Classical and African swine fever: State-of-the-art diagnostics and control measures

Abstract

African swine fever (ASF) and classical swine fever (CSF) are among the most important viral diseases of domestic and wild pigs. Outbreaks of either disease are accompanied by tremendous socio-economic consequences that threaten the livelihood of small farmers and the profitable production in industrialized settings. Thus, there is an urgent need for state-of-the-art control measures including diagnostic tests for timely diagnosis and disease surveillance. This habilitation thesis covers different aspects that are needed for rational strategy design, i.e. generation of background data on infection biology, design and evaluation of control tools in terms of vaccines, and the optimization of diagnostic systems. The first point, generation of background data, was addressed in experimental studies with domestic pigs and European wild boar that targeted the pathogenesis of swine fevers in the broader sense. Based on these studies, it can be expected that an introduction of ASF or CSF into a free area or population would lead to observable mortality. Thus, fallen animals would be the best target for an early warning system. To optimize the compliance of hunters and game wardens, alternative sampling methods were investigated in combination with routine polymerase chain reaction (PCR) technology. It could be shown that dry blood swabs are suitable for molecular swine fever diagnosis. A second diagnostic challenge was the rapid genetic differentiation of C-strain vaccinated from CSF field virus infected wild boar in areas with oral immunization. Here, a recently developed differentiating multiplex reverse transcription PCR was employed under field conditions. It could be proven that this genetic DIVA (differentiation of infected from vaccinated animals) approach is suitable under field conditions. The last part covered vaccination as control tool. Recent advances in CSF vaccine development allowed revisiting emergency vaccination strategies for both domestic pigs and European wild boar. The presented original contributions cover different parts of the assessment of marker vaccine strain “CP7_E2alf” on its way to licensing. An additional contribution reports on a study that was undertaken to assess the impact of modern adjuvants on the efficacy of inactivated ASFV preparations. The outcome of the study clearly shows that modern adjuvants do not enhance the efficacy of ASFV vaccine preparations. Taken together, the presented studies feed into the strategy design for ASF and CSF and will hopefully facilitate control.

Die Afrikanische Schweinepest (ASP) und die Klassische Schweinepest (KSP) gehören zu den wichtigsten Viruserkrankungen von Haus- und Wildschweinen. Ausbrüche der beiden Erkrankungen sind mit enormen sozioökonomischen Folgen verbunden, die die Existenzgrundlage von Kleinbauern und die rentable Produktion in industriellen Schweinehaltungen bedrohen. Aus diesem Grund besteht ein dringender Bedarf an optimierten und modernen Kontrollmaßnahmen einschließlich diagnostischer Verfahren für eine schnelle Diagnose und Surveillance. Diese Habilitationsschrift umfasst verschiedene Aspekte, die für die Strategieplanung benötigt werden, das heißt Erzeugung von Hintergrunddaten zur Infektionsbiologie, Entwicklung und Evaluierung von Impfstoffen und die Optimierung von Diagnosesystemen. Hintergrunddaten wurden in experimentellen Studien mit Hausschweinen und europäischen Wildschweinen generiert, die auf die Pathogenese der Schweinepest im weiteren Sinne ausgerichtet waren. Basierend auf diesen Studien kann erwartet werden, dass ein Eintrag der KSP oder ASP in eine freie Region oder Population zu einer sichtbaren Mortalität führen würde. Somit wären verendete Tiere das beste Ziel für ein Frühwarnsystem. Um die Mitwirkung der Jäger und Wildhüter zu fördern, wurden alternative Methoden zur Probennahme in Kombination mit Routine-Polymerase- Kettenreaktion (PCR) Technologie untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass trockene Bluttupfer für die molekulare Schweinepestdiagnose geeignet sind. Eine weitere diagnostische Herausforderung war die schnelle genetische Differenzierung von C-Stamm geimpften und KSP-Feldvirus infizierten Wildschweinen in Gebieten mit oraler Immunisierung. Hier wurde eine kürzlich entwickelte, differenzierende Multiplex-PCR unter Feldbedingungen eingesetzt. Es konnte nachgewiesen werden, dass der genetische DIVA (Differenzierung infizierter von geimpften Tieren) Ansatz unter Feldbedingungen geeignet ist. Der letzte Teil der Arbeit widmet sich der Impfung als Kontrollinstrument. Jüngste Fortschritte in der Entwicklung von KSP-Impfstoffen erlauben eine Neubewertung der Notimpfung als Bekämpfungsstrategie für Haus- und Wildschweine. Die präsentierten Originalbeiträge decken dabei verschiedene Teile der Prüfung des Markerimpfstoffs "CP7_E2alf" auf seinem Weg zur Lizenzierung ab. Ein zusätzlicher Beitrag umfasst eine Studie, die den Einfluss moderner Adjuvantien auf die Wirksamkeit inaktivierter ASPV- Präparationen zum Thema hatte. Das Ergebnis der Studie zeigt deutlich, dass moderne Adjuvantien die Wirksamkeit von klassisch inaktivierten ASPV Impfstoffzubereitungen nicht verbessern. Zusammengenommen können die Daten aus den vorgestellten Studien in die Strategieentwicklung für ASP und KSP einfließen und damit die Kontrolle erleichtern.