Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1822/41864

TitleTuberculosis in wild ungulates in the Iberian Peninsula: applying new methods for the epidemiological analysis of intra and interspecies transmission
Author(s)Santos, Nuno Gonçalo Carvalho Caroço dos
Advisor(s)Neves, Margarida Correia
Schmidt, Christian Gortázar
Issue date30-Mar-2016
Abstract(s)Bovine tuberculosis (bTB) is a chronic slow-progressing zoonotic disease of livestock and wildlife caused by infection with Mycobacterium bovis or the closely related Mycobacterium caprae, both members of the Mycobacterium tuberculosis complex (MTC). In the Iberian Peninsula bTB is maintained in a multi-host pathogen system, with M. bovis and M. caprae circulating between sympatric wild ungulates and free-ranging domestic ungulates. This epidemiological model was investigated as part of the present PhD thesis in order to elucidate the mechanisms of intra- and inter-specific transmission and the spatial epidemiology of bTB in Iberian wildlife. A systematic bibliographic review of the epidemiology of bTB in Iberian Peninsula suggests it is an endemic disease of autochthonous wild ungulates, with wild boar ( Sus scrofa) and red deer ( Cervus elaphus) acting as maintenance hosts. Bovine tuberculosis is an emergent disease in these species, with expansion from a core high-prevalence area in south-western Iberian Peninsula being fuelled by high host densities. Such high densities are due to intensive management for hunting purposes, including interventions such as removal of predators, fencing, translocation, artificial provision of food and water and even medication. We investigated MTC excretion routes and concentration of MTC in biological samples from potential routes of excretion and reported for the first time the detection of MTC excretion from 83.0 % (CI95 70.8–90.8 %) of naturally-infected wild boar and red deer. MTC DNA was amplified in all types of excretion routes (oronasal, bronchial-alveolar, fecal and urinary). MTC concentrations greater than the minimum infective doses for cattle, red deer or wild boar were estimated in excretion routes from wild boar and red deer. Also for the first time we provided evidence for the existence of a proportion of super-shedders within the naturally-infected populations of these host species (28.2 % of infected wild boar, CI95 16.6–43.8 %; and 35.7 % of infected red deer, CI95 16.3–61.2 %). These super-shedders are responsible for a disproportionately large amount of MTC excretion from infected wild ungulates. Also we defined an improved protocol for the molecular detection and estimation of the concentration of MTC and M. bovis/ caprae DNA in environmental samples and applied this protocol to assess MTC environmental contamination in areas with well-described distinct bTB prevalence in wildlife. We reported for the first time the widespread occurrence of MTC DNA in the environment in areas where bTB has a high prevalence in wildlife. Seasonal rates of detection of MTC in environmental samples can be as high as 39.6 % (CI95 27.6–53.6 %) in the spring. This contamination was detected in all types of a priori defined risk sites, where wild and domestic ungulates assemble, such as feeding and watering places. We also assessed the spatial epidemiology of wildlife bTB in Portugal based on serological and bacteriological culture surveys. As a first step we confirmed that elutes from absorbent paper is a valuable new tool for bTB serological surveys in wild boar populations. Our data allowed for the confirmation of bTB as an emerging disease in wildlife in Portugal, documenting a 47 % increase in prevalence in one area from 2005-06 to 2009-14. Also we confirmed previous data suggesting a strong spatial structure of wildlife bTB, with 2 spatial clusters identified in south- and centraleasternmost Portugal, in the periphery of the high-prevalence core area in central-southwestern Iberian Peninsula. Further we obtained 2 geographical risk models of bTB in wildlife at national and regional scales, both models generally agreeing with independent studies reporting MTC isolation from wild hosts. These results have implications for the design of control programs in wildlife, including the selective targeting of super-shedder individuals in culling actions, the identification of high-risk transmission sites as targets for the implementation of biosecurity measures and risk-based surveillance and control based on spatial risk models.
A tuberculose bovina (bTB) é uma doença zoonótica crónica e de progressão lenta, que afeta animais domésticos e selvagens, sendo causada pela infeção por Mycobacterium bovis ou por Mycobacterium caprae, ambos pertencentes ao complexo Mycobacterium tuberculosis (MTC). Na Península Ibérica a bTB é mantida num sistema multi-hospedeiro, em que M. bovis e M. caprae circulam em populações simpátricas de ungulados selvagens e domésticos. Este modelo epidemiológico foi objeto de estudo na presente tese de doutoramento, tendo em vista contribuir para o conhecimento dos mecanismos de transmissão intra- e inter-específica e da epidemiologia espacial da bTB na fauna selvagem Ibérica. Uma revisão sistemática da bibliografia sobre epidemiologia da bTB na Península Ibérica sugere que esta é uma doença endémica dos ungulados selvagens autóctones, sendo o javali ( Sus scrofa) e o veado ( Cervus elaphus) hospedeiros de manutenção. A bTB é uma doença emergente nestas espécies, sendo a expansão a partir do núcleo de alta prevalência no centro-sudoeste da Península Ibérica alimentado pelas altas densidades de hospedeiros selvagens. Essas densidades são mantidas artificialmente elevadas pelo maneio intensivo para fins cinegéticos, incluindo remoção de predadores, vedação, translocação, alimentação e abeberamento artificial e mesmo medicação. Investigámos também as potenciais vias de excreção e respetivas concentrações de MTC e documentámos pela primeira vez a excreção de MTC em 83,0 % (IC95 70,8–90,8 %) dos javalis e veados naturalmente infetados. Detetámos DNA de MTC em todos os tipos de vias de excreção estudadas (oronasal, bronquio-alveolar, fecal e urinária). Nestas vias de excreção estimámos concentrações de MTC superiores à dose mínima infetante para bovinos, veados e javali. Também pela primeira vez encontrámos evidência da existência de uma proporção de animais super-excretores na população infetada (28,2 % dos javalis infetados, IC95 16,6–43,8 %; e 35,7 % dos veados infetados, IC95 16,3–61,2 %), os quais são responsáveis por uma excreção de MTC desproporcionalmente elevada. Também no âmbito desta tese descrevemos um protocolo melhorado para a deteção e estimativa da concentração de DNA de MTC e M. bovis/ caprae em amostras ambientais, e aplicámos esse protocolo para caracterizar a contaminação ambiental com estas micobactérias em zonas com diferentes prevalências de bTB na fauna selvagem. Pela primeira vez reportámos uma contaminação ambiental generalizada por MTC em zonas onde a bTB tem uma prevalência elevada em populações de ungulados selvagens. A proporção de amostras positivas alcançou os 39,6 % (IC95 27,6–53,6 %) na primavera. Esta contaminação foi detetada em todos os tipos de zonas de risco previamente identificadas, onde ungulados domésticos e selvagens se concentram, como sejam zonas de alimentação e abeberamento. Também avaliámos a epidemiologia espacial da bTB em Portugal com base em rastreios sorológicos e cultura bacteriológica. Inicialmente validámos as eluições de sangue embebido em papel absorvente como um novo método para rastreios sorológicos de bTB em javali. Os resultados confirmaram que a bTB é uma doença emergente da fauna selvagem em Portugal, documentando um aumento de 47 % da prevalência numa zona entre 2005-06 e 2009-14. Também confirmámos a ocorrência de uma marcada estruturação espacial da bTB na fauna selvagem, com 2 agregados espaciais no sul- e centro-leste de Portugal, localizados na periferia do núcleo da alta prevalência anteriormente descrito no centro-sudoeste da Península Ibérica. Produzimos 2 modelos geográficos de risco da bTB na fauna selvagem à escala nacional e regional, estando ambos em concordância com relatórios independentes do isolamento de MTC em animais selvagens. O conjunto destes resultados tem implicações para o desenho de programas de controlo da bTB na fauna selvagem, nomeadamente através da remoção seletiva de super-excretores, da identificação de locais de alto risco de transmissão indireta como alvos de medidas de biossegurança e da vigilância e controlo da doença baseada nos modelos de risco espacial desenvolvidos no âmbito desta tese.
TypeDoctoral thesis
DescriptionTese de Doutoramento em Ciências da Saúde
URIhttp://hdl.handle.net/1822/41864
AccessOpen access
Appears in Collections:BUM - Teses de Doutoramento
ICVS - Teses de Doutoramento

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