Rapid identification and differentiation of Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis types by use of real-time PCR and high-resolution melt analysis of the MAP1506 locus

High-resolution melt (HRM) analysis can identify sequence polymorphisms by comparing the melting curves of amplicons generated by real-time PCR amplification. We describe the application of this technique to identify Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis types I, II, and III. The HRM approach was based on type-specific nucleotide sequences in MAP1506, a member of the PPE (proline-proline-glutamic acid) gene family.

Occurrence of Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis across host species and European countries with evidence for transmission between wildlife and domestic ruminants

BACKGROUND Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis (Map) causes an infectious chronic enteritis (paratuberculosis or Johne's disease) principally of ruminants. The epidemiology of Map is poorly understood, particularly with respect to the role of wildlife reservoirs and the controversial issue of zoonotic potential (Crohn's disease). Genotypic discrimination of Map isolates is pivotal to descriptive epidemiology and resolving these issues. This study was undertaken to determine the genetic diversity of Map, enhance our understanding of the host range and distribution and assess the potential for interspecies transmission. RESULTS 164 Map isolates from seven European countries representing 19 different host species were genotyped by standardized IS900--restriction fragment length polymorphism (IS900-RFLP), pulsed-field gel electrophoresis (PFGE), amplified fragment length polymorphisms (AFLP) and mycobacterial interspersed repeat unit-variable number tandem repeat (MIRU-VNTR) analyses. Six PstI and 17 BstEII IS900-RFLP, 31 multiplex [SnaBI-SpeI] PFGE profiles and 23 MIRU-VNTR profiles were detected. AFLP gave insufficient discrimination of isolates for meaningful genetic analysis. Point estimates for Simpson's index of diversity calculated for the individual typing techniques were in the range of 0.636 to 0.664 but a combination of all three methods increased the discriminating power to 0.879, sufficient for investigating transmission dynamics. Two predominant strain types were detected across Europe with all three typing techniques. Evidence for interspecies transmission between wildlife and domestic ruminants on the same property was demonstrated in four cases, between wildlife species on the same property in two cases and between different species of domestic livestock on one property. CONCLUSION The results of this study showed that it is necessary to use multiple genotyping techniques targeting different sources of genetic variation to obtain the level of discrimination necessary to investigate transmission dynamics and trace the source of Map infections. Furthermore, the combination of genotyping techniques may depend on the geographical location of the population to be tested. Identical genotypes were obtained from Map isolated from different host species co-habiting on the same property strongly suggesting that interspecies transmission occurs. Interspecies transmission of Map between wildlife species and domestic livestock on the same property provides further evidence to support a role for wildlife reservoirs of infection.

Single nucleotide polymorphisms in the IS900 sequence of Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis are strain type specific

Insertion sequence IS900 is used as a target for the identification of Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis. Previous reports have revealed single nucleotide polymorphisms within IS900. This study, which analyzed the IS900 sequences of a panel of isolates representing M. avium subsp. paratuberculosis strain types I, II, and III, revealed conserved type-specific polymorphisms that could be utilized as a tool for diagnostic and epidemiological purposes.

Discovery of stable and variable differences in the Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis type I, II, and III genomes by pan-genome microarray analysis

Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis is an important animal pathogen widely disseminated in the environment that has also been associated with Crohn's disease in humans. Three M. avium subsp. paratuberculosis genomotypes are recognized, but genomic differences have not been fully described. To further investigate these potential differences, a 60-mer oligonucleotide microarray (designated the MAPAC array), based on the combined genomes of M. avium subsp. paratuberculosis (strain K-10) and Mycobacterium avium subsp. hominissuis (strain 104), was designed and validated. By use of a test panel of defined M. avium subsp. paratuberculosis strains, the MAPAC array was able to identify a set of large sequence polymorphisms (LSPs) diagnostic for each of the three major M. avium subsp. paratuberculosis types. M. avium subsp. paratuberculosis type II strains contained a smaller genomic complement than M. avium subsp. paratuberculosis type I and M. avium subsp. paratuberculosis type III genomotypes, which included a set of genomic regions also found in M. avium subsp. hominissuis 104. Specific PCRs for genes within LSPs that differentiated M. avium subsp. paratuberculosis types were devised and shown to accurately screen a panel (n = 78) of M. avium subsp. paratuberculosis strains. Analysis of insertion/deletion region INDEL12 showed deletion events causing a reduction in the complement of mycobacterial cell entry genes in M. avium subsp. paratuberculosis type II strains and significantly altering the coding of a major immunologic protein (MPT64) associated with persistence and granuloma formation. Analysis of MAPAC data also identified signal variations in several genomic regions, termed variable genomic islands (vGIs), suggestive of transient duplication/deletion events. vGIs contained significantly low GC% and were immediately flanked by insertion sequences, integrases, or short inverted repeat sequences. Quantitative PCR demonstrated that variation in vGI signals could be associated with colony growth rate and morphology.

Viable mycobacterium avium subsp. paratuberculosis in retail artisanal coalho cheese from northeastern Brazil.

2014

Variable-number tandem repeats genotyping used to aid and inform management strategies for a bovine Johne's disease incursion in tropical and subtropical Australia

The application of variable-number tandem repeats (VNTR) genotyping of Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis isolates to assist in investigating incidents of bovine Johne’s disease in a low-prevalence region of Australia is described in the current study. Isolates from a response to detection of bovine Johne’s disease in Queensland were compared with strains from national and international sources. The tandem application of mycobacterial interspersed repetitive unit (MIRU) and multilocus short sequence repeats (MLSSR) genotyping identified 2 strains, 1 that infected cattle on multiple properties with trace-forward histories from a common infected property, and 1 genotypically different strain recovered from a single property. The former strain showed an identical genotype to an isolate from India. Neither strain showed a genotypic link to regions of Australia with a higher prevalence of the disease. Genotyping has indicated incursions from 2 independent sources. This intelligence has informed investigations into potential routes of entry and the soundness of ongoing control measures, and supported strategy and policy decisions regarding management of Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis incursions for Queensland.

Caracterización de las enfermedades monitoreadas por el sistema de vigilancia de salud animal en bovinos del municipio de Camoapa en el periodo 2011- 2014

La investigación se realizó en el municipio de Camoapa departamento de Boaco. El objetivo fue Caracterizar las enfermedades monitoreadas por el sistema de vigilancia de salud animal (SIVE) en bovinos del municipio en el periodo 2011–2014. El trabajo consistió en determinar la presencia, distribución temporal y espacial así como el comportamiento de las enfermedades zoonóticas, analizando los datos obtenidos de la base de datos del SIVE del Instituto de Protección y Sanidad Agropecuaria (IPSA) entre el 2011-2014, obtenidas de los reportes realizados por el médico veterinario de Camoapa. Se realizó un estudio de corte transversal (retrospectivo) donde se evaluó el comportamiento de las enfermedades en el período. El procesamiento estadístico de las variables e indicadores se realizó utilizando el programa Microsoft Exel 2010. Los resultados derivados del análisis demostraron una presencia de agentes infecciosos como: Áscari 37.50%, Babesia spp. 5.60%, Brucellla spp 0.04%, Coccidia spp. 47.75%, Escherichia coli (E. coli) 100%, Rinot raqueítis infecciosa bovina (RIV/VPI) 100%, Paratuberculosis 100%, Trichostrongilosis 77.7%, La distribución en el periodo en estudio (2011–2014) fue: en el año 2011 de 6% de los casos, en el 2012 de 54%, 2013 de 23% y en el 2014 de 16% de un total de 111 casos. El año 2012 se identificó con mayores índices de muestras positivas, con el 54%, en la distribución por mes el año, 2011 en el mes de julio se encontró una mayor distribución con el 86%, en el 2012 en Marzo con 42% y en 2013 nuevamente en Marzo con 38% y para el año 2014 en septiembre con 56% de presencia de enfermedades, la distribución espacial demuestra que la comarca Bijagua presento 18% de casos y Zarrigo 15% de los casos en el periodo 2011-2014. En la distribución por año, Platanar norte se encontró una mayor distribución con el 100% en el 2012, Zarrigo con 27% en 2013 Tolinapa con 38% y para el 2014 Matamba con 44% de los casos. Se concluye que se identificó presencia de agentes infecciosos productores de enfermedades importantes para el consumidor, como: bacterias del genero Brucella spp., Escherichia coli, y parásitos nematodos como trichostrongylus, Áscaris y protozoarios como Coccidia Spp. Se recomienda elaborar un diseño muestreal para determinar la prevalencia real de la enfermedades en el municipio, ya que hay enfermedades que son de notificación obligatoria para la OIE, el involucramiento de los productores en mantener el estatus sanitario del municipio al notificar los problemas sanitarios con respecto a las enfermedades zoonóticas e implementar calendarios sanitarios, así como llenar registros de control sanitario, además de incorporar el municipio a los programas de trazabilidad bovina y certificación de hatos libres de brucelosis y tuberculosis.

A microbiological survey of a constructed wetland system supplied by dairy 'dirty water' effluent

A constructed wetland at Greenmount College, Co. Antrim, N. Ireland was built in 2004 to study the treatment of ‘dirty water’ effluent from the Greenmount dairy unit. The effluent has a mean BOD5 of c.1000 mg/L and contains milking parlour wash-water and runoff from silage clamps and yard areas lightly contaminated with cattle manure. The nominal water retention time of this wetland is 100 days. The primary purposes of the wetland are to eliminate organic pollution and eutrophication risk from nitrogen and phosphorus compounds. However the wetland should also effectively remove any zoonotic pathogens present in manure and milk. Accordingly, a 12-month microbiological survey of water in the five ponds of the wetland commenced in August 2007. The aims of the survey are to determine changes, as effluent passes through the wetland system, in a broad range of indicator organisms (faecal coliforms, Escherichia coli, Enterococcus faecalis and Clostridium perfringens) and the occurrence of several pathogens - Salmonella, Campylobacter, Cryptosporidium and Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (Map). The highest indicator organism counts - E. coli and faecal coliforms, 103-104 CFU/ml - are observed in pond 1, and a significant reduction (1-3 log10) in all indicator organisms occurs as water passes through the wetland from pond 1 to pond 5. Hence the wetland is efficient at reducing levels of indicator organisms in the dairy effluent. Salmonella and Campylobacter spp. are being detected intermittently in all the ponds, whilst Cryptosporidium and Map have yet to be detected, and so the ability of the wetland to reduce/eliminate specific pathogens is less clear at present.

Hui and Walter's latent-class model extended to estimate diagnostic test properties from surveillance data: a latent model for latent data

Diagnostic test sensitivity and specificity are probabilistic estimates with far reaching implications for disease control, management and genetic studies. In the absence of 'gold standard' tests, traditional Bayesian latent class models may be used to assess diagnostic test accuracies through the comparison of two or more tests performed on the same groups of individuals. The aim of this study was to extend such models to estimate diagnostic test parameters and true cohort-specific prevalence, using disease surveillance data. The traditional Hui-Walter latent class methodology was extended to allow for features seen in such data, including (i) unrecorded data (i.e. data for a second test available only on a subset of the sampled population) and (ii) cohort-specific sensitivities and specificities. The model was applied with and without the modelling of conditional dependence between tests. The utility of the extended model was demonstrated through application to bovine tuberculosis surveillance data from Northern and the Republic of Ireland. Simulation coupled with re-sampling techniques, demonstrated that the extended model has good predictive power to estimate the diagnostic parameters and true herd-level prevalence from surveillance data. Our methodology can aid in the interpretation of disease surveillance data, and the results can potentially refine disease control strategies.

Molecular tools in the diagnostic and epidemiology of infections caused by members of Mycobacterium avium Complex

Mycobacterium avium Complex (MAC) comprises microorganisms that affect a wide range of animals including humans. The most relevant are Mycobacterium avium subspecies hominissuis (Mah) with a high impact on public health affecting mainly immunocompromised individuals and Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis (Map) causing paratuberculosis in animals with a high economic impact worldwide. In this work, we characterized 28 human and 67 porcine Mah isolates and evaluated the relationship among them by Multiple-Locus Variable number tandem repeat Analysis (MLVA). We concluded that Mah population presented a high genetic diversity and no correlations were inferred based on geographical origin, host or biological sample. For the first time in Portugal Map strains, from asymptomatic bovine faecal samples were isolated highlighting the need of more reliable and rapid diagnostic methods for Map direct detection. Therefore, we developed an IS900 nested real time PCR with high sensitivity and specificity associated with optimized DNA extraction methodologies for faecal and milk samples. We detected 83% of 155 faecal samples from goats, cattle and sheep, and 26% of 98 milk samples from cattle, positive for Map IS900 nested real time PCR. A novel SNPs (single nucleotide polymorphisms) assay to Map characterization based on a Whole Genome Sequencing analysis was developed to elucidate the genetic relationship between strains. Based on sequential detection of 14 SNPs and on a decision tree we were able to differentiate 14 phylogenetic groups with a higher discriminatory power compared to other typing methods. A pigmented Map strain was isolated and characterized evidencing for the first time to our knowledge the existence of pigmented Type C strains. With this work, we intended to improve the ante mortem direct molecular detection of Map, to conscientiously aware for the existence of Map animal infections widespread in Portugal and to contribute to the improvement of Map and Mah epidemiological studies.

Évaluation de la prévalence individuelle et de troupeau de quatre pathogènes d'importance dans les troupeaux laitiers biologiques du Québec

INTRODUCTION La production biologique contribue de façon significative aux défis du développement durable. Les infections à Mycobacterium avium sous-espèce paratuberculosis (MAP), Neospora caninum (NC), au virus de la diarrhée virale bovine (BVD) et au virus de la rhinotrachéite infectieuse bovine (IBR) sont bien reconnues pour affecter de manière significative la production dans les élevages laitiers. Il n’existe toutefois aucune donnée sur l’importance de ces pathogènes dans les troupeaux biologiques. HYPOTHESE Ces quatre pathogènes sont présents dans les troupeaux laitiers biologiques, mais leur prévalence est moindre par rapport à l’élevage conventionnel. OBJECTIFS Estimer les séroprévalences de NC, MAP, BVD, IBR dans les troupeaux laitiers biologiques québécois. MÉTHODOLOGIE Dans la province du Québec, 60 troupeaux laitiers biologiques ont été sélectionnés aléatoirement. Un échantillon sanguin a été prélevé sur 30 vaches adultes, pour l’évaluation de NC et MAP, et sur 5 animaux plus de 6 mois non vaccinés, pour l’évaluation de BVD et IBR. Une détection d’anticorps par ELISA, pour NC et MAP, et par séroneutralisation pour BVD et IBR a été réalisée sur les sérums obtenus. Un questionnaire a été rempli par chaque éleveur. RÉSULTATS La séroprévalence individuelle de NC et MAP, avec un intervalle de confiance de 95%, étaient de 4.1% (3.2%-5.2%) et 0.8% respectivement (0.0%-1.3%). La séroprévalence de troupeau de NC, MAP, BVD, IBR, si au moins un animal est positif dans un troupeau étaient de 50.8%, 20.3%, 37.3%, 31.0% respectivement. Ces séroprévalences étaient de 30.5%, 3.4%, 28.8% et 18.9%, respectivement, si au moins deux animaux sont positifs. La taille du troupeau a un effet significatif sur le statut de BVD (p=0.02) et il y a une bonne corrélation entre le statut BVD et IBR (Kappa-0.54). DISCUSSION/CONCLUSION La séroprévalence individuelle de NC, MAP, IBR semblent être moindre dans les troupeaux laitiers biologiques comparativement au conventionnel. Il ne semble pas y avoir de grandes différences entre la séroprévalence du BVD des troupeaux biologiques et celle des conventionnels.

Étude prospective des causes de mortalité chez l'espèce caprine avec emphase sur la lymphadénite caséeuse

En Amérique du Nord, et particulièrement au Canada, il y a très peu de données sur l’incidence des causes de mortalité chez l’espèce caprine. Le premier objectif de cette étude était de déterminer les principales causes de mortalité chez les chèvres au Québec. Depuis 2006, avec l’arrêt de la vaccination contre la lymphadénite caséeuse, les éleveurs de caprins laitiers et de boucherie du Québec ont rapporté une recrudescence des abcès chez leur bétail. Le second but de cette étude était de déterminer l’importance de la lymphadénite caséeuse dans le dépérissement et la mortalité des chèvres du Québec. Cent-cinquante-deux chèvres provenant de 13 élevages différents ont été soumises pour nécropsie et la cause de mortalité, de même que la présence d’abcès (s’il y a lieu), leur localisation et leur cause furent compilés. Les mortalités proportionnelles étaient, par ordre décroissant : l’entérotoxémie de type D (n= 26; 17,1%), la pneumonie (n= 21; 13,8%), la paratuberculose (n= 16; 10,5%), listériose encéphalitique (n= 10; 6,6%), la toxémie de gestation (n= 8; 5,3%), l’arthrite-encéphalite caprine (n= 7; 4,6%) et la lymphadénite caséeuse (n= 6; 3,9%). La lymphadénite caséeuse a été diagnostiquée chez 24,3% des chèvres soumises, mais sans être une cause majeure de dépérissement ou de mortalité. Les abcès étaient internes dans 54,1% des cas. Au total, la paratuberculose a été diagnostiquée chez 29 chèvres (16 en étant décédées) et fut considérée comme une cause majeure de dépérissement, d’émaciation et de mortalité. Le développement et l’implantation de mesures préventives contre cette maladie seraient donc à envisager dans le futur.

Caractérisation épidémiologique de la maladie de Crohn au Québec

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Development of molecular-based techniques for the detection, identification and quantification of food-borne pathogens

La presencia de microorganismos patógenos en alimentos es uno de los problemas esenciales en salud pública, y las enfermedades producidas por los mismos es una de las causas más importantes de enfermedad. Por tanto, la aplicación de controles microbiológicos dentro de los programas de aseguramiento de la calidad es una premisa para minimizar el riesgo de infección de los consumidores. Los métodos microbiológicos clásicos requieren, en general, el uso de pre-enriquecimientos no-selectivos, enriquecimientos selectivos, aislamiento en medios selectivos y la confirmación posterior usando pruebas basadas en la morfología, bioquímica y serología propias de cada uno de los microorganismos objeto de estudio. Por lo tanto, estos métodos son laboriosos, requieren un largo proceso para obtener resultados definitivos y, además, no siempre pueden realizarse. Para solucionar estos inconvenientes se han desarrollado diversas metodologías alternativas para la detección identificación y cuantificación de microorganismos patógenos de origen alimentario, entre las que destacan los métodos inmunológicos y moleculares. En esta última categoría, la técnica basada en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) se ha convertido en la técnica diagnóstica más popular en microbiología, y recientemente, la introducción de una mejora de ésta, la PCR a tiempo real, ha producido una segunda revolución en la metodología diagnóstica molecular, como pude observarse por el número creciente de publicaciones científicas y la aparición continua de nuevos kits comerciales. La PCR a tiempo real es una técnica altamente sensible -detección de hasta una molécula- que permite la cuantificación exacta de secuencias de ADN específicas de microorganismos patógenos de origen alimentario. Además, otras ventajas que favorecen su implantación potencial en laboratorios de análisis de alimentos son su rapidez, sencillez y el formato en tubo cerrado que puede evitar contaminaciones post-PCR y favorece la automatización y un alto rendimiento. En este trabajo se han desarrollado técnicas moleculares (PCR y NASBA) sensibles y fiables para la detección, identificación y cuantificación de bacterias patogénicas de origen alimentario (Listeria spp., Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis y Salmonella spp.). En concreto, se han diseñado y optimizado métodos basados en la técnica de PCR a tiempo real para cada uno de estos agentes: L. monocytogenes, L. innocua, Listeria spp. M. avium subsp. paratuberculosis, y también se ha optimizado y evaluado en diferentes centros un método previamente desarrollado para Salmonella spp. Además, se ha diseñado y optimizado un método basado en la técnica NASBA para la detección específica de M. avium subsp. paratuberculosis. También se evaluó la aplicación potencial de la técnica NASBA para la detección específica de formas viables de este microorganismo. Todos los métodos presentaron una especificidad del 100 % con una sensibilidad adecuada para su aplicación potencial a muestras reales de alimentos. Además, se han desarrollado y evaluado procedimientos de preparación de las muestras en productos cárnicos, productos pesqueros, leche y agua. De esta manera se han desarrollado métodos basados en la PCR a tiempo real totalmente específicos y altamente sensibles para la determinación cuantitativa de L. monocytogenes en productos cárnicos y en salmón y productos derivados como el salmón ahumado y de M. avium subsp. paratuberculosis en muestras de agua y leche. Además este último método ha sido también aplicado para evaluar la presencia de este microorganismo en el intestino de pacientes con la enfermedad de Crohn's, a partir de biopsias obtenidas de colonoscopia de voluntarios afectados. En conclusión, este estudio presenta ensayos moleculares selectivos y sensibles para la detección de patógenos en alimentos (Listeria spp., Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis) y para una rápida e inambigua identificación de Salmonella spp. La exactitud relativa de los ensayos ha sido excelente, si se comparan con los métodos microbiológicos de referencia y pueden serusados para la cuantificación de tanto ADN genómico como de suspensiones celulares. Por otro lado, la combinación con tratamientos de preamplificación ha resultado ser de gran eficiencia para el análisis de las bacterias objeto de estudio. Por tanto, pueden constituir una estrategia útil para la detección rápida y sensible de patógenos en alimentos y deberían ser una herramienta adicional al rango de herramientas diagnósticas disponibles para el estudio de patógenos de origen alimentario.

Modelling of Johne's disease control options in beef cattle: a decision support approach

Johne's disease in cattle is a contagious wasting disease caused by Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis (MAP). Johne's infection is characterised by a long subclinical phase and can therefore go undetected for long periods of time during which substantial production losses can occur. The protracted nature of Johne's infection therefore presents a challenge for both veterinarians and farmers when discussing control options due to a paucity of information and limited test performance when screening for the disease. The objectives were to model Johne's control decisions in suckler beef cattle using a decision support approach, thus implying equal focus on ‘end user’ (veterinarian) participation whilst still focusing on the technical disease modelling aspects during the decision support model development. The model shows how Johne's disease is likely to affect a herd over time both in terms of physical and financial impacts. In addition, the model simulates the effect on production from two different Johne's control strategies; herd management measures and test and cull measures. The article also provides and discusses results from a sensitivity analysis to assess the effects on production from improving the currently available test performance. Output from running the model shows that a combination of management improvements to reduce routes of infection and testing and culling to remove infected and infectious animals is likely to be the least-cost control strategy.