Epidemiological investigation of bovine tuberculosis causes of herd breakdowns and persistence in Spain

Abstract

A Espanya, la prevalença de ramats amb tuberculosi ha disminuït del 11,1% el 1986 a 1,3% el 2011. Malgrat aquesta reducció en la prevalença, en els últims anys s'ha moderat el descens i l'actual situació epidemiològica de bTB planteja un desafiament cara a la consecució del estatus de país oficialment indemne de tuberculosi. Entre el 50 i el 60% dels ramats positius detecta cada any, són nous ramats positius, i la resta són ramats on la infecció persisteix des de l'any anterior. No es coneixen quines circumstàncies epidemiològiques condueixen a la introducció o la persistència de la infecció. Per tant, l'objectiu d'aquesta tesi és millorar el coneixement de l'epidemiologia de la bTB a Espanya mitjançant l'avaluació de les causes més probables d'infecció i els factors relacionats amb els ramats infectats de manera persistents. Per a l'estimació de les causes més probables d'introducció de la infecció en un ramat hem desenvolupat una metodologia basada en les diferents vies de transmissió de la bTB entre els ramats. S’han considerat set vies i per cada una s’ha realitzat un arbre de decisió sobre possibles riscos. A cada risc se l’hi ha assignat una probabilitat basada en opinió d'experts. Per a la gestió de dades i per al càlcul de les probabilitats de cada una de les diferents causes possibles s’han creat un parell de macros. D'acord amb els resultats dels 816 ramats estudiats (casos detectades principalment els anys 2010 i 2011), la majoria dels casos serien deguts al ressorgiment d'infeccions residuals que havien afectat anteriorment al ramat (39%, n = 316). La introducció de la infecció es va produir pel contacte amb animals silvestres en el 12% dels casos (n = 98), i a través de ramats veïns en el 10% (n = 85). En el 28% (n = 225) dels brots, no s’ha pogut determinar l'origen de la infecció. En 309 ramats, la diferència entre les dues causes amb la probabilitat més alta era petita (menys d'u), de manera, que per a aquestes granges tant la primera com la segona causa serien possibles. Dins d'aquest grup, la primera opció més freqüent va ser la infecció residual (69%, n = 214) i la segona de les opcions més freqüents era compartir les pastures amb altres granges (36%, n = 112) i la interacció amb la fauna silvestre (30%, n = 94). En comparar aquestes conclusions amb les dels veterinaris oficials que havien fet la investigació epidemiològica sobre el terreny, s’obté una concordança baixa; especialment en el cas de fauna silvestre. Dins del grup dels ramats on el veterinari només considerava una causa (és a dir, 309 ramats), en 124 la fauna silvestre va ser considerada com la causa més probable, mentre que nosaltres només ho varem concloure en 33 granges. Aquestes discordances podrien estar relacionades amb un diferent accés a les dades i també a percepcions diferents sobre la importància atribuïda a cada causa. Per tal d'avaluar els factors relacionats amb la persistència de bTB en granges es va realitzar un estudi de casos i controls on es va comparar granges infectades que es va eliminar fàcilment la bTB amb altres on es va tardar més de 5 anys. Totes les granges eren del sud d'Espanya i es van estratificar per grandària del ramat i la ubicació geogràfica (comarca). Es va omplir un qüestionari mitjançant entrevista personal en 150 ramats (80 controls i 70 casos) de les Comunitats d'Andalusia i de Castilla‐la Mancha. D'acord amb els resultats d'aquest estudi, les granges amb més superfície de pastures i amb veïns positius, tenien més dificultats per eradicar la infecció, per tant, eren més propenses a patir un brot de bTB persistent. Les probabilitats de persistència eren entre 1,1 i 5,0 vegades més gran en aquells ramats amb possible contacte amb el bestiar d'un ramat positiu veí. La probabilitat de persistència també es va associar amb la superfície de pastures. Les finques amb àrees de pastura més grans tenien una probabilitat entre 1,2 i 12,7 vegades més alta de tenir dificultats en l’eliminació que les finques amb àrees de pastures més petits. El maneig dels animals positius, com ara utilitzar vedelles de reposició de mares positives o no aïllar els animals positius, així com la presència de cabres dins de la granja semblen tenir també una influència en la persistència de bTB.

En España, la prevalencia de rebaños con tuberculosis ha disminuido del 11,1% en 1986 a 1,3% en 2011. A pesar de esta reducción, en los últimos años se ha moderado el descenso de la prevalencia y la situación epidemiológica actual de bTB plantea un desafío cara a la consecución del estatus de país oficialmente indemne de tuberculosis. Entre el 50 y el 60% de los rebaños positivos detectados cada año, son nuevos rebaños positivos, y el resto son rebaños donde la infección persiste desde el año anterior. No se sabe qué circunstancias epidemiológicas están implicadas en la introducción o la persistencia de la infección. Por tanto, el objetivo de esta tesis es mejorar el conocimiento de la epidemiología de la bTB en España mediante la evaluación de las causas más probables de infección y los factores relacionados con los rebaños infectados de forma persistente. Para la estimación de las causas más probables de introducción de la infección en un rebaño hemos desarrollado una metodología basada en las diferentes vías de transmisión de la bTB entre los rebaños. Se han considerado siete vías y por cada una de ellas se ha realizado un árbol de decisión sobre posibles riesgos. A cada riesgo se le ha asignado una probabilidad basada en opinión de expertos. Para la gestión de datos y para el cálculo de las probabilidades de cada una de las diferentes causas posibles se han creado dos macros. De acuerdo con los resultados de los 816 rebaños estudiados (casos detectados principalmente en los años 2010 y 2011), la mayoría de las nuevas infecciones en realidad son debidas al resurgimiento de infecciones que habían afectado anteriormente al rebaño (39%, n = 316). La introducción de la infección se produjo por el contacto con animales silvestres en el 12% de los casos (n = 98), y a través de rebaños vecinos en el 10% (n = 85). En el 28% (n = 225) de los brotes, no se ha podido determinar el origen de la infección. En 309 rebaños, la diferencia entre las dos causas con la probabilidad más alta era escasa (menos de uno), de manera que para estas granjas tanto la primera como la segunda causa serían posibles. Dentro de este grupo, la primera opción más frecuente fue la infección residual (69%, n = 214) y la segunda de las opciones más frecuentes era compartir los pastos con otras granjas (36%, n = 112) y la interacción con la fauna silvestre (30%, n = 94). Al comparar las conclusiones de nuestro estudio con las de los veterinarios oficiales que habían hecho la investigación epidemiológica sobre el terreno, se obtiene una concordancia baja, especialmente en el caso de fauna silvestre. Dentro del grupo de los rebaños donde el veterinario sólo consideraba una causa (es decir, 309 rebaños), en 124 la fauna silvestre fue la causa considerada como más probable para el veterinario, mientras que nosotros sólo lo concluimos en 33 granjas. Estas discordancias podrían estar relacionadas con diferencias en los datos a los que hemos tenido acceso así como a diferentes percepciones sobre la importancia atribuida a cada causa. Para evaluar los factores relacionados con la persistencia de BTB en granjas se realizó un estudio de casos y controles donde se compararon granjas infectadas donde se eliminó fácilmente la bTB con otras donde se tardó más de 5 años. Todas las granjas eran del sur de España y se estratificaron por tamaño del rebaño y ubicación geográfica (comarca). Se rellenó un cuestionario mediante entrevista personal en 150 rebaños (80 controles y 70 casos) de las Comunidades de Andalucía y de Castilla‐La Mancha. De acuerdo con los resultados de este estudio, las granjas con más superficie de pastos y con vecinos positivos, tenían más dificultades para erradicar la infección, por lo tanto, eran más propensas a sufrir un brote de BTB persistente. Las probabilidades de persistencia eran entre 1,1 y 5,0 veces mayor en aquellos rebaños con posible contacto con un rebaño positivo vecino. La probabilidad de persistencia también se asoció con la superficie de pastos. Las fincas con áreas de pasto mayores tenían una probabilidad entre 1,2 y 12,7 veces más alta de tener dificultades en la eliminación que las fincas con áreas de pastos más pequeños. El manejo de los animales positivos, tales como utilizar terneras de reposición de madres positivas o no aislar los animales positivos, así como la presencia de cabras dentro de la granja parecen tener también una influencia en la persistencia de la bTB.

In Spain, herd prevalence has decreased from 11.1% on 1986 to 1.3% on 2011. Despite this reduction on the prevalence, in the last years there has been just a moderate decline and the current bTB epidemiological situation poses a serious challenge towards the achievement of a national official tuberculosis free (OTF) status. In the country, approximately between 50 and 60% of the total bTB positive herds detected each year, are new positive herds, and the rest of the positives are herds that persist from the previous year. There is not a clear knowledge of the epidemiological circumstances that lead to the introduction or persistence of the infection. Therefore, the aim of this PhD was to improve the understanding of bTB epidemiology in Spain by assessing the most likely causes of infection and factors related with bTB persistent herds. To estimate the most likely causes of introduction of the infection on a herd we developed a methodology based on bTB routes of transmission between herds using decision trees. We considered seven routes as a possible cause of herd breakdown. In order to discriminate among them, probabilities were assigned within each decision tree based on expert opinion. Macros were used for data management and to calculate the probabilities of the different possible causes. According to the results of the 816 studied breakdowns (detected mainly in 2010 and 2011) most of the cases could be resurgence of residual infections that had previously affected the herd (39%, n=316). New introductions of the infection were produced by contact with wildlife in 12% of cases (n=98), and by neighboring herds in 10% of them (n=85). In 28 % (n=225) of the breakdowns, the origin of the infection remained unknown. In 309 herds, the difference between the first and the second cause with the higher probability was small (i.e., less than 1) so, for these herds, first and second possible causes of infection could be considered. Within this group the most frequent first option was residual infection (69%, n=214) and the most frequent second options were sharing pastures with other herds (36%, n=112) and interaction with wildlife (30%, n=94). The results of the comparisons between our conclusions and the ones of the veterinary officers conducting the epidemiological investigation on the field evidenced a low agreement. The lowest agreement was in the case of “wildlife”. Within the group of herds where the veterinary officer just considered one cause (i.e., 309 herds) in 124 Wildlife was considered as the most likely cause, while we just found evidences to suspect of this in 33 farms. These discrepancies could be related to differences on access to data and perception about the importance attributed to the different causes. In order to assess factors related to bTB persistence we conducted a case‐control study and compared persistent versus transient bTB infected farms from southern Spain. Farms were matched by herd size and geographical location (county). A questionnaire by personal interview was carried on 150 herds (80 controls and 70 cases) from Andalusia and Castilla La Mancha regions. According to the results of this study, farms with large pasture areas and positive neighbors had more difficulties in eradicating the disease and therefore, were more likely to suffer a persistent bTB outbreak. The odds of bTB persistence were between 1.1 and 5.0 times higher in those herds that had the possibility of contact with cattle from a neighbor positive herd. The probability of bTB persistence was also associated with the area of the pasture. Farms with larger pasture areas had odds between 1.2 and 12.7 times higher of having a persistent bTB episode than farms with smaller pasture areas. Management of positive animals such as making replacement from positive herds or not isolating positive animals and the presence of goats within the farm seem to have also an influence on bTB persistence.