natsionalnoho universytetu veterynarnoi medytsyny ta biotekhnolohyi imeni S.Z. Hzhytskoho. 9, 3(34), 218224 (in Ukrainian).

Tkachenko, O.A., Zazharskyi, V.V., & Hlebeniuk, V.V. (2012). Kord-faktor ta virulentnist Mycobacterium bovis shvydkorosloho shtamu ta atypovykh

mikobakterii. Veterynarna medytsyna Ukrainy. 3, 1013 (in Ukrainian).

Vijayalakshmi, V., Murthy, K., Kumar, S., & Kiran, A. (1995). Comparison of the immune responses in children vaccinated with three strains of BCG vaccine. Indian Pediatr. 32(9), 979-982

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8935260

Vlasenko, V.V., Vlasenko, I.G., & Kolodij, S.A. (2007). Identifikacija adaptivnyh form vozbuditelja tuberkuleza. Naukovyi visnyk Lvivskoho natsionalnoho universytetu veterynarnoi medytsyny ta biotekhnolohyi imeni S.Z. Hzhytskoho. 3(34), 11-19 (in Russian).

Zhang, L., Ru, H.W., Chen, F.Z., Jin, C.Y., Sun, R.F., Fan, X.Y., Guo, M., Mai, J.T., Xu, W.X., Lin, Q.X., & Liu, J. (2016). Variable virulence and efficacy of BCG vaccine strains in mice and correlation with genome polymorphisms Molecular Therapy. 24(2), 398-405. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26643797.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.