Betydelsen of biodiversitet inom det bakteriella släktet Brachyspira för patogenicitet och epidemiologi hos gris och fåglar

Sammanfattning av slutrapport
Tarmbakterier inom släktet Brachyspira kan isoleras från olika arter av däggdjur och fåglar. Det finns sju officiellt erkända och flera föreslagna arter. Flera arter kan orsaka diarrésjukdom, ökad dödlighet och/eller produktionsförluster inom gris- och fjäderfäproduktionen. Den mest kända arten är B. hyodysenteriae som orsakar den allvarliga diarrésjukdomen svindysenteri. I projektet har vi applicerat biokemiska och molekylära metoder för att studera biodiversitet och dess betydelse för diagnostik, patogenicitet och epidemiologi. Viktiga slutsatser är att brachyspiror har hög genetisk biodiversitet, otydliga artgränser och betydande geografisk spridning. Vilda andfåglar är sannolika naturliga reservoarer. Dessa fåglar bär på en mycket komplex intestinal brachyspiraflora som delvis delas med tamdjur som gris och höns. Det finns ingen enskild diagnostisk metod för säker identifiering av alla brachyspiraarter. Resultaten har praktisk betydelse för diagnostik, epidemiologi och bekämpning.

Populärvetenskaplig sammanfattning
Inledning
Tarmbakterier, som tillhör släktet Brachyspira (trivialnamn: brachyspira), kan isoleras från flera olika arter av däggdjur och fåglar. Brachyspiror är korkskruvsformade, rörliga och hemolytiska bakterier (kan spränga röda blodkroppar), som tillhör gruppen Spirochaetes (trivialnamn: spiroketer). Bland spiroketerna hittar man, förutom brachyspiror, flera andra viktiga sjukdomsframkallande bakterer som t.ex. Borrelia spp. (ger borreliainfektioner hos människa och djur), Leptospira spp. (ger leptospirainfektioner hos människa och djur) och Treponema pallidum (ger syfilis hos människa).

Internationellt sett är brachyspirainfektioner ett stort och ökande problem bland tamdjur, speciellt grisar och höns. För närvarande finns sju officiellt erkända och flera föreslagna arter inom släktet. Flera arter kan orsaka diarrésjukdom, ökad dödlighet och/eller produktionsförluster inom gris- och fjäderfäproduktionen. Den mest kända arten är B. hyodysenteriae, som orsakar den mycket allvarliga diarrésjukdomen svindysenteri. Brachyspira pilosicoli orsakar sjukdomen spiroketal diarré, som är en mildare tarmsjukdom hos gris. Många forskare anser att B. pilosicoli kan smitta mellan djur och människor (zoonos) och att den även kan orsaka tarmsjukdom hos människor. Arterna B. alvinipulli, B. intermedia, B. pilosicoli och B. hyodysenteriae orsakar tarmsjukdomar hos fåglar.

Syfte med studien
Tidigare forskning om brachyspiror i Sverige och andra länder har främst handlat om grisar. Kunskapen var därför ganska liten om förekomst hos andra djurslag, genetisk mångfald (biodiversitet) hos brachyspiror från andra djur än gris, och om spridningsvägar och möjliga naturliga värdar (reservoarer). Syftet med detta projekt var att vinna ökad kunskap inom dessa områden.

Resultat
Projektet har resulterat i en stor mängd nya resultat. Vi har visat att brachyspirabakterier har mycket större naturlig variation än vad som tidigare var känt och att ett värddjur kan samtidigt bära på flera arter eller varianter av en och samma brachyspira-art i tarmen. Andfåglar, särskilt gräsänder, verkar vara naturliga värddjur för brachyspiror. Vi har även rapporterat fynd av fem nya brachyspiror (”B. corvi”, ”B. muridarum”, ”B. muris”, ”B. rattus” och ”B. suanatina”). Den sistnämnda arten kan överföras mellan gräsänder och grisar samt orsakar svindysenteriliknande sjukdomssymptom hos gris. Inom ramen för projektet har vi utarbetat effektiva metoder för att renodla brachyspiror och att eliminera kontaminanter (bakterier av andra typer) från bakterieodlingarna, vilket kan vara ett betydelsefullt diagnostiskt problem. Vi har också beskrivit en ny gen, som minskar bakteriens känslighet för ß-laktamantibiotika till vilka penicillin hör. Liknande gener har tidigare aldrig påvisats hos brachyspiror från vilda djur.

Metod
Vi har använt olika fenotypiska och molekylära metoder för att bestämma vilka brachyspiror ett visst djur eller en viss flock kan bära på. Fenotypiska metoder används för att undersöka synliga egenskaper hos bakterien, t.ex. hur de tillväxer i laboratoriemiljö och vilka enzymer de kan bilda. Dessa egenskaper kan användas för att preliminärt skilja på brachyspiror. Molekylära metoder (t.ex. PCR och DNA-sekvensanalys av olika gener) används för diagnostik och för att undersöka variationen i bakteriens arvsmassa inom och mellan olika brachyspiror.

Slutsats och råd till näringen
I detta projekt har vi framförallt satt fokus på den ärftliga mångfalden hos brachyspirabakterier och vi har försökt att dra slutsatser om vad den betyder i praktiken för diagnostik och epidemiologi. Bakteriernas höga grad av genetisk mångfald och det faktum att många värddjur bär på flera varianter samtidigt har tidigare ofta förbisetts och det försvårar laboratoriediagnostiken. Våra resultat kommer i förlängningen att bidraga till förbättrad diagnostik. Den nya kunskapen om att det finns en naturlig reservoar (andfåglar) ger helt nya aspekter på hur bakterierna sprids i naturen och på möjligheterna att förebygga och eliminera smittan. Våra resultat tyder på att brachyspiror också kan spridas från vilda andfåglar via t.ex. träck eller dricksvatten till tamdjur. Fortsatta undersökningar behövs för att ta reda på betydelsen av våra fynd, men den viktigaste smittvägen bland grisar är sannolikt grisen själv. Risken för smitta kan sannolikt minskas genom goda smittskyddsrutiner på gården, framför allt att undvika kontakt mellan tamdjur och andfåglar, och att inte ge grisar och höns dricksvatten från vattendrag och insjöar. Fynden av en frilevande reservoar innebär också att det kan vara svårt att helt utrota sjukdomen svindysenteri.

Behov av vidare studier
Det faktum att änder ofta är koloniserade av flera olika arter och/eller genetiska varianter samtidigt i samma del av tarmen kan utgöra en grund för genetiskt utbyte mellan bakterierna, som i sin tur möjligen kan leda till brachyspira-bakterier med nya egenskaper. Brachyspiror kodar nämligen i sin kromosom för en s.k. profag, som bär på en överföringsmekanism vilken slumpmässigt kan flytta delar av arvsmassan till andra brachyspiror och därigenom ge upphov till nya varianter med andra egenskaper än motagarcellen. Detta är således ett mycket angeläget framtida forskningsområde. Fynden av hittills okända Brachyspira-arter visar att vår kunskap är otillräcklig och vår studie visar mycket tydligt att det vinns behov av förbättrad diagnostik.