In dieser Arbeit wurden Vektorimpfstoffe auf der Basis rekombinanter Vacciniaviren hinsichtlich ihrer Eignung zur Immunisierung gegen Infektionen mit Respiratorischen Synzytialviren (RSV) untersucht. Hierfür standen genetisches Material und Viruspräparationen des Respiratorischen Synzytialvirus des Rindes (BRSV, Stamm Odijk) sowie des Respiratorischen Synzytialvirus des Menschen (HRSV, Subtyp A2) sowie rekombinante Vacciniaviren MVA-HRSV-F bzw. MVA-HRSV-G zur Verfügung. Rekombinante MVA-Viren, welche die Gene der BRSV-Oberflächenproteine G und F (MVA-BRSV-F, MVA-BRSV-G, MVA-BRSV-Gneu), sowie Viren in welchen die Fremdgensequenzen durch Deletion wieder entfernt sind (Revertante Viren MVA-∆BRSV-F und MVA-∆BRSV-G), wurden gentechnologisch hergestellt. Alle rekombinanten MVA-Viren wurden molekular-virologisch charakterisiert und dienten zur Gewinnung und Prüfung von Testimpfstoffen im Tiermodell. Die Untersuchungen zeigen: 1. Alle neu konstruierten rekombinanten MVA-BRSV-Viren produzierten nach Infektion von Zellkulturen die erwünschten Zielantigene, die BRSV-Glykoproteine F und G. Für das durch MVA-Expression hergestellte BRSV-F-Glykoprotein konnte außerdem die biologische Funktionalität in einem Fusionstest in infizierten HeLa-Zellen nachgewiesen werden. 2. Die Charakterisierung der Genome aller MVA-BRSV- sowie MVA-HRSV-Vektorviren bestätigte die exakte Insertion der Fremdgensequenzen im anvisierten Genombereich und zeigte die genetische Stabilität der Virusisolate nach Passagierung. 3. Bei der Untersuchung des Wachstumsverhaltens von MVA-BRSV-F und MVA-BRSV-G zeigte sich die eingeschränkte Vermehrungsfähigkeit des Virus MVA-BRSV-G. Die Konstruktion und Untersuchung der revertanten Viren MVA-∆BRSV-F und MVA-∆BRSV-G belegte die Koproduktion des G-Proteins als Ursache des verminderten Replikationsvermögens. Dieser für ein mögliches Impfvirus erhebliche Nachteil konnte durch die Verwendung eines moderateren Vacciniavirus-Promotors zur Fremdgenexpression (rekombinantes Virus MVA-BRSV-Gneu) behoben werden. 4. Die Prüfung von Testimpfstoffen auf der Grundlage der rekombinanten MVA-HRSV-Viren in einem Maus-HRSV-Infektionsmodell zeigte, dass MVA-HRSV-Impfstoffe, im Gegensatz zu Impfstoffen aus mit Formalin-inaktiviertem HRSV, Immunantworten mit einem ausgewogenen TH1/TH2-assoziierten Zytokinprofil induzierten. Eine infolge von Immunisierung verstärkte Einwanderung eosinophiler Zellen (Marker für Immunpathogenese) in die Lungen HRSV-infizierter Tiere, konnte nach MVA-Impfung nicht beziehungsweise in nur sehr geringem Ausmaß festgestellt werden (OLSZEWSKA et al. 2004). 5. Wichtige erste Daten hinsichtlich der Verträglichkeit, Immunogenität und Schutzwirkung rekombinanter Impfstoffe auf der Basis von MVA-BRSV-F und MVA-BRSV-G konnten in einem Kälber BRSV-Infektionsmodell erhoben werden. Die zweimalige Immunisierung mit MVA-Impfstoff verlief bei allen Tieren ohne feststellbare Nebenwirkungen und die Anregung Vaccinia- bzw. BRSV-F-spezifischer Antikörper bestätigte die Immunogenität der Vektorvakzinen. Schließlich belegten klinische Daten, insbesondere die fehlende Fieberreaktion bei Impflingen nach BRSV-Belastungsinfektion, die Schutzwirkung der MVA-BRSV-Impfstoffe. Insgesamt unterstützen die erzielten Ergebnisse dieser Arbeiten die weitere präklinische und klinische Untersuchung von MVA-Vektorimpfstoffen zur wirksameren und sichereren Bekämpfung von Infektionen mit Respiratorischen Synzytialviren. / This study investigated vector vaccines based on recombinant vaccinia virus MVA for their suitability to immunize against infections with respiratory syncytial viruses. Genetic material and virus stocks of bovine respiratory syncytial virus (BRSV, Strain Odijk) and human respiratory syncytial virus (HRSV, Strain A2) and recombinant vaccinia viruses MVA-HRSV-F and MVA-HRSV-G were provided and used in this study. The project work included the genetical engineering of recombinant MVA expressing gene sequences encoding the BRSV surface proteins G and F (MVA-BRSV-F, MVA-BRSV-G, MVA-BRSV-Gneu) and the secondary generation of mutant viruses in which recombinant gene sequences have been removed (revertant viruses MVA-∆BRSV-F, MVA-∆BRSV-G). All recombinant MVA were carefully characterized in in vitro experiments and served for generation of vaccine preparations being tested in animal model systems. The investigations demonstrate: 1. All recombinant MVA-BRSV viruses produced the target antigens (BRSV-F and -G proteins) upon tissue culture infections. Functional activity of BRSV-F protein was demonstrated in a cell fusion assay using virus-infected HeLa cells. 2. The characterization of the genomes of all MVA recombinant viruses confirmed the correct insertion of foreign gene sequences into the target site of the MVA genome and demonstrated the genetic stability of the vector viruses upon tissue culture passage. 3. In vitro studies on virus growth revealed a reduced replicative capacity of the recombinant virus MVA-BRSV-G. Construction and growth analysis of revertant viruses MVA-∆BRSV-F and MVA-∆BRSV-G demonstrated that over expression of BRSV-G protein caused this replication deficiency which could be avoided by using a more moderate vaccinia virus promoter for transcriptional control of recombinant gene expression (recombinant virus MVA-BRSV-Gneu). 4. Upon characterization in a mouse-HRSV challenge model candidate vaccines based on recombinant MVA-HRSV viruses, in contrast to formalin inactivated HRSV, and induced a well balanced TH1 and TH2 cytokine profile. In addition, none of the MVA-HRSV-F vaccinated animals and only two of the MVA-HRSV-G immunized mice showed low-level eosinophilia in the lungs after HRSV challenge infection (OLSZEWSKA et al. 2004). 5. Vaccination experiments in the calf-BRSV challenge model generated first relevant data on safety, immunogenicity and protective capacity of MVA-BRSV recombinant vaccines. The repeated application of MVA vaccine was well tolerated by all vaccinated animals and the induction of vaccinia- and BRSV-F-specific antibody responses confirmed the immunogenicity of the MVA vector vaccines. Moreover, clinical data (lack of fever response in vaccines) suggested the protective capacity of MVA-BRSV immunization upon BRSV challenge. The obtained results from these studies clearly support further preclinical and clinical evaluation of recombinant MVA candidate vaccines to immunize against disease caused by RSV infections in cattle and humans.

In dieser Arbeit wurden Vektorimpfstoffe auf der Basis rekombinanter Vacciniaviren hinsichtlich ihrer Eignung zur Immunisierung gegen Infektionen mit Respiratorischen Synzytialviren (RSV) untersucht. Hierfür standen genetisches Material und Viruspräparationen des Respiratorischen Synzytialvirus des Rindes (BRSV, Stamm Odijk) sowie des Respiratorischen Synzytialvirus des Menschen (HRSV, Subtyp A2) sowie rekombinante Vacciniaviren MVA-HRSV-F bzw. MVA-HRSV-G zur Verfügung. Rekombinante MVA-Viren, welche die Gene der BRSV-Oberflächenproteine G und F (MVA-BRSV-F, MVA-BRSV-G, MVA-BRSV-Gneu), sowie Viren in welchen die Fremdgensequenzen durch Deletion wieder entfernt sind (Revertante Viren MVA-∆BRSV-F und MVA-∆BRSV-G), wurden gentechnologisch hergestellt. Alle rekombinanten MVA-Viren wurden molekular-virologisch charakterisiert und dienten zur Gewinnung und Prüfung von Testimpfstoffen im Tiermodell. Die Untersuchungen zeigen: 1. Alle neu konstruierten rekombinanten MVA-BRSV-Viren produzierten nach Infektion von Zellkulturen die erwünschten Zielantigene, die BRSV-Glykoproteine F und G. Für das durch MVA-Expression hergestellte BRSV-F-Glykoprotein konnte außerdem die biologische Funktionalität in einem Fusionstest in infizierten HeLa-Zellen nachgewiesen werden. 2. Die Charakterisierung der Genome aller MVA-BRSV- sowie MVA-HRSV-Vektorviren bestätigte die exakte Insertion der Fremdgensequenzen im anvisierten Genombereich und zeigte die genetische Stabilität der Virusisolate nach Passagierung. 3. Bei der Untersuchung des Wachstumsverhaltens von MVA-BRSV-F und MVA-BRSV-G zeigte sich die eingeschränkte Vermehrungsfähigkeit des Virus MVA-BRSV-G. Die Konstruktion und Untersuchung der revertanten Viren MVA-∆BRSV-F und MVA-∆BRSV-G belegte die Koproduktion des G-Proteins als Ursache des verminderten Replikationsvermögens. Dieser für ein mögliches Impfvirus erhebliche Nachteil konnte durch die Verwendung eines moderateren Vacciniavirus-Promotors zur Fremdgenexpression (rekombinantes Virus MVA-BRSV-Gneu) behoben werden. 4. Die Prüfung von Testimpfstoffen auf der Grundlage der rekombinanten MVA-HRSV-Viren in einem Maus-HRSV-Infektionsmodell zeigte, dass MVA-HRSV-Impfstoffe, im Gegensatz zu Impfstoffen aus mit Formalin-inaktiviertem HRSV, Immunantworten mit einem ausgewogenen TH1/TH2-assoziierten Zytokinprofil induzierten. Eine infolge von Immunisierung verstärkte Einwanderung eosinophiler Zellen (Marker für Immunpathogenese) in die Lungen HRSV-infizierter Tiere, konnte nach MVA-Impfung nicht beziehungsweise in nur sehr geringem Ausmaß festgestellt werden (OLSZEWSKA et al. 2004). 5. Wichtige erste Daten hinsichtlich der Verträglichkeit, Immunogenität und Schutzwirkung rekombinanter Impfstoffe auf der Basis von MVA-BRSV-F und MVA-BRSV-G konnten in einem Kälber BRSV-Infektionsmodell erhoben werden. Die zweimalige Immunisierung mit MVA-Impfstoff verlief bei allen Tieren ohne feststellbare Nebenwirkungen und die Anregung Vaccinia- bzw. BRSV-F-spezifischer Antikörper bestätigte die Immunogenität der Vektorvakzinen. Schließlich belegten klinische Daten, insbesondere die fehlende Fieberreaktion bei Impflingen nach BRSV-Belastungsinfektion, die Schutzwirkung der MVA-BRSV-Impfstoffe. Insgesamt unterstützen die erzielten Ergebnisse dieser Arbeiten die weitere präklinische und klinische Untersuchung von MVA-Vektorimpfstoffen zur wirksameren und sichereren Bekämpfung von Infektionen mit Respiratorischen Synzytialviren. / This study investigated vector vaccines based on recombinant vaccinia virus MVA for their suitability to immunize against infections with respiratory syncytial viruses. Genetic material and virus stocks of bovine respiratory syncytial virus (BRSV, Strain Odijk) and human respiratory syncytial virus (HRSV, Strain A2) and recombinant vaccinia viruses MVA-HRSV-F and MVA-HRSV-G were provided and used in this study. The project work included the genetical engineering of recombinant MVA expressing gene sequences encoding the BRSV surface proteins G and F (MVA-BRSV-F, MVA-BRSV-G, MVA-BRSV-Gneu) and the secondary generation of mutant viruses in which recombinant gene sequences have been removed (revertant viruses MVA-∆BRSV-F, MVA-∆BRSV-G). All recombinant MVA were carefully characterized in in vitro experiments and served for generation of vaccine preparations being tested in animal model systems. The investigations demonstrate: 1. All recombinant MVA-BRSV viruses produced the target antigens (BRSV-F and -G proteins) upon tissue culture infections. Functional activity of BRSV-F protein was demonstrated in a cell fusion assay using virus-infected HeLa cells. 2. The characterization of the genomes of all MVA recombinant viruses confirmed the correct insertion of foreign gene sequences into the target site of the MVA genome and demonstrated the genetic stability of the vector viruses upon tissue culture passage. 3. In vitro studies on virus growth revealed a reduced replicative capacity of the recombinant virus MVA-BRSV-G. Construction and growth analysis of revertant viruses MVA-∆BRSV-F and MVA-∆BRSV-G demonstrated that over expression of BRSV-G protein caused this replication deficiency which could be avoided by using a more moderate vaccinia virus promoter for transcriptional control of recombinant gene expression (recombinant virus MVA-BRSV-Gneu). 4. Upon characterization in a mouse-HRSV challenge model candidate vaccines based on recombinant MVA-HRSV viruses, in contrast to formalin inactivated HRSV, and induced a well balanced TH1 and TH2 cytokine profile. In addition, none of the MVA-HRSV-F vaccinated animals and only two of the MVA-HRSV-G immunized mice showed low-level eosinophilia in the lungs after HRSV challenge infection (OLSZEWSKA et al. 2004). 5. Vaccination experiments in the calf-BRSV challenge model generated first relevant data on safety, immunogenicity and protective capacity of MVA-BRSV recombinant vaccines. The repeated application of MVA vaccine was well tolerated by all vaccinated animals and the induction of vaccinia- and BRSV-F-specific antibody responses confirmed the immunogenicity of the MVA vector vaccines. Moreover, clinical data (lack of fever response in vaccines) suggested the protective capacity of MVA-BRSV immunization upon BRSV challenge. The obtained results from these studies clearly support further preclinical and clinical evaluation of recombinant MVA candidate vaccines to immunize against disease caused by RSV infections in cattle and humans.