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Open Access S1 gene characteristics and efficacy of vaccination against infectious bronchitis virus field isolates from the United States and Israel (1996 to 2000)

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The S1 genes of isolates of avian coronavirus infectious bronchitis virus (IBV) from commercial chickens in the US and Israel (20 isolates from each country) were studied using reverse transcription-polymerase chain reaction restriction fragment length polymorphism and sequencing. Partial sequences spanning the amino terminus region of S1 from amino acid residues 48 to 219, based on the Beaudette strain, were used for analysis. Phylogenetic clustering and high-sequence identity values were used to identify isolates that appeared to be derived from live IBV vaccines used in the two countries. Novel variant strains, unrelated by S1 sequencing and restriction fragment length polymorphism analyses to reference and vaccine strains, were also identified. Based on S1 sequence identity to available vaccines, the potential to use vaccination to control IBV infections was evaluated. Vaccination with commercial live strains Massachusetts (Mass), Arkansas (Ark) or DE/072/92, generally produced immunity against vaccine-related field isolates displaying high S1 sequence similarities (=90%) to the respective vaccine strains. Immunization with a bivalent vaccine containing the Mass and Ark strains provided good cross-protection, averaging 81% against challenge with five variant isolates from the US having amino acid identity values ranging from 62 to 69% to Mass and from 68 to 83% to Ark, respectively. In contrast, the H120 vaccine strain induced low levels of protection, ranging from 25 to 58% against variant field isolates from Israel with amino acid identity values from 65 to 67%. Caractéristiques du gène S1 et efficacité de la vaccination contre les souches de virus de la bronchite infectieuse isolées aux USA et en Israël (1996-2000) Les gènes S1 des souches de coronavirus aviaire de la bronchite infectieuse (IBV) isolées chez des poulets de chair aux USA et en Israël (20 souches de chaque pays) ont été étudiées en utilisant les techniques de transcription inverse (RT), d'amplification en chaîne par polymérase (PCR), de polymorphisme de taille des fragments de restriction de l'acide nucléique (RFPL) et de séquençage. Les séquences partielles de la région aminée terminale du gène S1 comprise entre les résidus acides aminés 48 et 219, ont été analysées sur la base de la souche Beaudette. Les regroupements phylogénétiques et les valeurs élevées d'identité de séquence ont été utilisés pour identifier les isolats qui apparaissaient être dérivés des vaccins vivants utilisés dans les deux pays. Au vu des résultats du séquençage et des analyses de RFLP, de nouvelles souches variantes ont été identifiées, sans lien avec les souches de référence et les souches vaccinales. En se basant sur l'identité de la séquence de S1 des souches vaccinales disponibles, la possibilité d'utiliser la vaccination pour contrôler les infections à IBV a été évaluée. La vaccination avec des souches vivantes commerciales Massachusetts (Mass), Arkansas (Ark) ou DE/072/92, a généralement entraîné une immunité vis-à-vis des souches du terrain ayant un lien avec les souches vaccinales montrant des similarités élevées de la séquence de S1 (=90%) avec celles des souches vaccinales respectives. L'immunisation avec un vaccin bivalent contenant les souches Mass et Ark a conféré une bonne protection croisée, de 81% en moyenne, vis-à-vis d'épreuves avec cinq virus variants isolés aux USA ayant des niveaux d'identité en acides aminés allant de 62 à 69% vis-à-vis de la souche Mass et de 68 à 83% vis-à-vis de la souche Ark. Par contre, la souche vaccinale H120 a induit des taux faibles de protection, allant de 25 à 58% vis-à-vis des variants isolés en Israël ayant des niveaux d'identité en acides aminés allant de 65 à 67%. Charakteristika des S1-Gens und Wirksamkeit der Vakzination gegen Feldisolate des Virus der infektiösen Bronchitis aus den USA und Israel (1996–2000) Die S1-Gene von Isolaten des aviären Coronavirus infektiöse Bronchitisvirus (IBV) aus kommerziellen Hühnern in den USA und Israel (20 Isolate aus jedem Land) wurden mittels reverser Transkriptions (RT)-Polymerasekettenreaktion (PCR), Restriktionsfragmentlängen-polymorphismus (RFLP) und Sequenzierung untersucht. Sequenzstücke, die basierend auf dem Beaudette-Stamm, die Aminoendregion des S1 mit den Aminosäurenresiduen 48-219 umfassten, wurden für die Analyse verwendet. Phylogenetische Clusterung und hohe Sequenzübereinstimmungswerte dienten dazu, die Isolate zu identifizieren, die wahrscheinlich von in den beiden Ländern verwendeten Lebendvirusvakzinen abstammten. Neue Variantstämme, die aufgrund der S1-Sequenzierung und der RFLP-Analyse nicht mit den Referenz- und Vakzinestämmen verwandt waren, wurden auch nachgewiesen. Basierend auf der S1-Sequenzübereinstimmung der untersuchten Isolate mit den verfügbaren Vakzinen wurde die Eignung der Vakzination zur Bekämpfung von IBV-Infektionen ermittelt. Die Vakzination mit den kommerziellen Lebendvirusstämmen Massachusetts (Mass), Arkansas (Ark) oder DE/072/92 erzeugte im allgemeinen eine Immunität gegen Vakzine-verwandte Feldisolate mit hohen S1-Sequenzähnlichkeiten (=90%) zu den entsprechenden Vakzinestämmen. Die Immunisierung mit einer bivalenten Vakzine mit den Stämmen Mass und Ark erzeugte einen guten Kreuzschutz von im Mittel 81% gegen Belastungsinfektionen mit fünf Variantstämmen aus den USA, die in ihren Aminosäurensequenzen zu 62–69% mit Mass bzw. zu 68-83% mit Ark übereinstimmten. Im Gegensatz dazu induzierte der Vakzinestamm H120 nur eine geringe Schutzwirkung von 25–58% gegen Variant-Feldisolate aus Israel, die zum Impfstamm Übereinstimmungswerte der Aminosäuren von 65–67% aufwiesen. Características del gen S1 y eficacia de la vacunación frente a aislamientos de campo del virus de la bronquitis infecciosa de Estados Unidos e Israel (1996–2000) Se estudió el gen S1 de aislamientos del coronavirus de la bronquitis infecciosa aviar (IBV) procedentes de pollos comerciales de Estados Unidos e Israel (20 aislamientos de cada país) mediante el uso de la transcripción reversa (RT), reacción en cadena de la polimerasa (PCR), polimorfismo de la longitud de los fragmentos de restricción y secuenciación. Se usaron para el análisis, secuencias parciales que abarcaban la región amino terminal de la S1 entre los residuos aminoacídicos 48–219, en base a la cepa Beaudette. El agrupamiento filogenético y los valores de mayor identidad de secuencias se usaron para identificar aislados que parecían proceder de vacunas vivas de IBV utilizadas en ambos países. También se identificaron nuevas cepas variantes, no relacionadas mediante secuenciación de la S1 y análisis de RLFP a las cepas vacunales y de referencia. Se evaluó la posibilidad de usar la vacunación en el control de las infecciones por IBV, basándose en la identidad de las secuencias de la S1 respecto las vacunas disponibles. La vacunación con cepas vivas comerciales Massachussets (Mass), Arkansas (Ark) o DE/072/92, generalmente produjo inmunidad frente a los aislamientos de campo relacionados con las vacunas, mostrando elevadas similitudes (=90%) de la secuencia de la S1 con las respectivas cepas vacunales. La inmunización con una vacuna bivalente que contiene las cepas Mass y Ark proporcionó buena protección cruzada con una media del 81% frente a la infección experimental con cinco aislamientos variantes de US con una identidad aminoacídica entre 62–69% frente a Mass y 68–83% frente a Ark, respectivamente. Por el contrario, la cepa vacunal H120 indujo niveles bajos de protección, oscilando entre el 25–58% frente a los aislamientos variantes de campo de Israel con identidades aminoacídicas entre el 65–67%.
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Document Type: Research Article

Affiliations: 1: Department of Animal and Food Sciences, University of Delaware, Newark, DE, 19717, USA 2: Division of Avian and Aquatic Animal Diseases, Kimron Veterinary Institute, P.O.B. 12, Bet-Dagan, 50250, Israel

Publication date: June 1, 2005

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