Torque teno sus viruses: pathogenesis in co-infection with Porcine circovirus type 2 and humoral immune responses during natural infection of pigs

Abstract

Los Torque teno sus viruses pertenecen a la familia Anelloviridae, e infectan tanto a cerdos como a jabalíes. En la actualidad, los TTSuVs se dividen en dos géneros, Iotatorquevirus para los TTSuV1, que incluye las especies: TTSuV1a y TTSuV1b; y Kappatorquevirus para los TTSuV2, que incluye las especies: TTSuVk2a y TTSuVk2b. Ambos géneros se caracterizan por tener una organización similar del genoma y por una gran variabilidad genética. Las consecuencias de la infección de los TTSuVs sobre su hospedador no son del todo claras. Ambos géneros se detectan con una prevalencia muy alta, tanto en poblaciones de cerdos sanos como enfermos. El virus se transmite principalmente tanto por vía horizontal como vertical; sin embargo, la ruta parenteral también sería posible, ya que se ha detectado la presencia de TTSuVs contaminando productos vacunales veterinarios. Tras la infección, los TTSuVs se distribuyen por la mayoría de los tejidos y órganos del cerdo. Aunque en la actualidad el papel patogénico de los TTSuVs aún no está claro, se cree que estos virus pueden agravar el curso de la enfermedad en asociación con otros patógenos comunes de los cerdos domésticos. Entre los virus concomitantes con los que se asocian destaca el Circovirus porcino tipo 2 (PCV2), responsable de la circovirosis porcina (CP), una enfermedad con consecuencias devastadoras en la población porcina. La relación existente entre los TTSuV y el PCV2 se basa en la mayor prevalencia de los TTSuVs en cerdos afectados por CP comparada con la de cerdos sanos. Sin embargo, la alta prevalencia de los TTSuVs en la población porcina y su alta variabilidad genética, combinados con una alta prevalencia de otros virus que también infectan a los cerdos, constituyen varios obstáculos en la comprensión del papel patogénico asociado a la infección por los TTSuVs. Al mismo tiempo, la falta de herramientas de diagnóstico eficaces ha sido una barrera en el progreso del conocimiento de los TTSuVs. El diagnóstico de la infección de los TTSuV se ha basado principalmente en la detección mediante la técnica de la PCR. El objetivo de los estudios realizados en esta Tesis fue el de contribuir a la comprensión del papel que desempeñan los TTSuVs en la infección del cerdo. Para poder llevarlo a cabo fue necesario desarrollar técnicas de diagnóstico eficaces para estudiar la epidemiología de TTSuVs. En el primer estudio se investigó la dinámica de la infección y la carga viral en suero de los TTSuV1 y TTSuV2. Se seleccionaron sueros de cerdos afectados de CP y, se compararon los valores de carga viral y prevalencia en sueros de cerdos sanos criados en condiciones equivalentes. Para poder llevar a cabo el estudio, previamente se puso a punto una técnica de PCR cuantitativa a tiempo real (qPCR). Se observó que la prevalencia de los TTSuVs era alta en los dos grupos de cerdos estudiados y para los dos virus. En el caso del TTSuV2, la carga viral fue significativamente mayor en los cerdos afectados por la CP. Tal diferencia no se observó en el caso del TTSuV1. También cabe destacar que los cerdos infectados por el TTSuV2 a edades más tempranas (semanas 1 y 3 de vida) fueron más propensos a desarrollar la CP. Por el contrario, dicha correlación no se observó para TTSuV1. En conjunto, los resultados obtenidos refuerzan la hipótesis de la asociación entre la infección por los TTSuVs y el desarrollo de la CP. En el segundo estudio se investigaron las cargas virales tanto del TTSuV1 como del TTSuV2 en tejidos de 20 cerdos (divididos en dos grupos: 10 sanos y 10 afectados por CP). De cada cerdo se investigaron un total de 7 tejidos, incluyendo pulmón, riñón, hígado, íleon, médula ósea, y los nódulos linfáticos mesentéricos y mediastínicos. La determinación de las cargas de TTSuV1 y TTSuV2 en tejidos se llevó a cabo usando la qPCR descrita anteriormente. Las cargas del TTSuV2 fueron significativamente mayores en los tejidos procedentes de cerdos afectados por la CP que en sus homólogos sanos y que las cargas virales del TTSuV1 para ambos grupos de cerdos. Las mayores cargas del TTSuV2 se observaron en la médula ósea, los nódulos linfáticos mediastínicos y en el hígado. Las mayores cargas del TTSuV1 se detectaron en la médula ósea, pulmón e hígado. Independientemente del estado de salud, la médula ósea fue el tejido donde se observaron las cargas virales más altas. En este estudio se concluyó que las cargas de TTSuV2 fueron significativamente mayores que las cargas de TTSuV1 en los tejidos analizados. Además, las cargas de TTSuV2 en tejidos de cerdos afectados por la CP fueron significativamente mayor que las cargas de TTSuV2 en los mismos tejidos procedentes de cerdos sanos. Por último, los TTSuVs se hallaron en un gran número de tejidos diferentes, e incluso es muy probable que otros tejidos que no se incluyeron en este estudio también pudieran estar infectados por TTSuVs. En el tercer estudio se desarrolló una técnica serológica de ELISA basada en la detección de la proteína recombinante ORF1-A de los TTSuVs. Al mismo tiempo, la carga de los TTSuVs en suero se cuantificó usando la qPCR desarrollada previamente. El ensayo ELISA se usó para estudiar el desarrollo de la respuesta inmune humoral frente a TTSuV1 y TTSuV2. Para ello, se realizó un estudio longitudinal en cerdos clínicamente sanos y en sus madres. Se detectaron IgGs anti ORF1-A en las muestras de suero, tanto frente al TTSuV1 como al TTSuV2. En el caso de TTSuV1, se observó una gran prevalencia de cerdos seropositivos en la semana 4 de vida; por el contrario, para el TTSuV2, el porcentaje de cerdos seropositivos en esa semana fue muy bajo. Se concluyó que los cerdos son capaces de desarrollar una respuesta inmune frente a la infección por los TTSuVs; sin embargo, la alta prevalencia de cerdos virémicos en presencia de IgGs anti ORF1-A sugiere que los anticuerpos no son capaces de eliminar los TTSuVs de la sangre.

Torque teno sus viruses (TTSuVs) belong to the family Anelloviridae and they infect swine and wild boar. Currently, TTSuVs infecting swine are divided into two separated genera, Iotatorquevirus for TTSuV1, including species: TTSuV1a and TTSuV1b, and Kappatorquevirus for TTSuV2, including species TTSuVk2a and TTSuVk2b. Both genera are characterized by similar genomic organization and high genomic variability. The impact of TTSuVs infection for the host is under discussion, since TTSuVs have been detected in high prevalence in healthy and diseased swine populations. Main described transmission routes are horizontal and vertical; nevertheless, the parenteral route is also possible due to the presence of TTSuVs contaminating veterinary vaccine products. In the infected host, TTSuVs are able to infect a variety of tissues and organs. However, the pathogenic role of TTSuVs is not yet clear. It is assumed they can be associated with other well-known swine pathogens, potentially worsening the prognosis of the disease. One of the most studied and harmful viruses in pig production is Porcine circovirus type 2 (PCV2), which is the essential cause of PCV2-systemic disease (PCV2-SD), a devastating disease for the swine industry. In fact, TTSuVs were linked to PCV2-SD triggering, based on the higher prevalence of TTSuVs observed in pigs suffering from PCV2-SD when compared with healthy counterparts. However, the high prevalence of TTSuVs in the swine population, the high genetic variability of TTSuVs, combined with high prevalence of other swine infecting viral pathogens constitute a hindrance in the understanding of the pathogenic role associated to TTSuVs infection. At the same time, the lack of effective diagnostic tools has been a barrier in the understanding of TTSuVs role or biology, as diagnosis of TTSuVs infection has been mainly based on polymerase chain reaction (PCR) detection. The studies carried out in this Thesis aimed to contribute to the understanding of the role played by TTSuVs in the pig. To go further into the study of TTSuVs, it was necessary to develop effective tools to study the epidemiology of TTSuVs.

In the first study, the dynamics of TTSuV1 and TTSuV2 loads was studied. For this, serum TTSuV loads of pigs affected by PCV2-SD were compared with appropriate healthy control animals. Such study was carried out by means of a newly developed real-time quantitative PCR (qPCR) method. Results from this study showed that TTSuVs prevalence was high in all studied pigs. TTSuV2 viral load was significantly higher in PCV2-SD affected pigs. Such difference was not observed for TTSuV1. Importantly, it was observed that early TTSuV2 infected pigs were more prone to develop PCV2-SD; on the contrary, such correlation was not observed for TTSuV1. Altogether, obtained data reinforced the hypothesis of the association between TTSuVs infection and PCV2-SD development. In the second study, TTSuV1 and TTSuV2 loads were investigated in tissues of 20 pigs (10 healthy and 10 PCV2-SD affected pigs). For each pig a total of 7 different tissues were analysed, including lung, kidney, liver, ileum, bone marrow, and mesenteric and mediastinal lymph nodes. TTSuV1 and TTSuV2 tissue loads were quantified by the previously developed qPCR. TTSuV2 load was significantly higher in tissues of PCV2-SD affected pigs when compared with healthy counterparts and with TTSuV1 load. For TTSuV2, the highest viral load was observed in bone marrow, mediastinal lymph node and liver, while it was bone marrow, lung and liver for TTSuV1. Regardless of the health status, bone marrow contained the highest viral load. It was observed that TTSuV2 loads in tissues were significantly higher than TTSuV1 tissue loads. Moreover, TTSuV2 tissue load in PCV2-SD affected pigs was significantly higher than TTSuV2 load in tissues of healthy pigs. Finally, TTSuVs had a wide range of tissue distribution, so, it is very likely that other tissues not included in this study would also be infected by TTSuVs. In the third study, Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay (ELISA) assays to detect antibodies against TTSuVs were developed based on the open reading frame (ORF) 1-A recombinant protein of both viruses. Concomitantly, the viral loads in the same examined sera were quantified using the developed qPCR. The ELISA assay was used to study the development of the humoral immune response against TTSuV1 and TTSuV2 in longitudinally sampled clinically healthy pigs and their dams. Anti-ORF1-A IgGs were found in serum of pigs and sows for both TTSuVs. In case of TTSuV1, a high percentage of seropositive pigs were detected at 4 weeks of age; on the contrary, for TTSuV2, percentage of seropositive pigs at the same age was very low. It was concluded that, pigs are able to mount a humoral immune response against TTSuVs. However, based on the high prevalence of viremic pigs in the presence of anti ORF1-A IgGs, it was suggested that these antibodies are not able to remove TTSuVs from blood circulation.