LA VACCINAZIONE ORALE IN ACQUACOLTURA
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LA VACCINAZIONE ORALE IN ACQUACOLTURA
LA VACCINAZIONE ORALE IN ACQUACOLTURA VISMARA D. & GIORGETTI G. Dipartimento di Ittiopatologia, Istituto Zooprofilattico Sperimentale delle Venezie, Via della Roggia 92, 33030 Basaldella di Campoformido (UD), Italy Riassunto La vaccinazione è uno dei più importanti mezzi di controllo delle malattie diffusive in acquacoltura. Diversi sono i metodi di somministrazione dei vaccini ma la via orale è sicuramente la più pratica, permette la vaccinazione di pesci di tutte le taglie e non necessita di manipolazione del pesce evitando momenti stressanti. Attualmente presenta dei limiti elevati in quanto non è in grado di stimolare buoni livelli di protezione particolarmente nelle trote immunizzate con questa tecnica. Il presente lavoro riporta i diversi studi compiuti al fine di superare tali limiti, studi orientati sulla possibilità di utilizzo di vaccini "protetti" nell'alimento, sull'impiego di frazioni antigeniche quali i lipopolisaccaridi e i polisaccaridi, gli immunostimolanti e adiuvanti e sulla possibilità di modificare le diverse fasi dei processi digestivi. Introduzione Uno degli ostacoli allo sviluppo degli allevamenti ittici è l'insorgenza di malattie legate a fattori ambientali sfavorevoli e ad agenti biologici. Questi ultimi hanno assunto tale importanza da stimolare ricerche continue che hanno portato allo sviluppo di misure preventive contro le più importanti malattie diffusive. Come per le patologie degli animali omeotermi, le misure di controllo si basano su interventi zootecnici (igiene e miglioramento genetico), profilassi sanitaria, trattamenti terapeutici e immunoprofilassi. Nelle aree dove una malattia non è endemica è possibile combattere l'agente eziologico mediante misure di polizia veterinaria. La maggioranza dei Paesi adottano questa politica così che le importazioni e il movimento di pesce vivo e di uova viene accompagnato da certificato sanitario. All'eventuale insorgenza di malattia in un'area indenne il controllo della diffusione si basa sulla eliminazione della partita infetta e sulla disinfezione degli allevamenti. Tale politica richiede alti livelli di vigilanza certificazione e cooperazione tra gli allevamenti e le autorità responsabili. Allo stato attuale, in queste aree il rischio che allevamenti si infettino è comunque alto e una politica basata su abbattimento/disinfezione può diventare molto costosa e a volte inefficace, se non nel caso di una ampia bonifica sanitaria che porti al risanamento di aree rilevanti. Per le malattie batteriche, i focolai possono essere controllati da chemioterapici ma ciò può risultare insufficiente. In questi casi, quando una malattia è endemica, la vaccinazione diventa indispensabile. In effetti il trattamento di malattie in atto con prodotti antimicrobici ha giocato e continuerà a giocare un ruolo importante. Eppure bisogna sempre considerare che: 1) non esistono trattamenti efficaci contro le malattie virali; 2) i risultati ottenuti con l'uso di chemioterapici e disinfettanti contro le malattie batteriche sono per lo più temporanei cosicché i trattamenti devono essere ripetuti più volte, non assicurando, comunque la completa eradicazione della malattia; 3) stanno assumendo un ruolo sempre più preoccupante fenomeni di resistenza agli antibiotici da parte di specie batteriche. Inoltre l'uso di chemioterapici costituisce un problema connesso con la salute pubblica tra cui la presenza di residui di farmaci nelle carni e gli effetti sull'ambiente, considerando tra le altre cose il rischio potenziale di un trasferimento di antibiotico resistenza da batteri patogeni per gli animali a batteri patogeni per l'uomo (Brisinello e Ceschia, 1988). Generalità sulla vaccinazione Dal 1976 ad oggi, in Europa, sono autorizzati e commercializzati diversi vaccini in acquacoltura. Il primo è stato il vaccino contro la malattia della Bocca Rossa seguito dai vaccini contro la Vibri osi e la Foruncolosi (Ellis, 1988). Tutti e tre sono inattivati con la formalina. I vaccini per la Bocca Rossa e la Vibriosi sono molto efficaci, mentre quello per la Foruncolosi offre una protezione non elevata che si pensa sia dovuta alla stimolazione di meccanismi di difesa aspecifici (Ellis, 1988). L'inattivazione dei microrganismi nei vaccini spenti può avvenire mediante trattamenti chimici o fisici, La formalina agisce sui gruppi amino e amide delle proteine e sugli aminogruppi non legati all'idrogeno delle basi puriniche e pirimidiniche degli acidi nucleici, formando legami crociati che conservano l'integrità strutturale dei determinanti antigenici (Austin, 1984). Altri prodotti chimici utilizzati per l'inattivazione di microrganismi che presentano nella loro membrana dei lipidi, sono il cloroformio e il fenolo. Anche l'idrossido di sodio a pH 9,5 è stato impiegato per l'inattivazione di batteri in vaccini sperimentali. L'uccisione di microrganismi denaturando le proteine col calore o mediante l' ossidazione dei lipidi, spesso comporta la distruzione di determinanti antigenici importanti per lo sviluppo di una immunità protettiva. I vaccini attenuati richiedono dosi di inoculo più basse rispetto a quelli spenti e spesso stimolano un più alto titolo anticorpale, L'esposizione di microrganismi a concentrazioni subletali di agenti chimici o il trattamento con calore non elevato sono vecchi metodi per ridurre la virulenza del batterio. Mezzi più comunemente impiegati sono la coltura in terreni o a temperature sfavorevoli. I virus vengono attenuati da passaggi ripetuti in colture tissutali o adattati in ospiti non abituali. Strategie alternative includono vaccini subunitari e peptidi sintetici. Entrambe queste tecniche richiedono la conoscenza dei determinanti antigenici che stimolano una risposta protettiva (Stoskopf, 1993). Nel caso di vaccini subunitari il tratto di DNA che codifica per il determinante antigenico che interessa è trasferito in un batterio, un fungo o un'altra cellula che codifica per quella specifica proteina. Quando i vaccini sono costituiti da peptidi sintetici conoscendo la sequenza degli epitopi protettivi di una proteina questi possono essere sintetizzati. Così i due metodi possono comunque essere utilizzati la realizzazione di un vaccino. Fattori che condizionano l'esito della vaccinazione Diversi fattori possono influire sulla risposta immunitaria: fattori intrinseci (età, stato di salute del pesce, specie ittica) e fattori estrinseci (dose dell'antigene, modalità di somministrazione, presenza di adiuvanti, tempera- tura dell'acqua). Fattori intrinseci La risposta immunitaria è più intensa e duratura quanto maggiore è l'età del pesce. Nel caso dei salmonidi la risposta immunitaria permane per circa 120 giorni in animali di un grammo, per circa 180 giorni in animali di due grammi, mentre per avannotti di quattro grammi o più permane almeno un anno (Brown, 1993). E' noto che lo stress porta ad un abbassamento delle difese immunitarie. La risposta ad uno stress induce delle reazioni fisiologiche comportamentali che possono aiutare il pesce ad adattarsi a nuove situazioni, ma se lo stress è grave o prolungato nel tempo può portare ad un crollo del sistema immunitario per un conseguente aumento di determinati ormoni, in primo luogo dei corticosteroidi, i quali agiscono a livello di risposta immunitaria deprimendola (Ellis, 1988; Stoskopf, 1993). La stagione e la temperatura sono aspetti dell'ambiente che possono interessare la risposta immunitaria e che possono essere rilevanti per decidere quando vaccinare un pesce. Molti studi hanno dimostrato che la risposta immunitaria di un pesce, sia essa cellulo mediata o umorale, è più lenta ad instaurarsi a basse temperature. In generale i migliori risultati sono stati ottenuti alle temperature normali estive, tenendo presente la specie del pesce in esame ovvero se di acqua fredda, temperata o calda. Temperature più basse del normale range fisiologico per quella specie di pesce (es. meno di 6°C per una trota o di 12°C per una carpa) possono quindi deprimere la risposta immunitaria (Ellis, 1988). Molti sistemi fisiologici hanno attività ritmiche su basi giornaliere, mensili o annuali. Ci sono prove che indicano che il sistema immunitario del pesce può essere depresso relativamente a certi periodi stagionali non legati unicamente alle basse temperature. La trota iridea allevata a 18°C tutto l'anno sviluppa un più basso titolo anticorpale nei confronti di Aeromonas salmonicida quando viene immunizzata prima dell'inverno rispetto a trote vaccinate prima della primavera (Zeeman, 1986; Ellis, 1988). Fattori estrinseci Molti fattori legati alla natura del vaccino o al metodo di vaccinazione condizionano la risposta immunitaria. Sebbene il livello della produzione di anticorpi nella risposta immunitaria primaria sia condizionato entro certi limiti dalla dose dell'antigene, per l'induzione della memoria immunologica, un ruolo fondamentale è svolto dalla natura dell' antigene. Eritrociti di pecora in una carpa inducono una memoria immunologica più efficace quando iniettati a medie o a basse dosi, sebbene sia più lenta a svilupparsi in quest'ultimo caso. Diversamente lo sviluppo di una memoria immunitaria in una carpa nei confronti di Aeromonas hydrofila iniettata per via intramuscolare è direttamente correlata con la dose dell'antigene e basse dosi inducono solo la formazione di una debole memoria. Molto importante è la forma nella quale un vaccino viene somministrato. Generalmente, antigeni proteici solubili richiedono la contemporanea somministrazione di adiuvanti per stimolare la produzione di anticorpi e comunque l'immunogenicità di un antigene varia tra specie e specie di pesce (Ellis, 1988). I principali metodi per la somministrazione dei vaccini sono: per iniezione, per nebulizzazione, per via orale o per immersione. La tecnica per iniezione per via intraperitoneale determina la produzione di alti titoli anticorpali nei confronti di diversi batteri e virus. Gli svantaggi però sono molteplici ed in particolare la manipolazione degli animali, la ridotta capacità operativa, l'alta incidenza di mano d'opera. La via orale è una tecnica molto semplice, ideale per gli allevamenti ma spesso di scarsa efficacia, a causa del processo di denaturazione subito dalle proteine antigeniche a livello digerente. Per la vaccinazione di un gran numero di pesci l'immersione è la via migliore allo stato attuale delle conoscenze e per le risposte immunitarie ottenute (McLean e Ash, 1990). Talvolta la vaccinazione per immersione può essere preceduta da una immersione disidratante in soluzione iperosmotica al fine di ottenere un assorbimento più intenso della soluzione vaccinale. I livelli di immunizzazione ottenibili sono interessanti. Un metodo alternativo all'immersione è la nebulizzazione. Questo metodo richiede attrezzature complesse, ma assicura per alcune specie (trota iridea) un buon assorbimento ed una resa quantitativa ottimale del vaccino (Ellis, 1988). Adiuvanti Sono sostanze che amplificano la risposta immunitaria con meccanismi di azione diversi e in molti casi non ben conosciuti. Alcuni possono essere somministrati solo per iniezione altri possono essere usati per immersione o per via orale, tuttavia alcuni dei più efficaci, spesso usati nelle prove sperimentali, non possono essere commercializzati in quanto causano reazioni locali violente e altri effetti collaterali (Ellis, 1988; Stoskopf, 1993). Immunostimolanti Sono sostanze che hanno la capacità di aumentare la resistenza alle malattie infettive, stimolando meccanismi di difesa specifica, particolarmente la fagocitosi. Questa resistenza all'infezione non è specifica, non ha memoria ed è di breve durata. Tuttavia sono sostanze che possono avere importanza nella profilassi delle malattie del pesce (Nikl et al., 1991; Stoskopf, 1993). La vaccinazione orale Dai tempi degli esperimenti di Duff (1942) molti ricercatori hanno saggiato la possibilità di utilizzare vaccini per via orale nei pesci di allevamento. Questa via di somministrazione è sempre stata considerata come il miglior metodo per la vaccinazione in acquacoltura (Fryer et al., 1978; Snieszko, 1970; Amend e Johnson, 1981). Eppure l'inclusione di vaccini nell'alimento del pesce ha sempre indotto bassi livelli di protezione rispetto ad altri metodi come l'iniezione, l'aerosol o l'immersione (Gould et al., 1978; Amend e Johnson, 1981; Horrel, 1979, Evelyn, 1984). L'antigene può venire distrutto durante la fase di lavorazione o stoccaggio dell'alimento, comunque è anche possibile che venga captato meno efficacemente a livello di tratto digerente o ancora può venire distrutto dalle secrezioni gastriche (Lillehaugh, 1989). Johnson e Amend (1983), somministrarono antigeni di Yersinia ruckeri e Vibrio anguillarum per immersione e per intubazione orale e anale. Dai loro studi risultò che una unica vaccinazione per via anale stimolava una maggiore protezione sia nei confronti di Yersinia ruckeri che nei confronti di Vibrio anguillarum. Da ciò dedussero che l'antigene somministrato oralmente viene parzialmente inattivato dai succhi gastrici e che è necessario studiare metodi per proteggere l'antigene durante il passaggio nel tratto superiore dell'intestino mediante microcapsule, rivestimenti enterici, così che possa raggiungere intatto la porzione intestinale associata al sistema linfatico. Lillehaugh (1989) sperimentò due diversi vaccini nei confronti di Vibrio anguillarum in trote: il primo in cui l'antigene veniva protetto da un film acido resistente, il secondo in cui l'antigene veniva incorporato in un pellet a lento rilascio. Ma entrambi i vaccini somministrati oralmente, non furono in grado di stimolare una buona immunità. Sembra che il vaccino protetto con il film acido resistente venisse assorbito a livello di duodeno avanzato mentre l'altro (incorporato nel pellet a lento rilascio) attraversasse l'intero tratto digerente senza subire alcun processo digestivo. Come anche sostenuto da precedenti lavori (Davina et al., 1982; Rombeut et al., 1985), il fatto che nell'esperimento di Lillehaugh (1989) il vaccino non protetto forniva una considerevole migliore protezione rispetto agli altri due "protetti", fece pensare all' Autore che i processi digestivi che si verificano nella parte anteriore del tratto digerente potessero essere importanti per l'assorbimento dell'antigene. Più tardi nel 1994 Piganelli et al., utilizzarono microsfere biodegradabili di antigene protetto in modo tale che l'antigene potesse raggiungere il tessuto linfatico associato all'intestino (GALT) senza essere degradato (Porter, 1985). L'incorporazione con polimeri reattivi al pH utilizzati come materiale di rivestimento protegge l'antigene dal pH acido dello stomaco, permettendo il suo passaggio nell' intestino intatto. All'entrata dell' intestino, l'aumento del pH porta ad una dissoluzione del polimero e al rilascio dell'antigene al GALT (Wong et al. 1992). I buoni risultati che si ottennero confermarono che le microsfere di antigene rivestito erano efficienti nel provocare un titolo sierico anticorpale come quello indotto da una somministrazione per via intraperitoneale, dunque in antitesi con il lavoro di Lillehaugh (1989). Ciò può essere spiegato con una limitata esposizione del pesce all'antigene nell' esperimento di Lillehaugh, non sufficiente per indurre una buona protezione per via orale in quanto più alte e più frequenti somministrazioni sono necessarie per immunizzare attraverso questa via (McGhee et al. 1991). Anche il lento rilascio dell'antigene dal pellet o le dimensioni del pellet possono ostacolare il movimento al secondo segmento dell'intestino. Wong (1991) dimostrò che le microsfere biodegradabili devono essere di mini- me dimensioni per essere in grado di attraversare lo sfintere pilorico ed entrare nel tratto intestinale senza aggregarsi nello stomaco. Oltre a questi aspetti, va considerata anche la dose dell'antigene. Nell'esperimento di Piganelli et al. (1994) il maggior assorbimento di proteine dal tratto intestinale del pesce è stato ottenuto con la più bassa dose di antigene. Diversamente le dosi alta e media possono aver permesso un assorbimento maggiore dell' antigene inducendo probabilmente uno stato di tolleranza. Altri esperimenti furono diretti a studiare la possibilità di favorire l'assorbimento dell'antigene a livello gastroenterico mediante appropriate manipolazioni su fattori riguardanti la digestione e l'assorbimento stesso. Studi di Anders (1978) riguardarono la somministrazione contemporanea di antigeni di Vibrio con un antiacido a trote e anguille. I risultati dimostrarono come questa associazione potesse indurre una protezione dell'antigene dieci volte più efficace rispetto alla somministrazione del solo vaccino, indicando inoltre come la barriera gastrica rappresenti un fattore importante nel limitare l'efficacia della vaccinazione orale. McLean e Ash (1990) studiarono la possibilità di proteggere l'antigene mediante l'utilizzo di un'antiproteasi, così da favorire l'assorbimento nel tratto intestinale di un antigene solubile, dopo la loro contemporanea somministrazione ad una trota iridea. Inoltre fecero un tentativo per modificare l'assorbimento dell'antigene usando un detergente per rimuovere lo strato di muco del tratto gastroenterico che è dimostrato limiti l'assorbimento dell'antigene nei mammiferi (Snyder e Walker, 1987). I risultati che ottennero evidenziarono come la somministrazione orale dell'antitripsina alla trota contemporaneamente ad una dose standard di antigene, portava ad un aumento della concentrazione media nei tessuti dell'antigene. Paradossalmente però, non fu registrato un aumento analogo a livello di plasma, dato che contrasta con quelli riportati in letteratura riguardanti esperimenti simili su mammiferi. Per quanto riguarda l'impiego di sostanze detergenti, la somministrazione contemporanea di antitripsina, di antigene e di Mega-9 (detergente), non induceva a livello plasmatico un aumento significativo rispetto al controllo del livello di antigene. Tuttavia una presenza positiva di quest'ultimo fu rilevata a livello di fegato e di milza facendo ipotizzare agli Autori che queste due sostanze (antitripsina e sostanza detergente) potessero agire sinergicamente e dimostrando la fattibilità di aumentare l' assorbimento dell' antigene somministrato per via orale nei pesci. Problemi potenziali di scarsa appetibilità o di perdita di antigenicità del vaccino durante la digestione, potrebbero essere superati incorporando il vaccino in alimenti vivi, quali plancton o Artemia salina. Kawai et al. (1989) dimostrarono che giovani ayu acquisivano una immunità protettiva nei confronti della Vibriosi alimentandoli con Brachionus plicatilis a cui veniva assorbito antigene di Vibrio. Nel 1993 Campbell et al. studiarono l'assorbimento di Vibrio anguillarum da parte di Artemia salina e dalle loro prove constatarono che un avannotto di rombo che consumasse circa 1000 Artemie per giorno non riceverebbe la dose sufficiente necessaria per la stimolazione di una buona protezione immunitaria, anche se necessitano ulteriori studi per chiarire esattamente questo aspetto. Recenti ricerche sono state svolte (Giorgetti 1994, comunicazione personale) incorporando antigene di Vibrio anguillarum in Artemia salina e alimentando con questo larve di branzino, fino alle somministrazioni stimate di 20 x 109 cellule di antigene per grammo di pesce; i risultati abbisognano di ulteriori approfondimenti. Oltre a diverse ricerche sulla possibilità di proteggere l'antigene dalla degradazione a livello di apparato digerente, notevoli sforzi sono stati compiuti per studiare la possibilità di aumentare la risposta immunitaria mediante l'utilizzo di immunomodulatori. È noto da tempo che gli immunomodulatori possono essere utilizzati per stimolare meccanismi di difesa dei mammiferi (Fenichel e Chirigon, 1984). Olivier et al. (1985) furono i primi a dimostrare nel salmone che l'efficacia di un vaccino somministrato per iniezione nei confronti di Aeromonas salmonicida veniva aumentata includendo un preparato, ovvero cellule morte di Mycobacterium butrycum, noto per la sua capacità di incrementare la risposta immunitaria cellulo mediata. Kitao e Yoshida (1986) aumentarono nella trota iridea la resistenza specifica nei confronti di Aeromonas salmonicida con un peptide sintetico, somministrato senza l'antigene. Altri recenti studi hanno provato che la risposta immunitaria può essere stimolata nei pesci usando diversi altri immunomodulatori: un estratto di tunicato (Davis e Hayesaka, 1984), levamisole (Siwicki, 1987) e il β 1,3 glucano (Yano et al., 1989, 1991; Robertsen et al., 1990). Nikl et al. (1991) saggiarono l'influenza di sette immunostimolanti sulla risposta immunitaria di coho salmon nei confronti di Aeromonas salmonicida. Tre delle sette sostanze impiegate (VitaStim- Taito VST), Lentinan e cellule di Renibacterium salmoninarum RSB diedero dei buoni risultati in quanto aggiunte all'antigene somministrato per via intraperitoneale provocarono un significativo aumento nel livello di protezione contro l'agente eziologico della Foruncolosi, superiore a quello osservato con la somministrazione del solo antigene. L'azione di queste sostanze sembra essere legata alla loro capacità di stimolare la componente macrofagica del sistema immunitario (Sugawara et al, , 1984, Yano et al" 1989), di determinare un aumento dell'attivazione della via alternativa del complemento, tutti meccanismi che inducono una immunità di ampio spettro, Lentinan è ottenuto dal corpo fruttifero di un fungo, mentre il VST deriva dal micelio di Schizophyllum comune, può essere prodotto in grandi quantità e a bassi costi; è inoltre chimicamente ben definito e se dovesse essere efficace per via orale, la sua stabilità al calore (135°C) (Yanaki et al., 1985) gli permetterebbe di resistere alle alte temperature utilizzate per incorporarlo nell'alimento pellettato del pesce. Nel 1993 Nickl et al. studiarono la possibilità di somministrare il VST non più per iniezione come nel precedente studio, ma mediante vie più pratiche e meno stressanti, e cioè per via orale o per immersione. I risultati della ricerca confermarono che la somministrazione per via orale del glucano ha effettivamente valore per il controllo delle malattie almeno per quanto riguarda la Foruncolosi. Bibliografia AGIUS C., HORNE M.T. & W ARD P.D. (1983). Immunization ofrainbow trout, Salmo gairdneri Richardson, against Vibriosis: comparison of an extract antigen with whole cell bacterins by oral and intraperitoneal routes. J. Fish Dis., 6: 129-134. AMEND D.F. & JOHNSON K.A. (1981). Current status and future needs of Vibrio anguillarum bacterins. Developments in Biological Standardization. Symposium on Fish Biologics: Serodiagnosis and Vaccines 49: 403-417. ANDERS E. (1978). Versuche zur oralen Immunisierung von Regenbogenforellen and Aalen gegen Vibrio anguillarum. Fischerei-For- schung Wissenschaftliche Scriftenreihe, 16: 59-60. AUSTIN B. (1984). The future ofbacterial fish vaccines. Vaccine, 2: 249-254. BRISINELLO W. & CESCHIA G. (1988). La vaccinazione nelle specie ittiche. 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