Infectious keratoconjunctivitis at the wildlife-livestock interface from mountain systems: dynamics, functional roles and host-mycoplasma interactions

Abstract

La queratoconjuntivitis infecciosa (QCI) és una malaltia ocular que afecta a ovins i caprins, tant domèstics com salvatges. La seva epidemiologia pot arribar a ser complexa i involucrar diverses espècies d’hostes a la interfase domèstic-salvatge de zones alpines. En aquest context, hipòtesis contràries sobre espècies reservori s’han formulat mitjançant dades epidemiològiques poc concloents. L’Objectiu principal d’aquesta tesi és proporcionar informació epidemiològica complerta per tal de inferir la funcionalitat de les diferents poblacions d’hostes presents als sistemes muntanyosos. En l’Estudi I i II, la situació epidemiològica de Mycoplasma conjunctivae es va avaluar en els ovins i caprins domèstics de tres zones muntanyoses, els Pirineus, la Serralada Cantàbrica (Nord Espanya) i la serralada del Karakorum (Himàlaia, Pakistan) per a tal d’avaluar quin risc poden suposar com a font de QCI per a la fauna salvatge simpàtrica. L’elevada prevalença trobada, junt amb la pràctica absència de signes clínics, suggereix que l’ovella (Ovis aries) és un bon hoste per al manteniment endèmic de M. conjunctivae. A més, Chlamydiaceae es va trobar de forma endèmica als ulls dels remugants domèstics de Pakistan i podria ser un factor predisposant per al desenvolupament clínica de QCI (Estudi II). A l’Estudi III, la dinàmica de M. conjunctivae i la seva epidemiologia molecular es va estudiar en les comunitats d’hostes domèstics i salvatges del Pirineu i la Serralada Cantàbrica. Els resultats van mostrar cicles epidemiològics selvàtics i domèstics separats al Pirineu. Clústers específics de soques de M. conjunctivae van ser mantinguts en algunes poblacions d’isards pirinencs (Rupicapra p. pyrenaica) sense la contribució substancial d’altres hostes. A més, es van observar diferents escenaris epidemiològics en les poblacions d’isard que van anar de la desaparició de M. conjunctivae a la persistència epidèmica i endèmica del micoplasma. La transmissió interespecífica de M. conjunctivae va ser puntualment constatada entre isard, mufló i ovella. Tot i que la gran majoria de casos de QCI trobats a l’isard no van ser originats per soques d’origen domèstic, les ovelles possiblement han tingut un paper històric important en la introducció de M. conjunctivae en les poblacions de fauna salvatge. Això és suggerit als Estudis II i III degut al consistent escenari epidemiològic trobat entre ovelles i isards simpàtrics. En l’Estudi IV, el curs d’una epizoòtia de QCI va ser estudiat en una població captiva de cabra salvatge (Capra pyrenaica), en la que la interacció micoplasma-hoste va evolucionar cap a signes clínics més lleus, menor càrrega bacteriana i possiblement una major persistència ocular del micoplasma. A més, aquest estudi proporciona evidències sobre el potencial rol que poden jugar els hostes salvatges en el manteniment de M. conjuntivae en diferents situacions epidemiològiques. Finalment, a l’Estudi V, es va explorar la presència de M. conjuntivae en localitzacions diferents als ulls i en relació amb la transmissió i persistència individual. La transmissió de M. conjuntivae és possible a través del contacte directe amb secrecions oculars i nasals i de forma indirecta mitjançant vectors (Musca sp.). A més, Mycoplasma conjunctivae es va detectar al conducte auditiu de diferents espècies d’hostes, fet que pot tenir implicacions epidemiològiques importants. En conclusió, els resultats d’aquesta tesi ressalten el capacitat de M. conjuntivae per a establir diferents interaccions amb els seus hostes i persistir a les poblacions mitjançant patrons de transmissió diferents. El paper de reservori o d’hospedador accidental està determinat tant per factors relacions amb el propi hospedador com amb el micoplasma. Les característiques de les poblacions d’hostes possiblement també modulen la interacció micoplasma-hoste mitjançant la connectivitat entre individus, la transmissió de M. conjuntivae i finalment determinar la seva persistència i el paper dels diferents hostes en el sistema.

La queratoconjuntivitis infecciosa (QCI) es una enfermedad ocular que afecta a ovinos y caprinos, tanto domésticos como salvajes. Su epidemiología puede ser compleja e involucrar diversas especies de hospedadores en la interfaz domestico-salvaje de zonas alpinas. En este contexto, hipótesis contrarias sobre especies reservorio se han formulado mediante datos epidemiológicos poco concluyentes. El objetivo principal de esta tesis es proporcionar información epidemiológica completa a fin de inferir la funcionalidad de los distintos hospedadores presentes en los sistemas montañosos. En el Estudio I y II, la situación epidemiológica sobre Mycoplasma conjunctivae se evaluó en ovinos y caprinos domésticos de tres zonas montañosas, Pirineo y Cordillera cantábrica (Norte Español) y la Cordillera del Karakorum (Himalaya, Pakistán), a fin de evaluar el riesgo que éstos pueden suponer como fuente de QCI para la fauna. Mycoplasma conjunctivae fue detectado frecuentemente en los rebaños de ovejas y cabras que pastan en las zonas alpinas de los Pirineos y del Karakorum, y de forma más esporádica en la Cordillera Cantábrica. La alta prevalencia encontrada, junto con la práctica ausencia de enfermedad ocular, sugiere que la oveja doméstica (Ovis aries) es un buen hospedador para el mantenimiento endémico de M. conjunctivae. Además, Chlamydiaceae se encontró presente en los ojos de rumiantes de Pakistán y podría ser un factor predisponente para el desarrollo clínico de la QCI (Estudio II). En el Estudio III, la dinámica de M. conjunctivae y su epidemiología molecular fue estudiada en la comunidad de hospedadores domésticos y salvajes del Pirineo y la Cordillera Cantábrica. Los resultados mostraron ciclos epidemiológicos selváticos y domésticos separados. Se observaron distintos escenarios epidemiológicos en las poblaciones de rebeco (Rupicapra p. pyrenaica), que fueron de la desaparición de M. conjunctivae a la persistencia endémica y epizoótica del micoplasma. La transmisión interespecífica de M. conjunctivae fue puntualmente constatada entre rebeco, muflón y oveja. A pesar de que la mayoría de casos de QCI encontrados en le rebeco no fueron originados por cepas de rebaños domésticos, las ovejas posiblemente han tenido un papel histórico importante en la introducción de M. conjunctivae en las poblaciones de fauna salvaje. Esto es sugerido en los Estudio II y III debido al consistente escenario epidemiológico encontrado entre ovejas y rebecos simpátricos. En el Estudio IV, el curso de una epizootía de QCI fue estudiada a largo plazo en una población cautiva de cabra montés (Capra pyrenaica), en la que la interacción micoplasma-hospedador evolucionó hacia signos clínicos más leves, menor carga bacteriana y posiblemente una mayor persistencia ocular del micoplasma. Este estudio además proporciona evidencias sobre el potencial rol que pueden jugar los hospedadores salvajes en el mantenimiento de M. conjunctivae en relación a distintas situaciones epidemiológicas. Finalmente, en el Estudio V, se exploró la presencia de M. conjunctivae en localizaciones distintas a los ojos en relación con su transmisión y persistencia individual. La transmisión de M. conjunctivae es posible a través de contacto directo con secreciones oculares y nasales y de forma indirecta mediante vectores (Musca sp.). Mycoplasma conjunctivae además se detectó en el conducto auditivo, lo cual puede tener implicaciones epidemiológicas importantes. En conclusión, los resultados de esta tesis resaltan la capacidad de M. conjunctivae para establecer distintas interacciones con sus hospedadores y persistir en las poblaciones mediante patrones de transmisión distintos. El papel de reservorio o hospedador accidental está determinado tanto por factores relacionados con el propio hospedador como con el micoplasma. Las características de las poblaciones susceptibles posiblemente también modulan la interacción micoplasma-hospedador mediante la conectividad entre individuos, transmisión de M. conjunctivae y finalmente determinar su persistencia y el papel de los distintos hospedadores en el sistema.

Infectious keratoconjunctivitis (IKC) is an ocular disease that affects wild and domestic Caprinae species. Epidemiology of IKC may rely in complex multi-host systems at the wildlife-livestock interface of alpine areas, where contrasting hypotheses of reservoir hosts have been proposed based on limited data. The main objective of this thesis is to provide comprehensive epidemiological data in order to infer the functional roles of domestic and wild host populations from mountain systems. In the Study I and Study II, the epidemiological situation of Mycoplasma conjunctivae in domestic small ruminants from mountain areas in two distant regions (Northern Spain and Pakistan), was studied in order to assess the potential source risk they suppose for their sympatric wild counterparts. Mycoplasma conjunctivae was commonly detected in the Pyrenees and the Karakoram mountain range, and more rarely in the Cantabrian Mountains. The relatively high prevalence of mostly asymptomatic infections observed suggests that sheep (Ovis aries) is a good host for the endemic maintenance of M. conjunctivae with a low cost (i.e. clinical signs and body condition). Chlamydiaceae was also endemic in the eyes of sheep and goats (Capra hircus) from Pakistan and could be a predisposing factor for IKC that needs of further research (Study II). The long-term dynamics of M. conjunctivae and its molecular epidemiology in the whole community of wild and domestic hosts from the Pyrenees and Cantabrian Mountains was assessed in the Study III. Results showed that independent M. conjunctivae sylvatic and domestic cycles occurred at the wildlife-livestock interface in the Pyrenees. Specific M. conjunctivae strain clusters were maintained in some Pyrenean chamois (Rupicapra p. pyrenaica) populations without the substantial contribution of other hosts. Furthermore, host population characteristics and M. conjunctivae strains resulted in different epidemiological scenarios in chamois, ranging from the fading out and the epidemic persistence in lower density populations to the endemic persistence in a higher density population. Nevertheless, incidental cross-species transmission of M. conjunctivae occurred between chamois and mouflon and between chamois and sheep. Despite most of the IKC cases in free-ranging chamois were not associated with concurrent sheep strains, domestic sheep may have been historically important for the introduction of M. conjunctivae in wild hosts. This is suggested in the Studies II and III by the consistent epidemiological scenario observed in sympatric sheep and chamois from the Cantabrian Mountains and the Pyrenees. In the Study IV, the transition from epizootic IKC to high prevalence of asymptomatic M. conjunctivae infections is described in a captive Iberian ibex (Capra pyrenaica) population, in which the host-mycoplasma interaction evolved to decreased clinical signs, lower mycoplasma loads and probably longer persistence in the eyes (Study IV). This study also provides evidences of the potential role of wild hosts in M. conjunctivae maintenance, associated to different and dynamic epidemiological scenarios. Finally, in the Study V, the detection of M. conjunctivae in other locations apart from the eyes was explored in different host species in relation to transmission routes and within-host persistence. Transmission of Mycoplasma conjunctivae has been reasserted to be possible through direct contact from ocular and nose secretions and indirectly by eye-frequenting flies (Musca sp.). Mycoplasma conjunctivae was also detected in the ear canals, which may have important epidemiological implications. Overall, the results obtained highlight the capacity of M. conjunctivae to establish diverse interactions with its hosts and persist in the population, also with different transmission patterns. Host populations and species can act either as maintenance hosts or as spill-over hosts depending on host- and M. conjunctivae-related factors. Population characteristics may also shape host-mycoplasma interaction through connectivity among individuals, M. conjunctivae transmission, and ultimately may determine its persistence and host functionalities in the system.