Epatite E: ruolo del suino nella trasmissione dell'infezione all'uomo, studio di prevalenza in aree rurali della Bolivia

L’infezione da virus dell’ epatite E (HEV) nei suini e nell’uomo è stata segnalata in diversi Paesi. Nei suini, il virus causa infezioni asintomatiche, mentre nell’uomo è responsabile di epidemie di epatite ad andamento acuto nei Paesi a clima tropicale o subtropicale con condizioni igieniche scadenti, di casi sporadici in quelli sviluppati. HEV è stato isolato anche in diversi animali e l’analisi nucleotidica degli isolati virali di origine animale ha mostrato un elevato grado di omologia con i ceppi di HEV umani isolati nelle stesse aree geografiche, avvalorando l’ipotesi che l'infezione da HEV sia una zoonosi. In America del Sud HEV suino è stato isolato per la prima volta in suini argentini nel 2006, mentre solo dal 1998 esistono dati sull’ infezione da HEV nell’uomo in Bolivia. In questa indagine è stato eseguito uno studio di sieroprevalenza in due comunità rurali boliviane e i risultati sono stati confrontati con quelli dello studio di sieroprevalenza sopra menzionato condotto in altre zone rurali della Bolivia. Inoltre, mediante Nested RT-PCR, è stata verificata la presenza di HEV nella popolazione umana e suina. La sieroprevalenza per anticorpi IgG anti-HEV è risultata pari al 6,2%, molto simile a quella evidenziata nello studio precedente. La prevalenza maggiore (24%) si è osservata nei soggetti di età compresa tra 41 e 50 anni, confermando che l’ infezione da HEV è maggiore fra i giovani-adulti. La ricerca di anticorpi anti HEV di classe IgM eseguita su 52 sieri ha fornito 4 risultati positivi. Il genoma virale è stato identificato in uno dei 22 pool di feci umane e l'esame virologico di 30 campioni individuali fecali e 7 individuali di siero ha fornito rispettivamente risultati positivi in 4/30 e 1/7. La Nested RT-PCR eseguita sui 22 pool di feci suine ha dato esito positivo in 7 pool. L’analisi delle sequenze genomiche di tutti gli amplificati ha consentito di stabilire che gli isolati umani appartenevano allo stesso genotipo III di quelli suini e presentavano con questi una elevata omologia aminoacidica (92%).

Infezione da virus dell'epatite E nel suino e nell'uomo: aggiornamento sulle metodiche diagnostiche di laboratorio

The first part of the thesis is a brief review on the most important aspects of HEV infection in human and swine, followed by an update on the laboratory techniques currently in use for the diagnosis of HEV infections in humans and animals. The second part refers on the results of two investigations carried out on the presence of HEV infection in swine farms in Toscana and Piemonte and on the presence of HEV infection in pigs and humans in some rural communities in Bolivia. HEV strains isolated from swine herds in Toscana and Piemonte were all included in the genotype 3, showing particular homology with Dutch porcine isolates, Spanish porcine and human isolates and British human isolates. The investigation carried out, with a random sampling, in the province of Cuneo, detected HEV infection with a prevalence of 46% on farms with a number of pigs greater than 500. HEV was detected in pigs and humans in rural communities in Bolivia and all the viral isolate were included in the genotype 3. Aminoacidic homology of human and swine isolates was estimated to be 92%. Results on the development of a Real Time RT-PCR to detect HEV are also reported. The used Real Time RT-PCR protocols, one step and two steps, exhibited good sensitivity to detect several Italian swine HEV strains with high rate of genetic variability.

Epidemiologia e caratterizzazione molecolare di virus emergenti responsabili di Zoonosi: Calcivirus e Virus dell'Epatite E

Il virus dell’Epatite E (HEV) e i calicivirus (norovirus e sapovirus) causano rispettivamente epatite acuta e gastroenterite. Questi virus sono considerati agenti eziologici emergenti rappresentando un problema di sanità pubblica e di sicurezza alimentare. Per HEV, è ormai confermata la trasmissione zoonotica, e il suino è considerato il principale serbatoio asintomatico. Norovirus e sapovirus infettano sia i bambini che gli adulti. Sebbene questi virus siano stati identificati anche negli animali, la possibile trasmissione zoonotica non è stata dimostrata in modo conclusivo. Il lavoro sperimentale condotto durante il Dottorato di Ricerca è stato focalizzato sullo studio degli aspetti biologici ed epidemiologici dell’infezioni causate da HEV e da calicivirus. Per la prima volta in Italia, i risultati ottenuti hanno dimostrato la presenza del virus HEV nei fegati di suini in fase di macellazione ed hanno confermato, attraverso la ricerca di anticorpi, un’elevata esposizione degli animali al virus. Inoltre, mediante la produzione di antigeni e reattivi immunologici, sono stati messi a punto test diagnostici per la ricerca di anticorpi contro HEV nel suino e nei cinghiali. Il lavoro svolto per la ricerca di calicivirus nel suino e nel bovino ha dimostrato la circolazione dei sapovirus in popolazioni di suini asintomatici e la presenza di norovirus nei vitelli affetti da diarrea acuta.Sono stati inoltre sviluppati reattivi immunologici, utilizzando proteine del capside di norovirus umano e bovino espresse con il sistema ricombinante baculovirus. Questi hanno permesso di evidenziare la presenza di anticorpi contro norovirus umano e bovino, in sieri di veterinari professionalmente esposti. Inoltre, sono stati utilizzati per sviluppare metodi per la concentrazione dei virus da matrici a bassa concentrazione.Infine, le VLP sono state utilizzate per valutare l’attivazione del sistema immunitario umano ex vivo. I risultati hanno dimostrato che le VLP di NoV stimolano il sistema immunitario attivando risposte di tipo Th1 e Th2 .

L'epatite E nei suidi: epidemiologia, diagnosi e filogenesi

Hepatitis E is an infectious viral disease with clinical and morphological features of acute hepatitis. The aetiological agent is the Hepatitis E virus (HEV). The disease represents an important Public Health problem in developing countries where is frequently epidemic and primarily transmitted by fecal-oral route. In the last few years, a certain number of sporadic cases have been also described in industrialized countries, Italy included. A swine HEV was first identified in 1997 and is now considered an ubiquitous virus. Human and swine strains from the same geographical region have shown to have a high level of nucleotidic omology and in experimental infections, the possibility of interspecific transmission of swine strains to humans and of human strains to non-human primates has been demonstrated. Furthermore, some seroepidemiological studies have demonstrated that people working in contact with swine have a higher risk to get infected than normal blood donors. Recently, cases of HEV hepatitis have been directly associated to the ingestion of uncooked tissues from pigs, wild boar or deer and today the disease is considered an emerging zoonosis. The aims of this thesis were: evaluate HEV prevalence in Italian swine herds (both in fattening and in breeding animals); investigate the possibility of finding HEV in livers used for human consumption; investigate if there is any correlation between HEV infection and the presence of macroscopical lesions; investigate HEV prevalence in a demographic managed wild boar population; phylogenetically analyse viral strains identified. During an internship period at Veterinary Laboratories Agency (Weybridge, UK), furthermore, swine samples at different stages of production and slurry lagoons have been analysed. Six swine herds located in North Italy have been sampled at different stage of production. The overall prevalence resulted 42%, and both breeding and fattening animals were positive for HEV infection. A longitudinal study has been conducted in a herd across all stages of production until the slaughtering age. Livers have been collected from the animals at the abattoir and 11.8% of them were positive for HEV infection. No correlations have been identified between HEV infection and macroscopical lesions in pigs affected by different pathological conditions. Of 86 wild boars tested 22 (25%) were positive for HEV. Of the swine tested in UK 21,5 % and 2 of the 9 slurry lagoons (22,2%) were positive for HEV infection. All the strains identified belonged to genotype 3 and showed high percentages of nucleotidic identity with humans and swine strains identified in Europe. The high prevalence detected in these studies confirms the widespread diffusion of HEV in swine populations in Italy and in UK. Phylogenetical analysis of identified strains, similar to those identified in autochthonous human hepatitis E cases of the same geographical area, confirm the hypothesis that pigs can be a font of zoonotical infection. The finding that a fraction of the livers inserted in the food chain are positive for HEV infection it’s of some concern for Public Health. The finding of a high HEV prevalence in all examined farms, together with the observation that infection may be sub-clinical and affect animals at slaughtering age, raise concern because of the possible risk of transmission of HEV to humans by either direct contact with infected pigs, indirect contact with environment and working instruments contaminated with pig feces, or ingestion of contaminated undercooked meat.

Patologia ed epidemiologia molecolare delle infezioni associate all'impianto

Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis are leading pathogens of implant-related infections. This study aimed at investigating the diverse distribution of different bacterial pathogen factors in most prevalent S. aureus and S. epidermidis strain types causing orthopaedic implant infections. In this study the presence both of the ica genes, encoding for biofilm exopolysaccharide production, and the insertion sequence IS256, a mobile element frequently associated to transposons, was investigated in relationship with the prevalence of antibiotic resistance among Staphylococcus epidermidis strains. The investigation was conducted on 70 clinical isolates derived from orthopaedic implant infections. Among the clinical isolates investigated a dramatic high level of association was found between the presence of ica genes as well as of IS256 and multiple resistance to all the antibiotics tested. Noteworthy, a striking full association between the presence of IS256 and resistance to gentamicin was found, being none of the IS256-negative strain resistant to this antibiotic. This association is probably because of the link of the corresponding aminoglycoside-resistance genes, and IS256, often co-existing within the same staphylococcal transposon. Moreover we investigated the prevalence of aac(6’)-Ie-aph(2’’), aph (3’) IIIa, and ant(4’) genes, encoding for the three forms of aminoglycoside-modifying enzymes (AME), responsible for resistance to aminoglycoside antibiotics. All isolates were characterized by automated ribotyping, so that the presence of antibiotic resistance determinants was investigated in strains exhibiting different ribopatterns. Interestingly, combinations of coexisting AME genes appeared to be typical of specific ribopatterns. 200 S. aureus isolates, categorized into ribogroups by automated ribotyping, i.e. rDNA restriction fragment length polymorphism analysis, were screened for the presence of a panel of adhesins genes, accessory gene regulatory (agr) polymorphisms and toxins. For many ribogroups, characteristic tandem genes arrangements could be identified. Surprisingly, the isolates of the most prevalent cluster, enlisting 27 isolates, were susceptible to almost all antibiotics and never possessed the lukD/lukE gene, thus suggesting the role of factors other than antibiotic resistance and the here investigated toxins in driving the major epidemic clone to the larger success. Afterwards, .in the predominant S. aureus cluster, the bbp gene encoding bone sialoprotein-binding protein appeared a typical virulence trait, found in 93% of the isolates. Conversely, the bbp gene was identified in just 10% of the remaining isolates of the collection. In this cluster, co-presence of bbp with the cna gene encoding collagen adhesin was a pattern consistently observed. These findings indicate a crucial role of both these adhesins, able to bind the most abundant bone proteins, in the pathogenesis of orthopaedic implant infections, there where biomaterials interface bone tissues. Moreover a PCR screening for the ebpS gene, conducted on over two hundred S. aureus clinical isolates from implant related infections revealed the detection of six strains exhibiting an altered amplicon size, shorter than expected. In order to elucidate the sequence changes present in these gene variants, the trait comprised between the primers was analyzed in all six isolates bearing the modification and in four isolates exhibiting the regular amplicon size. From nucleotide translation, the corresponding encoded protein was found to lack an entire peptide segment of 60 amino acids. These variants, missing an entire hydrophobic region, could actually facilitate current structural studies, helping to assess whether the absent domain is strictly necessary for a functional adhesin conformation and its contribution to the topology of the protein. This study suggests that epidemic clones appear to pursue different survival strategies, where adhesins, when present, exhibit diverse importance as virulence factors. A practical message arising from the present study is that strategies for the prevention and treatment of implant orthopaedic infections should target adhesins conjointly present in epidemic clones. Furthermore, the choice of reference strains for testing the anti-infective properties of biomaterials should focus on a selection of the most prevalent clones as they exhibit distinct profiles of adhesins.

Patologie da Porcine Circovirus tipo 2 (PCV2) nel suino

The main work involved the PMWS (Post-weaning multisystemic Wasting Syndrome), caused by PCV-2 (Porcine Circovirus type 2) that involved post-weaned pigs. Merial Italy has funded a study activity in which groups of 3-5 animals were sampled for lungs, tracheo-bronchial and superficial inguinal lymph nodes, ileum and tonsils. The protocol applied can be identified as a more diagnostic potential on the individual than on the group. PNP. Another investigation has been conducted to study proliferative and necrotizing pneumonia (PNP), a form of interstitial pneumonia in weaning and post-weaning pigs characterized by hypertrophy and hyperplasia of type II pneumocytes, coagulative necrosis and granular debris within alveolar spaces. Many studies suggest porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) and porcine circovirus type 2 (PCV2) as the main causes of the disease, but Aujeszky disease virus (ADV) and swine influenza virus (SIV) are also considered. An immunohistochemical study was carried out to evaluate the role of these viruses in PNP lesions in Italy. PNP results primarily associated with PRRSV, even if co-infection is characterized by more severe histological features. Reproductive pathology. A major risk factor for PCV2 infection is a viraemic episode taking place in pregnant sows with low antibody titer which is transmitted by specific PCV2 products of conception. PCV2 can infect the fetus even by vehicles through infected semen or ova, or as a result of infection of the genital tract. An investigation was carried out to identify the presence and localization of PCV2 in the genital tracts of sows experimentally infected with PCV2 and in their fetuses. The results obtained suggest that: conventional sows can be infected by intrauterine exposition; low antibody titres increase the probability of infection; PCV2 infection close to insemination time reduces the pregnancy rate; placental lesions may represent an additional cause of fetal suffering.

Epidemiologia delle strongilosi dell'asino: quali applicazioni per il controllo delle infezioni da elminti?

Strongylosis in equids, despite being very common, have never been studied from a strictly ecological point of view. Mathematical models are important ecological tools used to study the temporal dynamics of parasite populations, and are useful to study the effect of different biological parameters, as well as to analyse the outcome produced by perturbations such as anthelmintic treatments. This work describes the study of the temporal dynamics of strongyles infection in an organic donkey population, performed using coprological quantitative analysis and donkeys’ age as a proxy of the time of infection. Force of infection was then estimated for Strongylus vulgaris and small strongyles and the results used as the basis for the development of mathematical models. In particular, the comparison of models output and field data made it possible to estimate the transmission coefficient  and to consequently calculate the basic reproduction number R0 and the threshold host density. Small strongyles model includes hypobiosis and, more interestingly as never found in literature, a density-dependent development rate of hypobiotic larvae in adult parasites in order to simulate a negative feedback between larvae emergence from hypobiosis and adult parasite abundance. Simulations of pharmacological and environmental treatments showed that parasite eradication was possible for S. vulgaris only, while small strongyles, due to hypobiosis and density-dependent development rate of their hypobiotic larvae, are very difficult to control and impossible to eradicate. In addition, density-dependence in larval development has been demonstrated to act as a key factor in improving parasite population survival and abundance even in absence of human intervention.

Conservazione del seme sortato di suino

Gli spermatozoi di suino sottoposti alla procedura di sessaggio mediante citofluorimetria presentano una serie di modificazioni morfo-funzionali che compromettono nel tempo la loro sopravvivenza e la capacità fecondante. Questi spermatozoi, inoltre, a causa della sensibilità ai danni indotti dalla crioconservazione, vengono solitamente conservati allo stato liquido a 15-17°C, con conseguente ulteriore peggioramento nel tempo della qualità delle cellule spermatiche sessate. Lo scopo della ricerca è stato quello di valutare le modificazioni di alcune caratteristiche morfo-funzionali degli spermatozoi in seguito a sex-sorting e conseguente conservazione. Successivamente si è cercato di migliorare i parametri qualitativi del seme sessato mediante l’aggiunta di sostanze antiossidanti e la messa a punto di una nuova metodica di conservazione. I risultati ottenuti hanno evidenziato che la procedura di sessaggio e la conseguente conservazione per 24-26 ore a 15°C hanno indotto un peggioramento significativo delle caratteristiche morfo-funzionali (vitalità, integrità acrosomiale, quantità e distribuzione dell’Hsp70, capacità fecondante). Mentre l’azione degli antiossidanti non si è rivelata efficace nel miglioramento della qualità degli spermatozoi durante le fasi di colorazione e passaggio attraverso il citofluorimetro, l’azione congiunta del plasma seminale e degli antiossidanti superossido-dismutasi ed epigallocatechina-3-gallato ha indotto un miglioramento significativo della vitalità degli spermatozoi. Per la conservazione del seme di suino è stata testata la tecnica di incapsulazione in membrane di alginato di bario che permette, durante l’inseminazione artificiale, un rilascio graduale degli spermatozoi e l’utilizzo di un quantitativo inferiore di materiale seminale. L’applicazione di tale tecnica per la conservazione degli spermatozoi di suino sessati non sembra provocare un calo significativo della vitalità, dell’integrità acrosomiale e dell’efficienza totale di fecondazione rispetto al seme sortato e conservato diluito suggerendo futuri studi in vivo. Una migliore conoscenza dei danni indotti da queste tecnologie e la loro minimizzazione potrà stimolare in futuro l’utilizzo su vasta scala del seme sessato nel suino.

Ruolo del Porcine Circovirus tipo 2 (PCV2) nella patologia riproduttiva del suino

La tesi è organizzata in 4 capitoli: -nel primo vengono brevemente riferite le patologie associate all’infezione da PCV2 con particolare riferimento all’iter diagnostico ed al ruolo rivestito dall’esame istologico e dalla identificazione dell’agente eziologico in situ contestualmente alle lesioni istologiche; -nel secondo viene presentato un iter diagnostico originale da applicare in condizioni di campo, qualora si voglia accertare la presenza del PCV2 nei tessuti dei prodotti di natimortalità/aborto del suino. In specifico si riferisce all’applicazione del protocollo in 2 aziende ed i risultati vengono analizzati per una revisione critica del protocollo impiegato; -nel terzo vengono presentati i risultati di un protocollo di infezione con PCV2 per via genitale tramite seme infetto. Scrofe convenzionali sono state sincronizzate per l’estro e fecondate con un’unica dose di seme PCV2 negativo alla PCR (gruppo controlli) o sperimentalmente esposto al PCV2 (gruppo infette). I risultati vengono analizzati in funzione delle ripercussioni che l’infezione precoce in gravidanza può produrre sulla scrofa (mancata gravidanza, ritorno in calore), sui feti e sugli invogli fetali. Viene stabilito il ruolo protettivo degli anticorpi circolanti al momento dell’infezione, stante l’evenienza che un basso titolo anticorpale si associa a viremia prolungata e maggiore numero di feti positivi al virus; -nel quarto viene presentato un esperimento sovrapponibile a quello riferito nel capitolo 3, però con la presenza anche di un gruppo di soggetti convenzionali vaccinati ed infettati con PCV2 durante la fecondazione artificiale usando seme sperimentalmente esposto al virus. Nella discussione dei risultati vengono enfatizzati 2 aspetti importanti nell’epidemiologia dell’infezione da PCV2: la eliminazione di virus è fortemente ridotta dalla vaccinazione, con conseguenze verosimilmente positive sulla circolazione del virus negli effettivi dell’allevamento; l’esposizione uterina è protetta dalla vaccinazione, stante la bassa percentuale di placente infette nel gruppo dei soggetti vaccinati rispetto a quelli non vaccinati e nei controlli.