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Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift 128, Heft 11/12 (2015), Seiten 43–50 Institut für Parasitologie der Tierärztlichen Hochschule Hannover1 Open Access
Institut für Parasitologie der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig2 Berl Münch Tierärztl Wochenschr 128, 43–50 (2015)DOI 10.2436/0005-9466-128-43 Antiparasitäre Vakzinen beim Nutztier:
Wunsch und Wirklichkeit
2015 Schlütersche Verlagsgesellschaft mbH & Co. KGISSN 0005-9466 Vaccines against livestock parasites: expectations and reality Christina Strube1, Arwid Daugschies2 Eingegangen: 0.06.2015 Angenommen: 14.03.2015 Online first: 06.11.2015http://vetline.de/open-access/ 158/4216/ Parasiteninfektionen sind bei Nutztieren von großer wirtschaftlicher Bedeutung und die zunehmende Resistenzproblematik, die insbesondere bei parasitischen Helminthen und Geflügelkokzidien verbreitet ist, könnte über kurz oder lang die Wirtschaftlichkeit mancher Erwerbszweige infrage stellen, wenn nicht neue effiziente Werkzeuge zur Parasitenbekämpfung gefunden werden. Neben den Bemühungen, neue antiparasitäre Wirkstoffe oder selektive Behandlungsstrate-gien (sog. Targeted Selective Treatment) zu entwickeln, stellen Impfstoffe eine zukunftsweisende Alternative dar. Inwieweit die Entwicklung antiparasitärer Vak-zinen bei Nutztieren Wirklichkeit oder noch immer ein Wunsch ist, soll in diesem Übersichtsartikel dargestellt werden. Schlüsselwörter: Impfstoffe, Rekombinante Antigene, Prophylaxe, Protozoen,
Helminthen, Arthropoden
Parasitic infections in livestock are of major economic importance. However, increasing resistance against antiparasitic drugs, which is particularly prevalent among parasitic helminths and poultry coccidia, might sooner or later call the economic viability of certain livestock branches into question. Thus, there is a need to develop new efficient parasite control tools. In addition to efforts to dis-cover new antiparasitic compounds or to implement targeted selective treatment strategies, development of vaccines would be a future-orientated alternative. The current review elucidates to what extend antiparasitic livestock vaccines are real-ity or still expectations. U.S. Copyright Clearance Center Code Statement: Keywords: subunit vaccine, recombinant antigens, prophylaxis, protozoans,
0005-9466/2015/12811-43 $ 15.00/0 helminths, arthropods Grenzen der Umsetzbarkeit und der metaphylaktische Einsatz von Antiparasitika ist durchaus nicht unumstrit- Eine sinnvolle Bekämpfung von Parasitosen bei Nutztieren ten. Eine steigende Sensibilität der Öffentlichkeit gegen- hat grundsätzlich einen präventiven Charakter. Gegen- über häufig als überflüssig oder sogar gefährlich empfun- wärtig sind vor allem eine Verbesserung der Haltungsbe- denem Einsatz von Tierarzneimitteln kann nicht ignoriert dingungen und der strategisch geplante Einsatz von Anti- werden. Zudem kann der breite und über längere Zeit parasitika probate Wege, um Schäden durch Erkrankung erfolgende Einsatz von Antiparasitika eine Resistenzent- oder verminderte Leistung der Tiere zu verhindern. Auch wicklung begünstigen. Antiparasitäre Vakzinen stellen vor wenn es auf dieser Basis erprobte und geeignete Konzepte diesem Hintergrund eine zukunftsweisende Alternative zur Parasitenkontrolle gibt, stoßen eigentlich notwendige dar. Weltweit gibt es seit Jahrzehnten Bemühungen, sol- Verbesserungen des Betriebsmanagements oftmals auf che Vakzinen zu entwickeln.
Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift 128, Heft 11/12 (2015), Seiten 43–50 Unterdrückung der Zystenbildung ist dabei nicht, den Gesundheitsstatus der Tiere zu verbessern, sondern den Protozoen-Infektionen sind bei Nutztieren weltweit Verbraucher vor Übertragungsrisiken von Toxoplasma- von anhaltend großer Bedeutung und gehören zu den Zysten über Lebensmittel zu schützen (Innes et al., ökonomisch wichtigsten Hemmnissen in der landwirt- 2009; Katzer et al., 2014). Zu einer Maßnahme, die in schaftlichen Tierhaltung, besonders in Ländern der Drit- der Praxis angewendet wird, haben diese berichteten ten Welt und unter tropischen Klimakonditionen. Aber Erfolge nicht geführt, allerdings kann mit dem bereits insbesondere Kokzidien und Kryptosporidien sind auch erwähnten inkompletten Impfstamm S48 (Toxovax®) in Intensivhaltungen in gemäßigten Breiten durchaus die Zystenbildung im Schaf ebenfalls deutlich reduziert bedeutende Störfaktoren, und Erreger wie Toxoplasma werden (Katzer et al., 2014), auch wenn dies nicht die gondii oder Cryptosporidium parvum haben zudem ein eigentliche Indikation für die Anwendung dieses Pro- zoonotisches Potenzial. Zwar kann über Haltungsmaß- nahmen oder eine gezielte Behandlung zumindest eine Da Lebendvakzinen eine Reihe von Nachteilen (z. B. partielle Kontrolle solcher Infektionen erreicht wer- aufwendige Erzeugung, Kühlkette, zoonotisches Poten- den, allerdings sind trotz jahrzehntelanger intensiver zial, Reversion zur Virulenz?) in sich bergen, gibt und gab Bemühungen von Forschergruppen in der ganzen Welt es zahlreiche Ansätze für eine Suche nach Alternativen, erst enttäuschend wenige antiprotozoäre Vakzinen zur die allerdings meist nur in Labornagermodellen unter- Marktreife gelangt und noch weniger haben überdauert. sucht wurden. Grundsätzlich haben sich inaktivierte Erreger als nicht in der Lage erwiesen, eine hinreichende Impfstoffentwicklung gegen zystenbildende Kokzidien
zellvermittelte Protektion zu stimulieren, auch wenn In Ländern mit einer bedeutenden Schafproduktion wie eine humorale Reaktion nachgewiesen werden kann. Neuseeland, Großbritannien, Frankreich oder Irland Andererseits berichteten Da Cunha et al. (2012), dass mit kann die Toxoplasmose als Abortauslöser erhebliche der intranasalen Gabe aufgereinigter Rhoptrienproteine Verluste verursachen, und Ziegen gelten sogar als noch aus T. gondii an Schweine zwar keine deutliche humorale empfindlicher. Da sich die Infektion unter den Bedin- Reaktion, wohl aber die Anzahl von T. gondii-Zysten im gungen insbesondere der extensiven Haltung kleiner Fleisch reduziert werden konnte. Wiederkäuer nicht vermeiden lässt, wird versucht, über Als Bestandteil einer Subunit-Vakzine oder zur Erzeu- einen Lebendimpfstoff (Toxovax®) die Problematik zu gung von DNA-Vakzinen drängen sich oberflächen- kontrollieren. In Deutschland ist die Zulassung für die- assoziierte Proteine (SAG = surface antigen glycoprote- sen Impfstoff seit einigen Jahren erloschen, er kann ins), denen bei der Anheftung an die Wirtszelle und der jedoch gemäß § 11 TierGesG aus einem anderen EU- Invasion eine Rolle zukommt, als interessante Kandi- Land importiert und angewendet werden. Der Impfstoff daten-Antigene auf. Allerdings exprimiert T. gondii zahl- enthält Tachyzoiten des Impfstamms S48, der ursprüng- reiche SAGs, die zudem eine hohe Heterogenität zwi- lich aus einem abortierten Schaffötus stammt, dann schen verschiedenen Entwicklungsstadien des Erregers aber in Mäusen passagiert wurde und in der Folge die aufweisen (Garcia et al., 2014). Damit ist die Suche nach Eigenschaft der Zysten- und Oozystenbildung verloren einem zur Induktion von Protektion geeigneten Antigen hat. Die Tachyzoiten vermehren sich nur über kurze Zeit. oder Antigen-Cocktail alles andere als einfach. Weitere In dieser Phase setzt sich das Immunsystem mit dem funktionell mehr oder weniger charakterisierte Prote- Erreger auseinander. Insbesondere der Aktivierung der ine des Parasiten, die mit dem Apikalkomplex (AMA = zellulären Komponenten (CD4+, CD8+, Interferon) wird apical membrane antigen), den Rhoptrien (ROP1, ROP2) die anschließende Immunität zugeschrieben, die zwar oder den Dichten Granula (GRA1, GRA4, GRA6, GRA7) nicht die Infektion sicher verhindert, wohl aber die dia- assoziiert sind, werden ebenfalls als gute Vakzinekan- plazentare Übertragung (Innes et al., 2009). didaten angesehen. DNA-Vakzinen sind eine interes- Eine moderne Option der Attenuierung von Toxo- sante Möglichkeit, um die Zielantigene nach Applika- plasma (T.) gondii ist die Induktion eines Gendefekts tion im Tier exprimieren zu lassen. Garcia et al. (2014) des Parasiten („knock out-Mutante" für MIC1 und beschrieben in ihrer Übersicht einige entsprechende Ver- MIC3). Insbesondere die intraperitoneale Gabe der suchsansätze. Für die Expression von GRA1 wurde bei- entsprechenden Vakzine erwies sich als Protektions- spielsweise ein attenuierter Mycobacterium bovis-Stamm stimulierend, allerdings konnte die Mutante dennoch in (BCG) als rekombinanter Vektor im Schaf getestet, wobei gewissem Maße Gewebezysten bilden, die aber zumin- zwar eine Immunreaktion feststellbar war, eine Protek- dest für Mäuse nicht infektiös waren (Mevelec et al., tion aber nicht eindeutig nachgewiesen wurde (Supply 2010). Experimentell konnte die Zystenbildung nach et al., 1999). Im Zeitraum von 2009 bis 2013 wurden Infektion mit Wildstämmen von Toxoplasma im Fleisch 109 Publikationen zu Vakzinen gegen T. gondii veröf- durch eine Gabe lebender Tachyzoiten des RH-Stamms, fentlicht, wobei nur in sechs Fällen an veterinärmedizi- der selbst keine Zysten bildet, bei Schweinen redu- nisch relevanten Modellen (Schaf, Schwein) untersucht ziert, aber nicht gänzlich verhindert werden (Dubey et wurde (Garcia et al., 2014). Auch wenn unzweifelhaft al., 1991). Durch Applikation von Tachyzoiten des eher Labornagermodelle gut geeignet sind, um grundsätz- apathogenen, aber Zysten-bildenden ME49-Stammes liche immunologische Fragestellungen zu bearbeiten, konnte bei Schafen die Etablierung von Zysten eines ist doch die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere pathogenen Stammes unterdrückt werden (Falcon und Spezies nicht uneingeschränkt gegeben. Die eher über- Freyre 2009). Die Autoren argumentierten, dass es eines schaubaren Publikationsaktivitäten mit Bezug zu land- „kompletten" Stammes (der also alle Stadien im Tier wirtschaftlichen Nutztieren lassen nicht erwarten, dass durchläuft) bedarf, um die zur Immunisierung benö- in absehbarer Zeit neue Vakzinen gegen T. gondii für tigten Antigene ausreichend bereit zu stellen, sodass Nutztiere verfügbar sein werden. Insgesamt wurde trotz die Immunantwort den Zyklus des Erregers unterbricht wichtiger wissenschaftlicher Erkenntnisse, die sich aus und damit die Zystenreifung verhindert. Das Ziel einer den Bemühungen um eine moderne Vakzine ergaben, Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift 128, Heft 11/12 (2015), Seiten 43–50 infektion auf die Hälfte reduziert. Mazuz et al. (2015) testeten kürzlich eine Vakzine aus lebenden Neospora- Tachyzoiten im Feld und berichteten eine reduzierte Abortrate (16  % gegenüber 26  % bei den Kontrollen), wobei der Anteil seropositiver Nachkommen in bei- den Gruppen gleich war. Auch wenn dieser pragma- tische Ansatz durchaus einen quantifizierbaren Nutzen erbrachte, stellt sich die Frage, ob die Schutzwirkung tatsächlich als befriedigend betrachtet werden kann, zumal die vertikale Übertragung nach experimentellem oder natürlichem Challenge anscheinend nicht verhin- dert werden kann. Andererseits zeigt diese Studie aber auch ein grundsätzliches Problem auf: wenn schon eine Lebendimpfung keinen überzeugenden Schutz induzie- ren kann, wird es umso schwieriger bis unmöglich sein, dies über alternative Impfstrategien zu erreichen.
Impfstoffentwicklung gegen Eimerien
Die Eimeriose (Kokzidiose) ist eine Jungtiererkrankung, ABBILDUNG 1: Oozysten in der Einstreu nach Applikation
die bei verschiedenen Nutztierarten und vor allem bei einer Lebendvakzine (Paracox®) am 5. Lebenstag von Hühnerkü- Geflügel und Wiederkäuern bedeutsam ist. Eimerien ken oder bei Behandlung mit Antikokzidia (nach Williams et al., sind sehr wirtsspezifisch und hinterlassen nach Durch- 1999). Die Impfung sorgt für eine Oozystenausscheidung, die laufen eines Infektionszyklus und bei weiterer natür- eine natürliche Boosterung aus der Umgebung erlaubt. licher Boosterung aus der kontaminierten Umgebung einen stabilen Immunschutz („Infektionsimmunität"), der nicht ausschließlich, aber im Wesentlichen zellulär das Ziel eines neuen im Feld anwendbaren Produkts determiniert ist (Lillehoj et al., 2004). Dass auch die nicht erreicht.
humorale Komponente eine gewisse Bedeutung hat, Neospora caninum ist ein heteroxener Parasit, der T. spiegelt sich in der zumindest partiellen Protektion, die gondii in vielerlei Hinsicht ähnelt und beim Rind zu durch IgY beim Huhn erreicht werden kann (Lee et al., den wichtigsten Abortverursachern weltweit gehört. Es 2008). gibt zahlreiche Studien zur Immunreaktion und Vak- Wirtschaftlich bedeutend ist die Eimeriose insbeson- zinekandidaten v. a. im Mausmodell, zu denen auch dere beim Geflügel. Daher gab es hier schon lange Subunit-Vakzinen und rekombinante Antigene gehö- Bemühungen, eine für die Praxis taugliche Vakzine ren. Bislang ist nur eine einzige Vakzine kommerziali- zu entwickeln. Virulente Lebendimpfstoffe gegen die siert worden (NeoGuard®, Bovilis® NeoGuard), die aus Hühner- und Puteneimeriose werden beispielsweise in inaktivierten Tachyzoiten besteht, aber inzwischen nicht Nordamerika seit Langem und durchaus erfolgreich ein- mehr vermarktet wird (Lightowlers, 2014). Diese Vakzine gesetzt (Sharman et al., 2010). Allerdings haben die stimuliert bei zweimaliger Applikation vor der Belegung entsprechenden Produkte ein pathogenes Potenzial, oder im ersten Trimester der Tragezeit eine humorale sodass ihr Einsatz mit Vorsicht erfolgen muss und unter Immunantwort, weniger die zelluläre Reaktion, und soll Umständen auch die zusätzliche Behandlung mit Anti- das Risiko der Erregerübertragung auf die Frucht min- kokzidia erfordert. Bei der Suche nach weniger viru- dern (Reichel und Ellis 2009). Zur Wirksamkeit der lenten Impfstämmen stieß man auf das Phänomen der Vakzine im Feld gibt es variable und auch widersprüch- hereditären Frühreife. Dies ermöglichte die Selektion liche Befunde. So steigerte die Impfung nach Weston von in ihrer Virulenz abgeschwächten Erregern, die in et al. (2012) das Risiko der vertikalen Übertragung des Produkten aus attenuierten („precocious" = frühreife) Erregers unter natürlichem Infektionsdruck und nur in Impfstämmen verschiedener Eimeria-Arten verwen- einer von fünf Herden wurde die Abortrate tatsächlich det werden (Sharman et al., 2010). Solche attenuierten signifikant vermindert. Zudem vermuteten die Autoren, Lebendimpfstoffe sind in vielen Ländern und auch in dass die Frühabortrate bei den vakzinierten Tieren sogar Deutschland besonders in Zuchtbeständen und in der erhöht gewesen sein könnte. Reichel und Ellis (2009) Legehennenaufzucht im Einsatz (Tab. 1, in Deutsch- merkten kritisch an, dass Neospora-Tachyzoiten zwar gut land: Paracox-8®). Aufgrund der kurzen Haltungsperi- zu kultivieren sind und sich so für Laborstudien beson- oden ist eine Protektion durch Impfung in Mastbestän- ders eignen, aber in der spezifischen Immunantwort den schwieriger, aber auch für diese Situation ist ein eine eher geringe Rolle spielen. So stellt sich die Frage, kommerzieller attenuierter Lebendimpfstoff mit einem ob dieses Stadium, insbesondere wenn es nicht mehr reduzierten Spektrum an Impfstämmen entwickelt wor- lebensfähig ist, eine ideale Komponente einer Vakzine den (Tab. 1, Paracox-5®, Hipracox Broilers®), der ins- sein kann. Vor diesem Hintergrund wurden Lebendvak- besondere für solche Mastbestände interessant ist, die zinen als eine gangbare Option vorgeschlagen (Reichel keine Antikokzidia im Mastfutter verwenden können et al., 2015). Geeignet könnten hierfür vor allem Stämme oder wollen und die eine verlängerte Mast betreiben. sein, die aus klinisch gesunden Tieren isoliert wurden Durch Selektion auf „Frühreife" hergestellte attenuierte und von denen daher angenommen werden kann, dass Lebendvakzinen zeichnen sich dadurch aus, dass sie in sie eine relativ geringe Virulenz haben (Rojo-Montejo et der natürlichen Lokalisation ihren Lebenszyklus vollzie- al., 2013). Nach Vakzination von Jungrindern mit leben- hen, der zu einer patenten Infektion führt. Damit sind den Neospora-Tachyzoiten des Stamms Nc-Spain 1H vor alle Voraussetzungen gegeben, dass sich die Immunab- der Besamung war die Abortrate nach einer Belastungs- wehr auf den Erreger in allen seinen Ausprägungen Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift 128, Heft 11/12 (2015), Seiten 43–50 TABELLE 1: Kommerzielle Vakzinen zum Schutz vor Hühner-Eimeriose
E. tenella, E. acervulina, E. mitis, E. maxima (2 Stämme), E. brunetti, E. necatrix, E. praecox frühreif E. tenella, E. acervulina, E. mitis, E. maxima (2 Stämme) Hipracox Broilers E. acervulina, E. maxima, E. mitis, E. praecox, E. tenella E. tenella, E. acervulina, E. maxima frühreif (nicht in D) E. tenella, E. acervulina, E. maxima, E. necatrix frühreif (nicht in D) E. tenella, E. acervulina, E. maxima, E. necatrix frühreif (nicht in D) E. tenella, E. acervulina, E. maxima in ovo (nicht in D) E. tenella, E. acervulina, E. maxima, E. mivati frühreif (nicht in D) E. tenella, E. acervulina, E. maxima, E. mivati E. necatrix, E. praecox, E. brunetti, E. hagani frühreif (nicht in D) E. tenella, E. acervulina, E. maxima, E. necatrix frühreif (nicht in D) E. tenella, E. acervulina, E. maxima, E. necatrix, E. brunetti frühreif (nicht in D) Gametozyten-Antigen, mater-nale Impfung (nicht in D) und wechselnden Antigenmustern einstellen kann. Die tozyten-Antigen (CoxABic®, Tab. 1, Sharman et al., reduzierte Virulenz erklärt sich daraus, dass „frühreife" 2010), die aber nicht in allen Ländern erhältlich und in Stämme eine verkürzte Phase der asexuellen Vermeh- Deutschland nicht verfügbar ist. Dieser Impfstoff wird rung (Merogonie) in der Darmschleimhaut haben und Hennen intramuskulär appliziert, die anschließend über sich damit weniger stark vermehren als die Wildtypen, eine humorale Komponente (IgY) maternal den Immun- was letztlich weniger Zerstörung von Mukosazellen schutz auf die Nachkommen übertragen. Das soll zu bedeutet. In jedem Fall wird es aber infolge der Vakzina- einer deutlichen Reduktion der Oozystenausscheidung tion zu patenten Infektionen kommen, sodass geimpfte und zudem zu einer Kreuzprotektion gegen andere Tiere Oozysten der Impfstämme ausscheiden (Williams Eimeria-Arten (Eimeria (E). tenella, E. acervulina) führen et al., 1999, Abb. 1), die anschließend einen natürlichen (Sharman et al., 2010). Letzteres ist insofern erstaunlich, Booster für die spezifische Immunabwehr ermöglichen als eine protektive Kreuzimmunität selbst bei natür- (Sharman et al., 2010). Ein gleichzeitig verabreichtes lichen Infektionen eher nicht auftritt. Lee et al. (2008) Antikokzidium würde dies verhindern und wäre also zeigten, dass durch Verfütterung von IgY aus dem Eigelb kontraindiziert. mit E. tenella, E. acervulina und E. maxima immunisierter Ein recht neuer Ansatz für eine Lebendvakzinierung Hühner die E. acervulina-Kokzidiose in ihrem Verlauf ist der Impfstoff Inovocox®, der aber hierzulande nicht abgemildert werden konnte. Dies gelang allerdings in verfügbar ist. Diese Vakzine aus Oozysten von drei Eime- einem experimentellen Modell mit einer geringen Erre- ria-Arten (Tab.  1) wird in das bebrütete Ei injiziert, gerbelastung und auch dort nur partiell, sodass zwar ein sodass ein sehr früher Immunschutz induziert wird. „proof of principle" erfolgte aber daraus keine anwend- Mit einer Impfung wird nicht nur ein Schutz vor bare Bekämpfungsoption entstand. den Schadeffekten einer Infektion mit Wildstämmen Aus der Überlegung, dass ein passiver humoraler von Eimerien erreicht. Es konnte gezeigt werden, dass Schutz gegen Eimerien zumindest in einem gewissen über die frühe Infektion mit attenuierten Impfstämmen Maße möglich ist, resultierte der Versuch, spezifische in Geflügelherden, in denen eine Resistenz oder ver- Antikörperfragmente in Pflanzen exprimieren zu lassen. minderte Sensitivität gegenüber Antikokzidia aufgetre- Würden diese dann als Futtermittel eingesetzt, könnte ten war, diese Feldstämme verdrängt werden konnten über die Fütterung ein passiver Schutz vermittelt werden (Chapman und Jeffers, 2015). Damit steht eine Option (Zimmermann et al., 2009). Auch wenn dies grund- zur Verfügung, um einer Resistenzsituation begegnen zu sätzlich möglich erscheint und solche Antikörperfrag- können oder möglicherweise, wenn ein Wechsel zwi- mente an Sporozoiten teils Spezies-übergreifend ban- schen Antikokzidia und Vakzine frühzeitig geplant und den, war eine Bindung an andere Entwicklungsstadien umgesetzt wird, die Effizienz der Antikokzidia länger zu nicht festzustellen (Khallafalla et al., 2011). Die antigene Unterschiedlichkeit zwischen Eimeria-Arten und inner- Eine Kokzidiose kann auch in Vergesellschaftung mit halb der Arten zwischen verschiedenen Stadien ist ein anderen Erregern eine Erkrankung verursachen, die Problem, dem sich neben dem Grad der grundsätzlich schwerer verläuft als es bei einer Monoinfektion zu erreichbaren Protektion alle Überlegungen zum Immun- erwarten wäre. So prädisponiert die Kokzidiose für eine schutz über definierte Antigene oder spezifische Anti- Nekrotische Enteritis (NE) durch Clostridium perfringens körper stellen müssen. (Alnassan et al., 2014). Es konnte gezeigt werden, dass Bemühungen, eine DNA-Vakzine gegen Eimerien des mit einer Paracox®-Impfung Hühner, letztlich indem der Huhnes herzustellen, sind zahlreich dokumentiert und prädisponierende Faktor ausgeschaltet wurde, effizient insbesondere in den letzten Jahren publiziert worden vor NE geschützt werden konnten (Bangoura et al., (u. a. Geriletu et al., 2011; Übersicht bei Chapman et al., 2013). Allerdings war die erreichte Protektion oftmals Die Suche nach Vakzinen aus definiertem Antigen, im unbefriedigend. Immerhin konnte mit der Modifikation, Idealfall rekombinant exprimiert, hat dagegen bis jetzt gemeinsam mit dem das gewünschte Antigen expri- die Kokzidienbekämpfung nicht überzeugend voran- mierenden Vektor Zytokine oder Zytokin-kodierende gebracht. Einzig für Eimeria maxima des Huhnes gibt Plasmide zu verabreichen, um die zelluläre Immunant- es eine kommerzielle Vakzine aus definiertem Game- wort zu fördern, eine bessere Stimulation der zellu- Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift 128, Heft 11/12 (2015), Seiten 43–50 lären Antwort und auch eine Steigerung der Protektion setzt (z. B. China; Yin et al., 2008). Dagegen gestaltet erreicht werden. Dies hat dann zu Forschungen mit sich die Impfung gegen Th. parva, den Erreger des dem Ziel geführt, Zytokin- und Antigen-Expression in Ostküstenfiebers in Afrika, schwieriger, weil es eine einer DNA-Vakzine zu kombinieren. Auf diesem Weg hohe Variabilität der natürlich vorkommenden Stämme konnte für E. tenella die Oozystenausscheidung und der gibt und diese nicht unbedingt immunologisch kreuz- Läsionenindex um etwa 60 % reduziert werden (Geriletu reagieren. Zwar werden Mischungen von Th. parva- et al., 2011), was sicher noch nicht gänzlich zufrieden- Isolaten („Muguga Cocktail") verwendet (Morrison et stellend, aber doch vielversprechend ist. Auch in diesem al., 2015), die eine breitere Palette an Feldstämmen Kontext ist anzumerken, dass aufgrund der Diversität berücksichtigen, aber die erzielten Ergebnisse sind nicht der Arten und Stadien wahrscheinlich eine Palette an immer überzeugend. Lebendvakzinen aus Th. parva sind Antigenen berücksichtigt werden muss, was die Ent- grundsätzlich virulent, und es kann in der Folge zu wicklung von DNA-Vakzinen für die Praxis erschwert. schweren Erkrankungen kommen. Um dies zu vermei- Song et al. (2015) sind diesen Weg gegangen, indem sie den, wurde empfohlen, Th. parva-Impfung nur unter eine multivalente DNA-Vakzine entwickelten, die sich Oxytetrazyklin-Schutz vorzunehmen, was durchaus auf mehrere Eimeria-Arten erstreckte und gleichzei- erfolgreich praktiziert wird (Kivaria et al., 2007), aber tig für Interleukin-2 kodierte. Die umfangreichen und auch die grundsätzliche Problematik einer virulenten äußerst komplexen Forschungen, die auf dem Gebiet Lebendvakzine betont. Ein wesentliches Problem auf der gentechnisch erzeugten Vakzine-Kandidaten in den der Suche nach Subunit-Vakzinen ist das noch immer letzten Jahren durchgeführt wurden, können in einer lückenhafte Verständnis der Immunmechanismen, die kurzen Übersicht wie dem vorliegenden Artikel bei wei- den Schutz gegen Th. parva vermitteln, wobei die Anti- tem nicht angemessen erläutert werden, aber es gibt, genpräsentation ein entscheidender Faktor sein dürfte wie oben beispielhaft referiert, sehr innovative Ansätze, und auch die Rolle der innaten Immunität noch nicht sich dem Bedürfnis nach einer effizienten, preiswerten, ausreichend geklärt ist. Virale Impfvektoren mögen ein sicheren und leicht anwendbaren Vakzine zu stellen. Weg sein, um die zelluläre Reaktion in geeigneter Weise Es bleibt zu hoffen, dass diese Bemühungen zu einem zu stimulieren, aber diese Ansätze befinden sich noch im marktfähigen Impfstoff führen werden, auch wenn der experimentellen Stadium (Morrison et al., 2015).
Weg noch lang sein dürfte. Babesien kommen bei verschiedenen Tierarten vor Durch Eimeria-Arten ausgelöste Kokzidiosen gibt es und verursachen unter den Nutztieren und besonders auch bei anderen Tierarten wie Puten, Rindern, klei- bei Rindern in vielen Regionen der Welt erhebliche Ver- nen Wiederkäuern oder Kaninchen. Für die Pute wur- luste. Sie induzieren bei Rindern eine sehr starke pro- den Lebendvakzine entwickelt, wobei hier im Grunde tektive Immunität, und dies wird besonders in Herden die Feststellungen für das Huhn in Analogie zutreffen. beobachtet, in denen die Tiere schon früh durch Zecken, Virulente Lebendvakzine sind bei der Pute außerhalb die den Babesien als Endwirte dienen, infiziert werden Europas in Anwendung, kommerzialisierte attenuierte (Bock et al., 2004). In den ersten Lebensmonaten sind Lebendimpfstoffe gibt es aber nach eigener Kenntnis Rinder zwar für den Erreger empfänglich, erkranken derzeit für die Pute nicht (Chapman, 2008) und jeden- aber in der Regel nicht und sind anschließend über ihr falls nicht in der EU. Die Entwicklung attenuierter Impf- Immunsystem, sowohl über innate wie auch adaptive stämme ist für Säugetiere im Prinzip vorstellbar, aber Komponenten, geschützt (Bock et al., 2004; Brown et al., aus verschiedenen Gründen mit kaum bis überhaupt 2006). Es wird geschätzt, dass, wenn 75 % der Jungrinder nicht überwindbaren Schwierigkeiten versehen. Eine erfolgreich geimpft wurden oder sich natürlich infiziert Ausnahme könnte das Kaninchen darstellen, da hier die haben, dies zu einer „endemischen Stabilität" führt, also Generationszeiten des Erregers und des Wirtsorganis- in der Herde keine wesentlichen Probleme durch Babe- mus kurz genug sind, um eine entsprechende Selektion siose entstehen (Florin-Christensen et al., 2014). Kom- auf frühreife Stämme durchführen zu können (Licois merzielle Impfstoffe gegen Babesien sind für das Rind in et al., 1994, 1995). Auch wenn eine gewisse Protek- verschiedenen Ländern erhältlich und vermitteln einen tion durch frühreife Stämme beim Kaninchen berichtet hervorragenden Schutz von 95  % und mehr, wenn sie wurde (Akpo et al., 2012), wird die Wahrscheinlichkeit, richtig gehandhabt werden (Bock et al., 2004). Es handelt dass eine für die Praxis geeignete attenuierte Lebendvak- sich dabei ausschließlich um Lebendvakzinen gegen zine für das Kaninchen zur Marktreife entwickelt wird, Babesia (B.) bovis und/oder B. bigemina, die entweder in als eher gering angesehen, weil die entsprechenden vitro infizierte Erythrozyten oder solche aus splenek- wirtschaftlichen Anreize fehlen (Pakandl, 2009).
tomierten Kälbern darstellen. Für B. divergens wurden virulente Feldisolate in splenektomierten Kälbern oder Gerbils zur Erzeugung eines gut wirksamem Impfstoff In vielen Ländern der wärmeren Klimaregionen dieser passagiert. Als stallspezifische Vakzine wurden in Gerbils Welt spielen Vektor-gebundene Protozoen wie Babe- passagierte B. divergens auch in Deutschland mit Erfolg sien und Theilerien eine bedeutende Rolle als Krank- eingesetzt (Zintl et al. 2003). Allerdings handelt es sich heitserreger (Shkap und Pipano 2000). Gegen Theileria um potenziell virulente Erreger, deren Einsatz eine che- (Th.) annulata, den Erreger der tropischen Theileriose motherapeutische Flankierung erfordern kann (Florin- des Rindes, kann ein Impfstoff aus in vitro vermehrten Christensen et al., 2014). Eine kommerzielle Vakzine Lymphoblastoidzellen oder infizierten Erythrozyten ver- scheint es für B. divergens aktuell nicht mehr zu geben. wendet werden. In beiden Fällen kommt es durch die Insgesamt ist festzustellen, dass Babesia-Vakzinen nur in-vitro-Erregerpassage zu einer Attenuierung, die mit dort eingesetzt werden, wo sie über staatliche Pro- einem geringeren genetischen Polymorphismus einher- gramme gefördert werden (Bock et al., 2004). geht (Shkap und Pipano, 2000; Morrison et al., 2015). Über die Erregerpassage in vitro oder im Tier werden Solche Impfstoffe wurden in Ländern mit Endemiere- nicht nur die mit Babesien infizierten Erythrozyten für gionen kommerzialisiert und mit gutem Erfolg einge- die erforderlichen Impfdosen bereit gestellt, sondern Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift 128, Heft 11/12 (2015), Seiten 43–50 es wird auch eine Attenuierung der Babesien erreicht, von insgesamt 17 in die Studien inkludierten Kälber von der man aber bis heute nicht genau weiß, auf wel- Lungenwurmlarven aus (Bain und Urquhart, 1988; chen Mechanismen und genetischen Grundlagen sie Düwel, 1963; Strube et al., 2015). Im Vergleich zu den beruht. Empfohlen wird allgemein, Kälber bis zu einem mit derselben Belastungsdosis infizierten Kontrolltie- Alter von zehn Monaten zu impfen, während man bei ren wurde eine Reduktion der Larvenausscheidung von der Impfung adulter Rinder aufgrund ihrer höheren 94 % und eine Reduktion der Wurmbürde von 93–97 % Empfindlichkeit mit Erkrankungsfällen nach Gabe der verzeichnet (Bain und Urquhart, 1988; Strube et al., Lebendvakzine rechnen muss. Eine natürliche Booste- 2015). In einer Studie von Johnson et al. (2003) hingegen rung ist anschließend von Vorteil, sodass in geimpften gelang bei den sechs geimpften Rindern eine vollstän- Herden keine vollständige Kontrolle des Befalls mit dige Unterbindung der Larvenausscheidung bzw. der Zecken, die als natürliche Vektoren dienen, nötig ist. Etablierung adulter Lungenwürmer nach experimen- Es gab und gibt zahlreiche Versuche, über definierte teller Belastungsinfektion. Allerdings schied eines der Antigene in variabler Ausprägung einschließlich trans- geimpften Tiere eine geringe Menge an Larven nach fizierter pro- oder eukaryotischer Vektoren Protektion der ersten Impfdosis aus. Insgesamt kann gesagt wer- in einem Maß zu induzieren, das für einen Einsatz den, dass die Ausbildung einer patenten Infektion nach unter den Bedingungen natürlichen Infektionsdrucks Belastungsinfektion ein durchaus übliches Ereignis ist zureichend ist. Leider verlief die Suche nach protektiven und auch unter Feldbedingungen zu beobachten ist. So Antigenen und rekombinanten Vakzinen bislang wenig schieden in Feldstudien 43–88  % der geimpften Tiere erfolgreich. Dies wird unter anderem auf die noch nicht Larven aus (Eisenegger und Eckert, 1975; Menear und ausreichend verstandene Immunprotektion und beson- Swarbrick, 1968; Schnieder et al., 1992). Diese Ausschei- ders die innate Komponente der Abwehrreaktion, die dung trägt zur natürlichen Boosterung der geimpften auch für die Auswahl geeigneter Adjuvantien eine Rolle Tiere bei, kann jedoch für ungeimpfte (z. B. zugekaufte) spielt, zurückgeführt (Brown et al., 2006). Tiere eine Gefährdung darstellen (Düwel, 1963; Peacock und Poynter, 1980). Wenn auch die Impfung keine ste- Impfstoffe gegen Tritrichomonas foetus
rile Immunität vermittelt, so schützt sie doch durchaus Gegen die Trichomonadeninfektion des Rindes wurde zuverlässig vor klinisch manifesten Erkrankungen: Pea- ein Impfstoff entwickelt, der den Erreger in inaktivierter cock und Poynter (1980) berichteten, dass nur bei 0,13 % Form enthält (TrichGuard®, TrichGuard V5L®). Allerdings der geimpften Herden klinische Dictyocauloseausbrüche konnte eine Meta-Analyse zum Einsatz dieser Vakzine zu verzeichnen waren. Die Autoren ergänzten aber auch, keine hinreichende Evidenz aus der Literatur zum Nut- dass wahrscheinlich mit einer höheren Dunkelziffer zu zen der Anwendung zeigen (Baltzell et al., 2013). In rechnen sei, da milde Verlaufsformen möglicherweise Deutschland gilt diese Erkrankung als getilgt, insofern nicht gemeldet wurden. Düwel (1963) sieht als zugrunde wird auch kein Bedarf zur Anwendung einer Vakzine liegende Ursache Belastungen durch andere Erreger. Sei eine solche zusätzliche Belastung nicht gegeben, blieben auch klinische Lungenwurmerkrankungen geimpfter Impfstoffe gegen Helminthen
Obwohl insgesamt gut wirksam, besteht gegenüber der Lungenwurmvakzine eine gewisse Zurückhaltung, Kommerziell verfügbare Impfstoffe gegen Helminthen
da für die Herstellung experimentell infizierte Rinder Neben den Protozoen ist das Augenmerk der Impf- benötigt werden. Neben diesen ethischen Aspekten stoffentwicklung gegen Parasiten auf die Helminthen ist der Herstellungsprozess aufwendig und mit hohen gerichtet. Tatsächlich gelang es bereits in den 50er Jahren Kosten verbunden. Anschließend ist eine kühle Lage- des letzten Jahrhunderts, einen Lebendimpfstoff gegen rung notwendig, um das Überleben der Impflarven zu den Rinderlungenwurm Dictyocaulus (D.) viviparus zu gewährleisten – entsprechend ist der Lebendimpfstoff entwickeln. Für diesen Nematoden konnten Jarrett et al. auch nur wenige Monate haltbar. Selbst nach der Appli- (1955) mittels passiver Immunisierungsversuche zeigen, kation muss noch Sorge für die Impfwirkung getra- dass die protektive Wirkung maßgeblich über Antikör- gen werden: So dürfen Anthelminthika frühestens zwei per vermittelt wird. Der Lebendimpfstoff, der unter Wochen nach erfolgter Grundimmunisierung verabreicht dem Namen Bovilis® Lungworm bzw. Bovilis® Dictol werden. Neben den genannten Faktoren, die bei Nicht- oder Huskvac® in einigen europäischen Ländern, nicht beachtung den Tod der Larven und damit ein Impfversa- jedoch in Deutschland, kommerziell erhältlich ist, ent- gen zur Folge haben, ist zu bedenken, dass eine Lebend- hält röntgenattenuierte infektiöse Lungenwurmlarven. vakzine auch nicht sterilisierbar ist. Entsprechend kann Diese induzieren eine Immunität, die in der Regel, wie nicht sicher ausgeschlossen werden, dass mit der Vakzine auch die natürliche erworbene Immunität, für sechs bis auch andere Pathogene übertragen werden. zwölf Monate vor einer klinischen Dictyocaulose schützt. Seit kurzer Zeit ist eine weitere Vakzine gegen einen Daher sind nach der Grundimmunisierung (perorale parasitischen Nematoden kommerziell in Australien Applikation von jeweils ca. 1000 Larven im Anstand von erhältlich, nämlich Barbervax gegen den roten Magen- vier Wochen) zumindest jährliche natürliche Boosterin- wurm Haemonchus contortus (engl.: Barber´s pole worm). fektionen oder Auffrischungsimpfungen notwendig, um Dieser Parasit ist ein Blutsauger, der im Labmagen von Jungtiere wie auch Milchkühe effektiv zu schützen. Schaf und Ziege parasitiert und hohe Verluste insbeson- Nach Anwendung des Bovilis® Dictol-Impfstoffs nach dere bei Lämmern verursachen kann. Die Vakzine wurde Herstellerangaben (zweimalige Impfung mindestens im Oktober 2014 zugelassen und innerhalb von zehn zwei Monate alter Kälber im Abstand von vier Wochen, Tagen waren alle der 300 000 bereitgestellten Impfdosen anschließend mindestens zwei Wochen Stallhaltung verkauft (mündliche Mitteilung von David Smith, More- zum Aufbau der Immunität) und nachfolgender expe- dun Research Institute, Edinburgh, UK). Es handelt sich rimenteller Belastungsinfektion schieden 13 (76,5  %) um einen Totimpfstoff, der native H. contortus-Antigene Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift 128, Heft 11/12 (2015), Seiten 43–50 mit einem Saponin-basierten Adjuvans (Quil  A) ent- aber es dürften nur Würmer von australischen bzw. hält. Diese nativen Antigene, der H-gal-GP-Komplex, neuseeländischen Schafen zur Antigenproduktion ver- sind integrale Membranglykoproteine, die im Darm des wendet werden. Ob es auf diesem Weg jedoch realistisch Wurmes lokalisiert sind und von Würmern geschlach- wäre, eine bedarfsdeckende Menge an Impfstoff zur teter Schafen mittels Lektin-Affinitätschromatografie Verfügung zu stellen, ist fraglich.
gewonnen werden (Bassetto et al., 2014; Smith et al., Neben den oben genannten Aspekten ist auch das 1999). Somit zählen sie zu den hidden antigens, also intensive Barbervax-Impfschema, das fünf subkutane Antigenen, mit denen das Immunsystem des Wirtes Injektionen pro Weidesaison vorsieht, mit einem hohen normalerweise nicht in Kontakt kommt und daher auch Arbeitsaufwand verbunden und nicht immer in beste- keine Antikörper gegen sie ausbildet. Das bedeutet einer- hende Routinemaßnahmen zu integrieren. Ferner wird seits, dass es zwar keinen Boostereffekt durch natürliche ein koproskopisches Monitoring der Lämmer in der Infektionen gibt, andererseits aber unterlagen die hidden Woche vor der zweiten Vakzinierung empfohlen, da ins- antigens keinem evolutionären Selektionsdruck durch besondere bei einem feuchten Frühjahr zeitgleich mit der das Immunsystem des Wirtes. Entsprechend sind keine zweiten Impfung auch eine anthelminthische Behand- spezifischen Immunevasionsmechanismen ausgebildet, lung gegen H. contortus notwendig sein kann. Fasst man die eine Erkennung durch das Immunsystem des Wirtes sämtliche kritischen Aspekte zusammen, so ist anzu- verhindern würden – hidden antigens können daher die nehmen, dass eine gewinnbringende Vermarktung von Achillesferse eines Parasiten sein (Munn, 1997). Barbervax vorrangig in solchen Ländern gelingen kann, Die Schutzwirkung von Barbervax beruht auf einer um die wie Australien mit einer erheblichen Anthelminthika- durchschnittlich 80  % reduzierten Ausscheidung von Resistenzproblematik zu kämpfen haben. H. contortus-Eiern durch die geimpften Lämmer (http:// barbervax.com.au/about). Somit wird die Kontamination der Weide und folglich der Infektionsdruck stark redu- Impfstoffentwicklung gegen
ziert. Die Effizienz einer Vakzine muss also nicht zwangs- läufig 100 % betragen, sondern nach Modellrechnungen von Barnes et al. (1995) ist ein wirtschaftlicher Impfer- Die Impfstoffentwicklung gegen parasitäre Nemato- folg gegen gastrointestinale Helminthen bei Schafen den ist insbesondere bei Wiederkäuern von prioritärer bereits dann gegeben, wenn eine Vakzine, die eine mit Bedeutung, da in manchen Ländern wie Australien und der natürlichen Immunität vergleichbare Immunantwort Neuseeland die Resistenzsituation bei gastrointestinalen hervorruft, mit 60%iger Effizienz 80  % der Tiere einer Schafnematoden als dramatisch zu bezeichnen ist. Aber Herde schützt. Im Falle einer hidden antigen-Vakzine auch in Europa wurden Anthelminthikaresistenzen wie Barbervax hingegen muss die Effizienz höher sein, gegen die verbreitet eingesetzten Benzimidazole, um einen substanziellen Effekt zu erreichen – dem Levamisol oder makrozyklischen Laktone wiederholt Modell nach ist hier eine 80%ige Effizienz bei 80 % der beschrieben, ebenso wurde bereits über Multiresistenzen Tiere einer Herde notwendig. Das Ziel einer Impfung gegen genannte Wirkstoffe bzw. Wirkstoffgruppen gegen parasitische Helminthen ist aber ohnehin nicht berichtet (Geurden et al., 2014; Papadopoulos et al., unbedingt eine vollständige Unterbindung der Eiaus- 2012). Besorgniserregend ist zudem, dass selbst gegen scheidung und Eliminierung der Wurmbürde, sondern Monepantel, einem erst vor wenigen Jahren entdeckten die Induktion einer belastbaren Immunität, die durch Wirkstoff aus der neuen Klasse der Amino-Acetonitril- weitere natürliche Boosterung aufrecht erhalten wird, derivate, bereits drei Jahre nach der Markteinführung um somit die wirtschaftlichen Verluste zu minimieren. erste Resistenzen in niederländischen Schafherden zu Durch den Charakter eines Totimpfoffs ist Barbervax verzeichnen sind (van den Brom et al., 2015). Aber auch länger haltbar (bis 2,5 Jahre) als der oben erwähnte Lun- das veränderte Verbraucherbewusstsein verlangt nach genwurm-Lebendimpfstoff und die Herstellung wirft der Entwicklung von Impfstoffen, fordert es doch den auch keine ethischen Bedenken auf. Sie ist jedoch von Verzicht auf Chemotherapeutika. Diese Forderung ist der Verfügbarkeit von Schlachtschafen mit H. contortus- in Betrieben, die nach den Richtlinien der biologischen Befall abhängig. Zudem können die einzelnen Char- Landwirtschaft produzieren, bereits insofern umgesetzt, gen der aus den Würmern isolierten Antigene variieren, als der Einsatz von Anthelminthika aus anderen als zumal es sich hierbei um ein Proteingemisch han- Tierschutzgründen verboten ist. Bei den Bemühungen delt. Was die potenzielle Übertragung von Pathogenen zur Impfstoffentwicklung wird vorrangig eine rekom- angeht, so soll der eingesetzte Puffer, der 1  % Triton binante Vakzine angestrebt. Diese wäre kostengünstig zu X-100 enthält, das Border Disease-, Parainfluenza 3- produzieren und zudem unabhängig von Ausscheider- und Orf-Virus inaktivieren (persönliche Mitteilung von oder Schlachttieren als Materiallieferanten und damit David Smith, Moredun Research Institute, Edinburgh, seuchenhygienisch unbedenklich. Unter Berücksichti- UK). Dennoch kann nicht mit Sicherheit ausgeschlos- gung genannter Punkte ist davon auszugehen, dass sich sen werden, dass keinerlei andere Pathogene übertra- derzeit nur ein rekombinanter Impfstoff global auf dem gen werden können. So zeigten Peretz et al. (2006), Markt behaupten könnte. dass Triton X-100 zumindest bei niedrigen pH-Werten Leider zeigen die Erfahrungen, dass ein protektives nicht in der Lage ist, Prionproteine zu inaktivieren. Da natives Antigen längst noch keinen vielversprechenden jedoch Scrapie in Australien, wo die Vakzine bislang rekombinanten Vakzinekandidaten darstellt. Während alleinig zugelassen ist, nicht vorkommt und die Vakzine die Proteine des H-gal-GP-Komplexes von H. contor- ausschließlich aus „australischen" Würmern hergestellt tus in nativer Form als Barbervax-Impfstoff auf dem wird, scheint diese potenzielle Transmissionsmöglichkeit Markt sind, konnte mit einem Cocktail aus verschie- gegenwärtig nicht gegeben zu sein. Bei einer Auswei- denen rekombinanten Proteinen dieses Komplexes tung der Zulassung auf andere Länder muss dieser keine Protektion erreicht werden (Cachat et al., 2010). Punkt jedoch aufgegriffen und geklärt werden – oder Auch das rekombinant im Nematoden Caenorhabditis Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift 128, Heft 11/12 (2015), Seiten 43–50 (C.) elegans exprimierte integrale Membranglykoprotein Neben den Anstrengungen zur Subunit-Vakzine- H11 führte weder zu einer verminderten Wurmbürde entwicklung gegen gastrointestinale Nematoden des noch zu einer verminderten Eiausscheidung (Roberts Rindes wurden auch Versuche unternommen, einen sol- et al., 2013), während es sich in nativer Form als pro- chen Impfstoff gegen D. viviparus zu entwickeln (Über- tektives Antigen erwies (Tab. 2; Übersicht bei Bassetto sicht: Tab. 2). Basierend auf den Ergebnissen von McKe- und Amarante, 2015). Als mögliche Ursachen vermuten and et al. (1995), die nach Immunisierung des Modell- die Autoren Unterschiede in der Konformation oder wirts „Meerschweinchen" mit Acetylcholinesterase im Glykosylierungsmuster zwischen dem nativen und (AChE)-angereichertem exkretorisch-sekretorischen dem rekombinanten Antigen. Tatsächlich gibt es bei (ES)-Produkt adulter Lungenwürmer und anschlie- den zur Glykosylierung verwendeten Zuckermolekülen ßender Belastungsinfektion eine signifikante Reduktion Unterschiede zwischen den parasitischen Nemato- der Wurmbürde erreicht hatten, testeten Matthews et den und dem Modellorganismus C. elegans (mündliche al. (2001) rekombinant exprimierte AChE als Impfan- Mitteilung von Cornelis [Ron] Hokke, Leiden Univer- tigen. Dieser erste Versuch einer rekombinanten Vak- sity Medical Centre, Leiden, Niederlande). Durchaus zinierung gegen den Rinderlungenwurm resultierte erfolgreiche Pilotstudien hingegen kann eine spanische jedoch weder in einer Reduktion der Larvenausschei- Arbeitsgruppe mit dem nativem wie auch rekombinant dung noch der Wurmbürde. Dahingegen konnte von exprimiertem somatischen Antigen Hc23 sowie einer Holtum (2006) nach Quil A-adjuvantierter Impfung mit rekombinant exprimierten katalytischen Region der rekombinantem Major Sperm Protein (MSP), das für die Serin/Threonin-Phosphatase 2A (PP2Ar) von Angio- Reproduktion des Nematoden essenziell ist und zudem strongylus costaricensis, die intranasal appliziert wurde, ein immundominantes Protein adulter Lungenwürmer vorweisen: Die Impfung mit Hc23 gegen H. contortus darstellt (Schnieder, 1992), eine 25%ige Reduktion der resultierte in einer Reduktion der Wurmbürde als auch Larvenausscheidung erreichen, die Wurmbürde blieb der Eiausscheidung von bis zu 86 % (Fawzi et al., 2015; jedoch unbeeinflusst. Deutlich erfolgreicher waren zwei Fawzi et al., 2014), mit dem heterologen PP2Ar wurde Immunisierungsstudien mit rekombinant in Escherichia eine 78%ige bzw. 69%ige Reduktion der abomasalen H. contortus- bzw. Teladorsagia circumcincta-Bürde ver- TABELLE 2: Erzielte Protektion bei Immunisierungsversuchen gegen Nematoden
zeichnet (Fawzi et al., 2013). Detail- der Wiederkäuer lierte sowie weitere Ergebnisse von Impfantigen
Reduktion der Ei- bzw. Reduktion der
Impfstudien gegen H. contortus und T. circumcincta sowie gegen die gastroin- testinalen Rinderparasiten Ostertagia Übersicht bei Bassetto 71 %–nahezu 100 % ostertagi und Cooperia oncophora sind und Amarante (2015) in Tabelle 2 dargestellt. Ob die gegen H11, rekombinant Roberts et al. (2013) den letztgenannten Parasiten so viel- Fawzi et al. (2014) versprechenden Impfversuche mit Hc23, rekombinant Fawzi et al. (2015) nativem activation-associated secre- Cachat et al. (2010) ted protein (ASP), die nach experi- cocktail, rekombinant menteller Belastungsinfektion eine RPP2Ar von A. costaricensis, signifikante Reduktion Fawzi et al. (2013) 91%ige Reduktion der Eiausschei- dung und eine 41%ige Reduktion der Wurmbürde und im anschließenden RPP2Ar von A. costaricensis, signifikante Reduktion Fawzi et al. (2013) Feldversuch eine 59%ige Reduktion rekombinant der Eiausscheidung und eine 82%ige Proteincocktail, rekombinant 70 %/58 % Nisbet et al. (2013) Reduktion der Wurmbürde ergaben Ostertagia ostertagi
(Vlaminck et al., 2015), auch mit API, nativ de Maere et al. (2005) rekombinantem ASP reproduzierbar API, rekombinant de Maere et al. (2005) sind, werden zukünftige Immunisie- Vercauteren et al. rungsversuche zeigen müssen. Die OPA, nativ hierfür notwendigen Ressourcen sind Vercauteren et al. durch die Bewilligung des EU-Hori- zon2020-Projektes „PARAGONE – Meyvis et al. ( 2007) vaccines for animal parasites" ASP-1, rekombinant Geldhof et al. (2008) (Grant Agreement-Nummer H2020- Vercauteren et al. HSP18, rekombinant SFS-2014-2-635408) bereitgestellt. Dieses Projekt führt in Teilen das Cooperia oncophora
EU-FP7-Projekt „PARAVAC- Vaccines Vlaminck et al. (2015) against helminth infections" (Grant Dictyocaulus viviparus
AChE, rekombinant Matthews et al. (2001) 265862) fort. Das PARAGONE-Pro- jekt, das eine Laufzeit von vier Jah- von Holtum (2006) ren hat und erst kürzlich (April 2015) PMY, rekombinant 23 %–71 %, in einem Versuch auch fehlende Strube et al. (2015) begonnen wurde, inkludiert neben C. oncophora noch O. ostertagi, T. cir- bis zu 53 %, jedoch bis zu 64 %, jedoch unveröffentlicht cumcincta und H. contortus als weitere sine und Legumaine) teilweise auch keine teilweise auch keine Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift 128, Heft 11/12 (2015), Seiten 43–50 coli exprimiertem, Quil  A-adjuvantierten D. viviparus- Immunität zumindest beim Schaf nicht beobachtet wird Paramyosin (PMY). Hierbei senkte dieses Impfantigen und beim Rind auf die Fähigkeit, die parasitenbedingte im Vergleich zur Kontrollgruppe die Larvenausschei- Leberschädigung durch Fibrosierung zu begrenzen bzw. dung im geometrischen Mittel um 67  % und 71  %, zu reparieren und die adulten Egel mittels Kalzifizierung die entsprechende Wurmbürde war um 86 % und 68 % der Gallengänge zu eliminieren, zurückgeführt wird reduziert (Strube et al., 2015). In Folgestudien im Rah- (Dalton et al., 2013). Bezüglich der Vakzineentwicklung men des EU-FP7-Projektes PARAVAC, in denen PMY wurde in jüngerer Zeit wie auch bei den Nematoden rekombinant in der Hefe Pichia pastoris statt in E. coli auf einzelne Antigene fokussiert, also auf die Entwick- produziert bzw. das Adjuvans Quil A gegen Matrix-QTM lung einer Subunitvakzine hingearbeitet. Einige der ausgetauscht wurde, konnte jedoch nicht an die Protek- Vakzinekandidaten sind dabei von den Bemühungen, tionswirkung der initialen Versuche angeknüpft werden. einen Impfstoff gegen humane Schistosoma-Infektionen Je nach PMY-Adjuvans-Kombination wurde eine um zu entwickeln, abgeleitet. Teilweise wurden sogar mit maximal 44 % reduzierte Larvenausscheidung und eine den jeweiligen Schistosoma spp.-Antigenen gegen den um maximal 36  % reduzierte Wurmbürde verzeichnet großen Leberegel geimpft (Tendler et al., 1995; Tendler (Joekel, 2015). Neben PMY wurde im PARAVAC-Pro- et al., 1996; Almeida et al., 2003). Im Fokus der F. hepa- jekt auch das protektive Potenzial sechs verschiedener tica-Impftstoffentwicklung stehen dabei Proteasen wie rekombinanter Cysteinproteasen (Cathepsin L, Cathep- Mitglieder der Cathepsinfamilie (z. B. Cathepsin L1 oder sine B1, B2, B3 sowie Legumain 1 und 2) des bovinen L2 sowie Cathepsin B2) oder die Leucin-Aminopep- Lungenwurms evaluiert. Wenn auch bei der singulären tidase (LAP), des Weiteren Fatty acid binding proteins Applikation der einzelnen rekombinanten Impfproteine (FABP), Hämoglobin, Paramyosin, Peroxiredoxin oder die Larvenausscheidung um bis zu 46 % (Legumain 2) die Glutathion-S-Transferase (GST). Betrachtet man die und die Wurmbürde um bis zu 64 % (Cathepsin B3) ver- von Toet et al. (2014) zusammengetragenen Ergebnisse ringert war, ergab keine der evaluierten Cysteinproteasen nach Impfung von Wiederkäuern mit den genannten eine deutliche Reduktion beider Parameter. Lediglich die Antigenen in nativer wie auch rekombinanter Form, fällt Kombinationsimpfung mit den vier Cathepsinen resul- die recht geringe Zahl erfolgreicher Studien auf. Lässt tierte mit einer um 53  % geringeren Larvenausschei- man Orientierungsversuche mit nur drei bis vier Tieren dung und 48 % geringeren Wurmbürde in einer augen- unberücksichtigt, erscheint Cathepsin L als vielverspre- fälligen Reduktion beider Parameter (unveröffentlichte chendster rekombinanter Vakzinekandidat. So erzielte Ergebnisse). Die Ergebnisse rekombinanter Vakzinever- rekombinantes Cathepsin L1 in einer Studie von Golden suche gegen D. viviparus sind teilweise also durchaus et al. (2010), in der geimpfte Rinder einer Leberegel- ermutigend, bedürfen aber noch weiterer Forschung und kontaminierten Weide exponiert wurden, immerhin eine Investitionen, bevor die Perspektive eines Impfstoffes auf Reduktion der Egelbürde von 48 %. Die Kombination aus dieser Basis seriös abgeschätzt werden kann. rekombinanten Cathepsin L5 mit Cathepsin B erreichte sogar 83 % Protektion, jedoch wurde dieser Erfolg nicht Impfstoffentwicklung gegen
unter Verwendung von Wiederkäuern, sondern im Rat- tenmodell erzielt (Jayaraj et al., 2009). Ebenfalls viel- versprechend erscheinen Immunisierungsversuche von kleinen Wiederkäuern mit Cathepsin L-Mimotopen, also Der bedeutsamste Trematode bei landwirtschaftlichen Peptiden, die natürliche Epitope eines Antigens imitie- Nutztieren in Europa ist zweifelsfrei der große Leberegel ren. Die diesbezüglich von mexikanischen Wissenschaft- Fasciola (F.) hepatica. Da in verschiedenen europäischen lern durchgeführten Studien resultierten in einer signi- Ländern bereits Resistenzen des Parasiten gegen Tricla- fikanten Schutzwirkung von 46–79  % (Villa-Mancera bendazol vorliegen (zusammengefasst von Fairweather, und Mendez-Mendoza, 2012; Villa-Mancera et al., 2008; 2005, 2009) und aus Spanien von Albendazol- und Clor- Villa-Mancera et al., 2014). Letztlich konnte es bislang sulonresistenzen berichtet wurde (Alvarez-Sanchez et aber nicht gelingen, die für eine kommerzielle Vakzine al., 2006; Martinez-Valladares et al., 2014), besteht wie notwendigen 80  % Protektion im Wirt „Wiederkäuer" bei den Nematoden ein dringlicher Forschungsbedarf, zu erreichen. Dalton et al. (2013) sahen den Grund dafür um alternative Bekämpfungsstrategien wie beispiels- in der immunmodulatorischen Fähigkeit des Parasiten, weise Impfstoffe zu entwickeln. den schützenden Arm der Immunantwort des Wirtes zu Bereits 30–45 Exemplare von F. hepatica können bei unterdrücken, indem die Th2-Antwort vorangetrieben, Rindern und Schafen zu merklichen Produktionseinbu- die Th1-Antwort jedoch inhibiert wird. Könnte man also ßen führen (Dargie, 1987). Legt man den Schwellenwert durch eine Impfung, die immunmodulierende Moleküle bei 40 Egeln an, so würde von einer Vakzine bei einer nur von F. hepatica enthält, verhindern, dass der Parasit eine niedrigen Wurmbürde von 80 Egeln eine Effizienz von Th2-Antwort induzieren kann, könnte die immunevaso- 50 % verlangt, um wirtschaftliche Verluste zu vermeiden. rische Fähigkeit von F. hepatica nicht mehr zum Tragen Bei einer hohen Infektionsintensität von etwa 200 Egeln kommen (Dalton et al., 2013). Es bleibt abzuwarten, wäre hingegen eine Effizienz von 80 % erforderlich, um ob diese Vakzinierungsstrategie – insbesondere auch in einen Impfstoff erfolgreich am Markt zu platzieren (Toet Kombination mit anderen Antigenen wie beispielsweise et al., 2014). Bei verschiedenen Impfstudien an Scha- Cathepsin L einen erfolgreichen Anfang finden kann. fen und Rindern mit röntgenattenuierten Metazerkarien ergab sich - neben erfolglosen Versuchen – je nach Impfschema und Dauer bis zur Belastungsinfektion eine Impfstoffentwicklung gegen Cestoden
Verminderung der Egelbürde um 30–71 % (zusammen- gefasst von Haroun und Hillyer, 1986). Daher erschien es Äußerst erfolgreich war die Entwicklung rekombinanter realistisch, einen Impfstoff gegen F. hepatica entwickeln Impfstoffe gegen Cestoden, zumindest solcher gegen zu können, obwohl die Ausbildung einer natürlichen die Bandwurmfinnen (sog. Metacestoden) im Zwi- Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift 128, Heft 11/12 (2015), Seiten 43–50 schenwirt „Nutztier". Hier machte man sich ähnlich Namen TickGARD® in Australien (Willadsen et al., 1995) wie beim Lungenwurmimpfstoff die Ausbildung einer bzw. Gavac® in Lateinamerika (Canales et al., 1997) auf protektiven Immunität nach natürlicher Infektion zu den Markt gebracht. Letztere ist auch heute noch ver- Nutze. Bereits in den 30er Jahren des letzten Jahrhun- fügbar, findet aber wegen der hohen Zahl an überleben- derts wurde die Immunität des Zwischenwirts „Ratte" den Zecken insgesamt nur begrenzte Akzeptanz. gegen eine Re- bzw. Superinfektion mit Taenia (T.) Bedeutender für Nutztierärzte in Mitteleuropa sind taeniaeformis beschrieben (Miller, 1931), kurz darauf die – teilweise zwischenzeitlich leider wieder eingestell- wurde der protektive Effekt vom Immunserum erkannt ten – Bemühungen hinsichtlich einer Impfstoffentwick- (Miller und Gardiner, 1932). Dieser richtet sich gegen die lung gegen Räudemilben (Psoroptes spp. und Sarcoptes Onkosphäre bzw. den sehr frühen Metacestoden, da scabiei), die rote Vogelmilbe (Dermanyssus [D.] gallinae) sämtliche als protektiv identifizierten Antigene aus- sowie gegen Dasselfliegen (Hypoderma spp.) und Myia- schließlich in diesen Stadien exprimiert werden siserreger (Lucilia spp.). Als aussichtsreichster Kandidat (Lightowlers et al., 2003). So entdeckten 40 Jahre nach erscheint derzeit D. gallinae, da verschiedene Gruppen der Beschreibung durch Miller (1931) australische Wis- an Immunisierungsstrategien arbeiten und zudem das senschaftler bei Versuchen mit T. ovis, dass ES-Produkte Transkriptom bzw. Sekretom und Transmembranom des der Onkosphäre die Immunität vermitteln (Rickard und Parasiten verfügbar ist (Schicht et al., 2013; Schicht et Bell, 1971a; Rickard und Bell, 1971b). Knapp 20 Jahre al., 2014). Bisherige Vakzineversuche an Legehennen später wurde ein Meilenstein in der parasitologischen mit nativen, löslichen D. gallinae-Proteinen resultierten Forschung erreicht: die erste protektive rekombinante in einer Milbenmortalität von 51  % (Harrington et al., Vakzine gegen einen Parasiten wurde vorgestellt – die 2009a). Der Einsatz von heterologen rekombinanten in E. coli exprimierte sogenannte „45W"-Vakzine gegen Proteinen, nämlich Bm86 der Zecke Rh. microplus sowie T. ovis (Johnson et al., 1989). Hierauf folgte die Entwick- Subolesin der Mücke Aedes (A.) albopictus, führte zu lung rekombinanter Impfstoffe gegen weitere Arten der einer um 23  % bzw. 35  % erhöhten Mortalität bei Gattung Taenia, nämlich gegen T. saginata in Rindern, T. D. gallinae-Milben, die in in-vitro-Versuchen mit dem solium in Schweinen und T. multiceps in Schafen. Aber Blut immunisierter Hühner gefüttert worden waren auch gegen Echinococcus granulosus als einem weiteren (Harrington et al., 2009b). Im Gegensatz zur durch Vertreter der Familie der Taeniidae wurden hoch effektive A. albopictus-Subolesin induzierten Mortalitätserhöhung Vakzinen für den Zwischenwirt „Schaf" oder „Rind" war die durch Rh. microplus-Bm86 statistisch nicht signi- entwickelt. Mit Ausnahme des rekombinanten Antigens fikant. Dieses Ergebnis ist insofern nicht verwunderlich, Tm16 der T. multiceps, mit dem nur eine Protektion als die Analyse des Transkriptoms bzw. Transmemb- von 74  % erreicht werden konnte (Gauci et al., 2008), ranoms keine Hinweise auf ein Bm86-Homolog bei erzielte zumindest jeweils ein rekombinantes Impfan- D. gallinae ergab (Schicht et al., 2013; Schicht et al., 2014). tigen der anderen genannten Taeniiden eine Protektion Versuche mit rekombinant exprimierten Proteinen von von 99–100 % (Flisser et al., 2004; Harrison et al., 1996; D. gallinae selbst ergaben jedoch keine besseren Ergeb- Lightowlers et al., 1996a; Lightowlers et al., 1996b). Die nisse. Entsprechende Fütterungsversuche nach Impfung protektive Wirkung, die nach der zweiten Immunisie- von Hühnern mit rekombinantem Histamine release rung einsetzt, beträgt bei T. ovis nach sechs Monaten factor-Protein sowie Cathepsin L resultierten in 7–8  % noch knapp 80 % (Harrison et al., 1999), bei E. granulosus erhöhten Mortalitätsraten (Bartley et al., 2012; Bartley nach beinahe einem Jahr noch knapp 100 % (Heath et et al., 2009), für Cathepsin D als Vakzinekandidat ergab sich immerhin eine 19–23%ige Steigerung der Milben- Leider ist bislang noch keine Cestodenvakzine kom- mortalität (Bartley et al., 2012). Es ist zu hoffen, dass im merziell erhältlich. Ähnlich wie der T. ovis-45W-Vakzine, Zuge der COST-Aktion "COREMI – Improving current die aus wirtschaftlichen und politischen Gründen nie understanding and research for sustainable control of kommerzialisiert wurde (Rickard et al., 1995), erging the poultry red mite Dermanyssus gallinae" (COST Action es auch den anderen rekombinanten Vakzinen gegen FA1404) und des EU-Horizon2020-Projektes „PARA- Metacestodenbefall im Zwischenwirt „Nutztier" – bis GONE – vaccines for animal parasites", in dem neben heute ist keiner dieser doch so hoch effizienten Impf- D. gallinae auch P. ovis berücksichtigt wird, deutlich bes- stoffe auf dem Markt verfügbar.
sere Impfergebnisse erzielt werden können. Impfstoffe gegen Arthropoden
Bezüglich der Impfstoffentwicklung gegen parasitische Effektive Impfstoffe gegen Parasiten sind zwar durchaus Arthropoden bei landwirtschaftlichen Nutztieren ist her- Wirklichkeit geworden, letztlich jedoch nur für einen vorzuheben, dass in diesem Feld tatsächlich ein rekom- sehr kleinen Teil des parasitären Erregerspektrums. binanter Impfstoff zur Marktreife entwickelt worden ist, Daher ist die Möglichkeit einer Impfprophylaxe für die nämlich gegen die Rinderzecke Rhipicephalus (Boophilus) praktische Anwendung leider noch immer in vielen microplus. Bei dem rekombinanten Impfantigen, das tief Bereichen ein unerfüllter Wunsch. Insbesondere die Ent- intramuskulär appliziert werden sollte, handelt es sich wicklung einer rekombinanten Vakzine gegen Parasiten um ein im Mitteldarm der Zecke lokalisiertes membran- bleibt – mit Ausnahme der Metacestoden – eine wissen- ständiges Glykoprotein mit einem Molekulargewicht schaftliche Herausforderung, sodass auf absehbare Zeit von 86 kDa, das sog. Bm86. Die mit dem Rinderblut auf- nicht mit der Zulassung kommerzieller rekombinanter genommenen Antikörper gegen dieses hidden antigen Vakzinen zu rechnen ist. Ein Hindernis für die Impfstoff- behindern die Nahrungsaufnahme im Zeckendarm und entwicklung stellen nicht zuletzt die sehr komplexen schädigen diesen, was zum Tod der Zecke führen kann. Erreger-Wirt-Beziehungen im Verlauf von Parasitosen Die Vakzine wurde bereits in den 90er Jahren unter dem dar, die immer noch nicht vollständig verstanden sind. Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift 128, Heft 11/12 (2015), Seiten 43–50 So verändern sich Parasiten während ihrer Entwicklung Bangoura B, Alnassan AA, Lendner M, Shehata AA, Krüger M,
im Wirtsorganismus (Stadienkonversion, Antigenmus- Daugschies A (2014): Efficacy of an anticoccidial live vaccine in
ter), wechseln teils auch die Lokalisation (somatische prevention of necrotic enteritis in chickens. Exp Parasitol 145: Wanderung, Stadien-abhängige Gewebepräferenzen) oder verstecken sich in immunologisch inkompetenten Barnes EH, Dobson RJ, Barger IA (1995): Worm control and ant-
Nischen (intrazelluläre Lage, Zystenbildung, Abkapse- helmintic resistance: adventures with a model. Parasitol Today lung), was die Immunantwort des Wirtes vor erhebliche 11: 56–63.
Probleme stellt. Zudem sind insbesondere gut an ihren Wirt angepasste Parasiten durchaus in der Lage, aktiv Bartley K, Huntley JF, Wright HW, Nath M, Nisbet AJ (2012):
und zum eigenen Nutzen modulierend auf die Immun- Assessment of cathepsin D and L-like proteinases of poultry reaktion Einfluss zu nehmen (Antigen-Shedding, Medi- red mite, Dermanyssus gallinae (De Geer), as potential vaccine atoren). Häufig induzieren selbst natürliche Infektionen antigens. Parasitology 139: 755–765.
mit Endoparasiten keine vollständige sondern nur eine Bartley K, Nisbet AJ, Offer JE, Sparks NH, Wright HW, Huntley
partielle Immunität, die durch Reinfektionen fortlaufend JF (2009): Histamine release factor from Dermanyssus gallinae
stimuliert werden muss (Infektionsimmunität, Prämu- (De Geer): characterization and in vitro assessment as a protec- nität). Mit lebenden Erregern lässt sich für viele Para- tive antigen. Int J Parasitol 39: 447–456.
sitosen eine hinreichende Immunprotektion erreichen, wohingegen inaktivierte oder gentechnisch erzeugte Bassetto CC, Amarante AF (2015): Vaccination of sheep and cattle
Vakzinen, auch wenn sie durch geeignete Adjuvantien against haemonchosis. J Helminthol 89(5): 517-525.
in ihrer Wirkung optimiert werden können, häufig in Bassetto CC, Picharillo ME, Newlands GF, Smith WD, Fernan-
der Effizienz der Immunstimulation an Grenzen stoßen, des S, Siqueira ER, Amarante AF (2014): Attempts to vaccinate
da sie die komplexen Interaktionen zwischen Erreger ewes and their lambs against natural infection with Haemonchus und Immunsystem nur in Teilen reproduzieren können. contortus in a tropical environment. Int J Parasitol 44: 1049–1054.
Möglicherweise ließen sich aber mit rekombinanten Kombinationsimpfungen durchaus additive oder syner- Bock R, Jackson L, De Vos A, Jorgensen W (2004): Babesiosis of
gistische Effekte erzielen. Hierbei wird es gelten, die cattle. Parasitology 129: S247–S269.
richtigen „Paarungen" ausfindig zu machen, was neben Brown WC, Norimine J, Goff WL, Suarez CE, McElwain TF
Zeit voraussichtlich viele Ressourcen in Anspruch neh- (2006): Prospects for recombinant vaccines against Babesia bovis
men wird. Forschende Einrichtungen sowie Industrie and related parasites. Parasite Immunol 28: 315–327.
und Wirtschaft sind daher gemeinsam gefordert, auch trotz teilweise ernüchternder Ergebnisse oder vermeint- Cachat E, Newlands GF, Ekoja SE, McAllister H, Smith WD
lichem Stillstand die Entwicklung effizienter Impfstoffe (2010): Attempts to immunize sheep against Haemonchus contor-
gegen Parasiten voranzutreiben.
tus using a cocktail of recombinant proteases derived from the protective antigen, H-gal-GP. Parasite Immunol 32: 414–419.
Conflict of interest
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Es bestehen keine geschützten, finanziellen, beruflichen against cattle tick. Vaccine 15: 414–422.
oder anderen persönlichen Interessen an einem Pro- dukt, Service und/oder einer Firma, welche die in die- Chapman HD (2008): Coccidiosis in the turkey. Avian Pathol 37:
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