Clostridium perfringens (CP)-induced necrotic enteritis (NE) is an economically important disease in the broiler chicken industry. The incidence of NE is common in 3-to-6-wk-old broiler chickens, once maternal antibodies start declining. Developing an effective vaccination strategy against NE, preferably delivering a single dose of vaccine at hatch to protect broiler chickens against NE without a booster vaccine, is an enormous challenge. The objective of this study was to induce mucosal immunity in the intestines against NE by intrapulmonary (IPL) delivery of a live CP vaccine at hatch, exploiting the gut-lung-axis (GLA) concept by vaccine delivery following in ovo administration of cytosine-phosphorothioate-guanine oligodeoxynucleotides (CpG-ODN) to induce immune cell maturation in the lungs. Experiments were conducted to explore the dose of CP and immune protection against heterologous CP challenge, and to study the efficacy of IPL delivery of a CP vaccine without a booster. Additional studies were conducted to measure serum immunoglobulin (Ig)Y, mucosal IgA, and histopathology of lungs following vaccination. Delivery of a live CP vaccine by the IPL route, with or without in ovo CpG-ODN, provided significant protection against NE (P < 0.0001). Systemic IgY and mucosal IgA against CP were correlated with protection against NE. There was no necrosis or inflammation in the pulmonary parenchyma. There was a low number of CP isolated from the lungs following live CP delivery by the IPL route. A significant influx of (P < 0.001) of CD8+ T cells and macrophages were noted in the lungs 2 days following live CP delivery by the IPL route. IPL delivery of a live CP vaccine, rather than inactivated CP, provided better protection. This study demonstrated the utility in exploiting the GLA concept in vaccine delivery in broiler chickens.
Protección de pollos de engorde contra la enteritis necrótica mediante la administración intrapulmonar de una vacuna viva de Clostridium perfringens que aprovecha el concepto del eje intestino-pulmón. La enteritis necrótica (NE) inducida por Clostridium perfringens (CP) es una enfermedad económicamente importante en la industria de los pollos de engorde. La incidencia de enteritis necrótica es común en pollos de engorde de tres a seis semanas de edad, una vez que los anticuerpos maternos comienzan a disminuir. El desarrollo de una estrategia de vacunación eficaz contra la enteritis necrótica, preferiblemente administrando una dosis única de vacuna en la eclosión para proteger a los pollos de engorde contra dicha enfermedad sin la necesidad de aplicar una vacuna de refuerzo, es un desafío importante. El objetivo de este estudio fue inducir inmunidad de mucosas en los intestinos contra la enteritis necrótica mediante la administración intrapulmonar (IPL) de una vacuna de C. perfringens viva en la eclosión, explotando el concepto del eje intestino-pulmón (GLA) mediante la administración de la vacuna después de la administración in ovo de citosin oligodesoxinucleótidos de fosforotioato-guanina (CpG-ODN) para inducir la maduración de las células inmunitarias en los pulmones. Se realizaron experimentos para explorar la dosis de C. perfringens y la protección inmune contra la exposición heteróloga a C. perfringens, y para estudiar la eficacia de la administración intrapulmonar de una vacuna C. perfringens sin refuerzo. Se realizaron estudios adicionales para medir la inmunoglobulina (Ig)Y sérica, la IgA de mucosas y la histopatología de los pulmones después de la vacunación. La administración de una vacuna de C. perfringens viva por vía intrapulmonar, con o sin CpG-ODN in ovo, proporcionó una protección significativa contra la enteritis necrótica (P < 0.0001). La IgY sistémica y la IgA mucosa contra C. perfringens se correlacionaron con la protección contra la enteritis necrótica. No hubo necrosis ni inflamación en el parénquima pulmonar. Hubo un número bajo de C. perfringens aislado de los pulmones después de la administración de la vacuna viva contra C. perfringens por vía intrapulmonar. Se observó una afluencia significativa (P < 0.001) de células T CD8+ y macrófagos en los pulmones dos días después de la administración de C. perfringens viva por vía intrapulmonar. La administración mediante vía intrapulmonar de una vacuna viva contra C. perfringens, en lugar de la vacuna contra C. perfringens inactivada, proporcionó una mejor protección. Este estudio demostró la utilidad de explotar el concepto del eje intestino-pulmón en la administración de vacunas en pollos de engorde.
Keywords: CpG-ODN; broiler chickens; gut-lung axis; in ovo; intrapulmonary vaccine delivery; live Clostridium perfringens; mucosal immunity; necrotic enteritis.