Introduzione
Il microbiota respiratorio è composto da diverse comunità nell’uomo e nel bestiame. Nell’uomo, lo Staphylococcus aureus e lo Streptococcus pneumoniae sono spesso presenti nelle cavità nasali come commensali ma possono occasionalmente diventare patogeni significativi. I batteri con questo comportamento ambivalente patogeno-commensale sono stati soprannominati patobionti, sebbene i fattori chiave tra lo stato di commensali e quello di patogeni debbano ancora essere identificati.
Allo stesso modo, i bovini sani veicolano patobionti nelle loro cavità nasali, più comunemente membri della famiglia delle Pasteurellaceae: Histophilus somni, Mannheimia haemolytica e Pasteurella multocida. Nel Regno Unito, questi batteri sono stati frequentemente identificati in casi clinici di malattia respiratoria bovina (BRD), insieme a Mycoplasma bovis e a virus come il BRSV (virus respiratorio sinciziale bovino), il virus della parainfluenza-3 (BPI3-V), l’herpesvirus-1 bovino ( BHV-1) e il virus della diarrea bovina (BVDV). Nonostante l’importanza relativa di queste specie microbiche nello sviluppo della malattia e la loro capacità di passare dalla colonizzazione innocua del tratto respiratorio superiore all’infezione dannosa del tratto respiratorio inferiore vari certamente, la transizione può anche essere associata al possesso di specifici fattori di virulenza come la leucotossina in M. haemolytica.
La presenza di Pasteurellaceae sembra essere benigna in assenza di fattori predisponenti quali infezioni virali respiratorie o stress ambientale (ad es. temperatura, umidità, trasporto, miscelazione di gruppi di animali); si pensa infatti che questi fattori siano associati alla proliferazione batterica e alla migrazione nel tratto respiratorio inferiore, con conseguente polmonite. Le malattie respiratorie possono colpire i bovini di qualsiasi età, ma sono più comunemente osservate nei vitelli di età inferiore ai 6 mesi, in genere già stabulati o subito dopo il trasporto, da cui la terminologia clinica “polmonite enzootica” o “febbre da trasporto”. Si registrano perdite economiche significative che derivano dalla riduzione della produzione, dall’aumento della morbilità e della mortalità e per l’aumento dei costi di allevamento, cure veterinarie e misure preventive. Il controllo della BRD è diretto a migliorare le condizioni di gestione e prevenire le infezioni virali e batteriche attraverso la vaccinazione e la terapia antimicrobica. Tuttavia, sono comuni segnalazioni di resistenza agli antimicrobici, compresi i composti più recenti.
La presenza batterica nel tratto respiratorio superiore bovino è generalmente rilevata tramite coltura, ma ciò è problematico a causa della natura esigente degli organismi e della crescita eccessiva delle specie a crescita più rapida. I progressi nelle tecniche molecolari hanno permesso un’indagine approfondita di organismi attualmente difficili o impossibili da coltivare, ad esempio mediante PCR e sequenziamento. La Real-time PCR quantitativa (qPCR) è un metodo rapido e specifico per rilevare e misurare in modo affidabile la densità di specie batteriche in una gamma di campioni clinici. La TaqMan qPCR utilizza una sonda idrolitica5′ insieme ai primer oligonucleotidici per migliorare la specificità del dosaggio. La densità della presenza di patobionti respiratori bovini non è stata precedentemente studiata usando qPCR per determinare la carica dell’organismo, che può essere un importante predittore o determinante della malattia.
La presenza batterica viene spesso valutata nel tempo mediante ripetuti campionamenti e analisi per la presenza o l’assenza di organismi bersaglio. Inerentemente, questo approccio longitudinale genera “dati censurati per intervallo”, quando è noto che si verifica un evento di interesse in un intervallo. Nell’uomo, il trasporto pneumococcico del tratto respiratorio superiore è stato modellato usando “modelli di sopravvivenza esponenziale censurati ad intervallo” per determinare il tasso di clearance e la durata del trasporto, ma questi approcci sono usati raramente nella ricerca veterinaria.
Negli studi qui riportati, abbiamo ottimizzato tre saggi TaqMan qPCR per il rilevamento e la quantificazione di Histophilus somni, Mannheimia haemolytica e Pasteurella multocida nei tamponi nasali bovini e abbiamo applicato questi saggi all’indagine di tassi e densità della presenza nelle cavità nasali di vitelli sani. Utilizzando “analisi di sopravvivenza esponenziale censurati ad intervallo”, abbiamo modellato il tempo alla clearance batterica e studiato se il sesso e la densità della presenza influenzano la durata della veicolazione batterica nasale. Questo approccio offre nuove intuizioni sui modelli di trasporto delle Pasteurellaceae in animali sani. Caratterizzare le dinamiche di colonizzazione batterica in animali sani dovrebbe migliorare la nostra comprensione della biologia della veicolazione, compresa la dinamica di trasmissione, e a sua volta contribuire a creare strategie di prevenzione e controllo.
Abstract
Nel corso di questa ricerca sono stati studiati tre patobionti respiratori bovini in animali sani usando qPCR ottimizzata e validata per quantificare Histophilus somni, Mannheimia haemolytica e Pasteurella multocida su un ampio intervallo dinamico. È stato condotto uno studio longitudinale per studiare la presenza e la densità di questi batteri nelle cavità nasali di vitelli sani (N=60) alloggiati durante l’inverno in un’allevamento sperimentale. Le tre specie di patobionti hanno mostrato velocità di veicolazione e profili di densità notevolmente diversi. Nell’allevamento sono stati osservati alti tassi di veicolazione per P. multocida (95%) e H. somni (75%), mentre un numero inferiore di vitelli era positivo per M. haemolytica (13%). I tassi di veicolazione per tutte e tre le specie batteriche sono diminuiti nel corso dello studio che ha avuto una durata di 75 giorni, ma non tutti gli individui sono stati colonizzati nonostante la condivisione dell’ambiente e dello spazio aereo. I modelli di colonizzazione variavano da continui a intermittenti e differivano tra le specie di patobionti. I modelli di sopravvivenza esponenziale censurati per intervallo hanno stimato la durata mediana della veicolazione di H. somni e P. multocida rispettivamente a 14,8 (CI95%: 10,6–20,9) e 55,5 (CI95%: 43,3–71,3) giorni, e hanno scoperto che una veicolazione di P. multocida a densità più elevata era associato a una clearance più lenta (p=0,036). Questo lavoro offre approfondimenti sulle dinamiche della veicolazione dei patobionti e fornisce una potenziale piattaforma per ulteriori studi di raccolta e modellizzazione dei dati.
Insights into Pasteurellaceae carriage dynamics in the nasal passages of healthy beef calves
A. C. Thomas, M. Bailey, M. R. F. Lee, A. Mead, B. Morales-Aza, R. Reynolds, B. Vipond, A. Finn & M. C. Eisler
Scientific Reports volume 9, Article number: 11943 (2019)
