Epidemiological and clinical description of Candidatus Mycoplasma haemosuis, an emerging pathogen in pigs

Abstract

Candidatus Mycoplasma haemosuis is an emerging pathogen infecting pigs. It belongs to the group of uncultivable hemotrophic mycoplasmas. This group includes other long-known porcine representatives, i. e. Mycoplasma parvum und Mycoplasma suis. M. suis is the causative agent of infectious porcine anemia (IAP), a disease of great economic importance to the pig industry. Previously, Ca. M. haemosuis was only described in China, South Korea and Thailand, with no knowledge of its occurrence outside Asia or of its general clinical and economic importance in general. The present work investigates the occurrence of the novel hemotrophic bacterium and its clinical importance in Germany for the first time. For this, a quantitative real-time PCR was first successfully developed for the detection of Ca. M. haemosuis in pigs. The SYBR® Green-based PCR amplifies a 177-bp fragment of the Ca. M. haemosuis gap, which encodes the NAD-dependent glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH). Using this PCR, Ca. M. haemosuis was detected in a total of seven pigs during an acute clinical disease in May 2017. This represents the first detailed description of a disease induced by Ca. M. haemosuis and the first detection of this novel HM species outside of Asia. In a further study, the newly established PCR was used to comprehensively investigate the occurrence of Ca. M. haemosuis in clinically healthy animals of different age groups in Southern Germany. Ca. M. haemosuis was prevalent in 6.25% of the sows (n=208), in 4.50% of the piglets (n=622), in 17.50% of the pigs (n=200), and in 0.00% of the breeding boars (n=183). By sampling the piglets immediately after birth and prior to the first colostrum uptake, the possibility of a vertical transmission of Ca. M. haemosuis was also determined within this thesis. Since 76.92% of the Ca. M. haemosuis positive sows gave birth to at least one Ca. M. haemosuis positive piglet, a vertical transmission is regarded as very likely. HMs are known to be transmitted blood-dependent and thus, transmitted iatrogenic or via wounds from animal to animal. The detection of M. suis in blood-free excretions such as saliva, urine, nasal, and vaginal secretions from experimentally infected animals has initiated the discussion of additional, blood-independent transmission routes. Saliva (n=148) and urine samples (n=47) were also collected from the sows examined by blood sampling, semen samples (n=183) were also obtained from the examined boars and applied to Ca. M. haemosuis qPCR. The pathogen was not detected in any of the saliva, urine, or semen samples. On the one hand, this demonstrates the lack of suitability of blood-free sample materials for diagnostics; on the other hand, it highlights the blood-dependent transmission pathways known to date and thus strengthens the potential to limit infections through strict hygiene measures during veterinary procedures and through the control of bloodsucking arthropods. In conclusion, based on the newly established qPCR assay for the sensitive and specific detection of Ca. M. haemosuis, the present work provides the first clinical and epidemiological description of the emerging hemotrophic pathogen in pigs. Further, the qPCR assay will be the basis for future studies regarding the epidemiology as well as the clinical relevance and pathogenesis of Ca. M. haemosuis -infections in pigs.

Bei Candidatus Mycoplasma haemosuis handelt es sich um ein neuartiges Pathogen des Schweines, welches zu den hämotrophen Mykoplasmen (HM), einer Gruppe von nicht-kultivierbaren Bakterien, gehört. Zur Gruppe der HM gehören weiterhin zwei schon sehr lange beim Schwein bekannte Vertreter, nämlich Mycoplasma parvum und Mycoplasma suis. M. suis ist das ätiologische Agens der infektiösen Anämie der Schweine (IAP), einer Erkrankung mit großer wirtschaftlicher Bedeutung. Der neue HM-Vertreter Ca. M. haemosuis wurde dagegen erst vor kurzem und lediglich in China, Südkorea und Thailand beschrieben. Über das Vorkommen außerhalb Asiens sowie die klinische und wirtschaftliche Bedeutung ist bisher nichts bekannt. Im Rahmen der vorgelegten Dissertation wurde erstmals untersucht, ob die neu in Asien aufgetretene hämotrophe Bakterienspezies in Deutschland vorkommt und möglicherweise die Ursache von klinischen Symptomen sein könnte. Dazu wurde zunächst eine quantitative Real-time PCR für den Nachweis von Ca. M. haemosuis in Schweinen entwickelt. Die auf der SYBR® Green-Technologie basierende PCR amplifiziert ein 177-bp großes Fragment des Ca. M. haemosuis gap-Gens, welches für eine NAD-abhängige Glyceraldehyd 3-Phosphat Dehydrogenase codiert. Mittels dieser PCR konnte Ca. M. haemosuis in einer akuten klinischen Bestandserkrankung in insgesamt sieben Schweinen im Mai 2017 nachgewiesen werden. Dies stellt die erste detaillierte Beschreibung einer durch Ca. M. haemosuis induzierten Erkrankung und den ersten Nachweis dieses Bakteriums außerhalb Asiens dar. In einer weiteren Fragestellung wurde die neu etablierte PCR verwendet, um das Vorkommen von Ca. M. haemosuis in klinisch gesunden Tieren verschiedener Altersgruppen und Nutzungsrichtungen in Süddeutschland zu untersuchen. Dabei war Ca. M. haemosuis in 6,25% der Sauen (n=208), in 4,50% der Ferkel (n=622), in 17,50% der Mastschweine (n=200) und in 0,00% der Zuchteber (n=183) nachweisbar. Durch die Beprobung der Ferkel unmittelbar nach der Geburt und vor der ersten Kolostrumaufnahme konnten Rückschlüsse über eine mögliche vertikale Übertragung des Erregers gezogen werden. Da ein hoher Anteil von 76,92% der Ca. M. haemosuis positiven Sauen mindestens ein Ca. M. haemosuis positives Ferkel geboren hatten, ist eine vertikale Übertragung als sehr wahrscheinlich einzustufen. Hämotrophe Mykoplasmen werden für bekanntlich blutgebunden und somit iatrogen oder über Wunden von Tier zu Tier übertragen. Der Nachweis von M. suis in blutfreien Ausscheidungen wie Speichel, Urin, Nasen- und Vaginalsekret von experimentell infizieren Tieren hat die Diskussion um weitere, blutunabhängige Übertragungswege eröffnet. Von den untersuchten Sauen wurden auch Speichel- (n=148) und Urinproben (n=47), von den Ebern zudem Spermaproben (n=183) gewonnen und per PCR auf Ca. M. haemosuis untersucht. In keiner der Speichel-, Urin- oder Spermaproben konnte der Erreger nachgewiesen werden. Dies zeigt einerseits, dass blutfreies Probenmaterial für eine Ca. M. haemosuis-Diagnostik nicht geeignet ist, andererseits unterstreicht es die Bedeutung der bislang bekannten blutabhängigen Übertragungswege und auch die prophylaktische Bedeutung strikter Hygienemaßnahmen bei iatrogenen Eingriffen und der Bekämpfung von blutsaugenden Arthropoden. Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit die diagnostische Grundlage für den Nachweis von Ca. M. haemosuis geschaffen. Mittels des neu etablierten qPCR Tests erfolgte die erste klinische und epidemiologische Beschreibung des Erregers in Schweinen. Darüber hinaus stellt der qPCR-Test die Grundlage für künftige Studien zur Epidemiologie sowie zur klinischen Relevanz und Pathogenese von Ca. M. haemosuis Infektionen bei Schweinen dar.