Culicoides fauna and bluetongue virus serotype 8 infection in South American camelid herds in Germany

Abstract

Bluetongue (BT) is a Culicoides-born infectious disease caused by bluetongue virus (BTV). From 2006 to 2010, BTV serotype 8 (BTV-8) spread throughout Europe, causing severe disease in domestic and some wild ruminant species and in an alpaca. Compulsory vaccination of susceptible animals was the most effective strategy to control and eradicate the BTV-8 epizootic in Europe. However, South American camelids (SAC) were not included in the BTV-8 vaccination programmes in Europe. The presented work elucidates the potential role of SAC in the epidemiology of BTV as reservoirs and risk for the ruminant population as well as the outcome of BTV-8 vaccination in SAC. The investigation of BTV-8 vectors, pathogenesis, epizootiology, diagnosis and immunoprophylaxis in SAC herds comprised four approaches: The entomological monitoring on SAC farms in Germany from 2008 to 2009 revealed a significantly high abundance of Culicoides belonging to the C. obsoletus and C. pulicaris complexes potential vectors of BTV. At the same time, a high seroprevalence was found in BTV-8 exposed SAC herds in Germany. However, no BTV RNA was detected in the analysed Culicoides midges and SAC blood although the BTV-8 epizootic was still going on. The unexpected virological results of these two studies prompted the investigation of BTV pathogenesis in SAC. Experimental infection of SAC with BTV-8 revealed considerable differences in their pathogenesis compared to ruminants. SAC displayed only very mild, unspecific clinical signs. BTV genome load was significantly lower than in bovine blood, was only transiently detected in SAC blood and rapidly declined after seroconversion. This matched the results of the blood-cell binding experiment, which demonstrated that significantly lower amounts of BTV-8 adsorbed to SAC blood cells compared to bovine blood cells. Therefore, whole blood, serum or plasma should be used for BTV diagnosis in SAC, but not blood cell pellets. Within the scope of this work, available serological and virological test systems were validated for BTV diagnosis in SAC. The crucial outcome of these three studies was the virological results indicating that SAC obviously play a negligible role in the epidemiology of this virus infection. Furthermore, BT is apparently not an important disease of SAC although fatalities may sporadically occur. The vaccination study demonstrated for the first time that SAC vaccinated twice with any one of the three inactivated BLUEVAC®-8, BTVPUR® AlSap 8 and Zulvac® 8 Bovis vaccines remain BTV-seropositive for over one year. However, seroconversion was only found in 79% of SAC vaccinated with a single dose. Furthermore, this is the first study demonstrating that colostral BTV-8 antibodies occur in crias from vaccinated dams for 2 to 7 months after birth. Good tolerance of the studied vaccines was reported retrospectively by SAC owners. This work provides vaccination recommendations to initiate an appropriate BTV-8 antibody response in SAC. The new insights obtained by the presented work provide an important basis for further research on particularities of BTV infection in SAC and on their protective immunity after BTV-vaccination. Additionally, these results will facilitate risk assessment and the design of policies for the control of BT in SAC herds in case of a BTV outbreak in the future. Die Blauzungenkrankheit (engl. Bluetongue, BT) ist eine von Culicoides übertragene Infektionskrankheit, welche durch das Blauzungenvirus (engl. bluetongue virus, BTV) verursacht wird. Das BTV Serotyp 8 (BTV-8) breitete sich in den Jahren 2006 bis 2010 über ganz Europa aus. Dabei verursachte dieses Virus schwerwiegende Erkrankungen bei Haus- und einigen Wildwiederkäuerarten sowie bei einem Alpaka. Die Pflichtimpfung empfänglicher Tiere erwies sich als die wirksamste Strategie diese Tierseuche zu bekämpfen. Allerdings wurden Neuweltkameliden (NWK) nicht in die Impfprogramme einbezogen. Die vorliegende Arbeit gibt Aufschluss über die potentielle Rolle von NWK in der BTV-Epidemiologie als Reservoire und Risikofaktoren für Wiederkäuerpopulationen und über die Wirkung von BTV-8-Impfungstoffen bei NWK. Die Untersuchungen zu Vektoren, Pathogenese, Epizootiologie und Diagnose von BTV-8 sowie die Immunprophylaxe gegen BTV-8 in NWK-Herden umfasste vier Herangehensweisen. Das entomologische Monitoring auf deutschen NWK-Betrieben in den Jahren 2008 und 2009 ergab eine signifikant hohe Abundanz von den Komplexen C. obsoletus und C. pulicaris angehörigen Culicoides, welche potentiell BTV-Vektoren sind. Zur gleichen Zeit wurde eine hohe Seroprävalenz in BTV-8 exponierten NWK-Herden in Deutschland festgestellt, obwohl die Tierseuche immer noch andauerte. Aufgrund der unerwarteten virologischen Ergebnisse dieser zwei Studien wurden Untersuchungen zur Pathogenese BTV-infizierter NWK durchgeführt. In einem Tierversuch zeigten sich beträchtliche Unterschiede zwischen der Pathogenese BTV-8-infizierter NWK und jener der Hauswiederkäuer. Bei NWK traten nur sehr milde, unspezifische klinische Symptome auf. Die BTV-Genomlast war signifikant geringer als in Rinderblut, wurde nur vorübergehend in NWK-Blut festgestellt und nahm nach der Serokonversion schnell ab. Dies stimmte mit den Ergebnissen des Blutzellbindungsexperiments überein, mit welchem demonstriert wurde, dass signifikant weniger BTV-8 an Blutzellen von NWK als an jene von Rindern adsorbierten. Aus diesem Grund sollte Serum oder Plasma für die BTV-Diagnose bei NWK verwendet werden, jedoch keine Blutzellen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden serologische und virologische Testsysteme für die Diagnose einer BTV-Infektion bei NWK validiert. Die entscheidendste Erkenntnis wurde anhand der virologischen Ergebnisse dieser drei Studien gewonnen. Diese wiesen darauf hin, dass NWK in der Epidemiologie dieser Virusinfektion eine vernachlässigbare Rolle spielen. Zudem ist BT offensichtlich keine bedeutsame Erkrankung für NWK, auch wenn sporadische Todesfälle auftreten können. Weitere Studien sind erforderlich, um die Möglichkeit einer BTV-Infektion von Culicoides-Vektorspezies zu untersuchen, die Blut virämischer NWK aufnehmen. In der Impfstoffstudie wurde erstmals demonstriert, dass NWK nach zweifacher Impfung mit einer der drei inaktivierten BLUEVAC®-8, BTVPUR® AlSap 8 and Zulvac® 8 Bovis Impfstoffe für die Dauer von über einem Jahr BTV-seropositiv bleiben. Dagegen war die Serokonversionsrate bei NWK, die nur eine Impfstoffdosis erhielten, deutlich geringer (79%). Des Weiteren wurden erstmals kolostrale BTV-8-Antikörper bei Fohlen von geimpften Muttertieren 2 bis 7 Monate nach der Geburt nachgewiesen. In einer retrospektiven Umfrage berichteten NWK-Besitzern eine gute Verträglichkeit der untersuchten BTV-8-Impfstoffe. Die meisten NWK-Besitzer berichteten retrospektiv eine gute Verträglichkeit der untersuchten BTV-8-Impfstoffe. Diese Arbeit liefert Impfempfehlungen, um eine angemessene BTV-8-Antikörperantwort bei NWK zu induzieren. Die neu gewonnen Erkenntnisse aus der vorliegenden Arbeit liefern eine wichtige Grundlage für weitere Untersuchungen zu den Besonderheiten der BTV-Infektion bei NWK und deren schützende Immunität nach einer BTV-Impfung. Zudem werden die Ergebnisse eine Risikobewertung und den Entwurf von Richtlinien für die BTV-Bekämpfung in NWK-Herden im Falle eines BTV-Ausbruches in Zukunft erleichtern.