Molecular epidemiological studies of Porcine circovirus 3, a novel virus identified in domestic pig and wild boar

Abstract

El Circovirus porcino 3 (PCV-3) es un virus descubierto recientemente en cerdos domésticos y jabalíes. El virus fue hallado por primera vez en 2016 mediante estudios metagenómicos, en animales afectados por fallo reproductivo, e inflamación cardíaca y multisistémica. Desde entonces, el virus se ha descrito circulando de forma generalizada en animales con diferentes presentaciones clínico/patológicas como en cerdos sanos. Por lo tanto, el objetivo principal de esta Tesis fue generar nueva información sobre la epidemiología molecular del PCV-3 en muestras de cerdos domésticos y jabalíes en España. En el primer estudio, la presencia de PCV-3 en la población porcina española se evaluó retrospectivamente de 1996 a 2017 en sueros de animales de diferentes fases de producción y condiciones clínico/patológicas. La detección del genoma de PCV-3 en estas muestras se realizó mediante PCR y secuenciación del genoma. Los datos obtenidos confirmaron que PCV-3 ha estado circulando en la población porcina española desde el año 1996. La frecuencia global de muestras PCR positivas para PCV-3 en el período de estudio fue 11.47% (75 de 654). El análisis filogenético de las secuencias obtenidas de PCV-3 mostró una alta identidad con las secuencias de PCV-3 ya conocidas. Aunque la información obtenida fue limitada, la presencia de PCV-3 no pareció estar relacionada con ninguna condición patológica específica ni asociada a ninguna fase de producción del cerdo. En el segundo estudio se evaluó la dinámica de la infección por PCV-3. Para ello se analizaron mediante PCR los sueros de 152 cerdos de 4 granjas de alto estatus sanitario y sin problemas clínicos. Los animales fueron monitorizados longitudinalmente 5-6 veces desde las 2 a 4 semanas de edad hasta el final de la fase de engorde. El genoma del PCV-3 se detectó en cerdos de todas las edades y granjas evaluadas; algunos animales presentaron una aparente infección a largo plazo durante un período que varió de 4 a 23 semanas. El análisis filogenético mostró una gran similitud entre las secuencias obtenidas y los genomas de PCV-3 de diferentes países disponibles en las bases de datos. Los resultados confirman que PCV-3 circuló en las granjas estudiadas en España, lo que sugiere que la infección probablemente sea generalizada en el país. La mayoría de los cerdos se infectaron durante su vida productiva, aunque no se encontró asociación con una edad específica. En el tercer estudio, se verificó la frecuencia retrospectiva de la infección por PCV-3 entre 2004 y 2018, así como en una población española de jabalíes capturados y recapturados. Los resultados obtenidos confirmaron la susceptibilidad del jabalí a la infección por el virus, mostrando alta frecuencia de detección de PCV-3 (221 de 518, 42.66%) y demostrando circulación al menos desde el año 2004. Los datos compilados sugieren que PCV-3 es aparentemente capaz de causar una infección persistente, ya que 5 de 10 jabalíes capturados/re-capturados positivos a PCV-3 mostraron positividad en muestreos separados por más de 5 meses. La frecuencia de detección del genoma de PCV-3 también fue investigada por primera vez en diferentes muestras de tejido y heces. Se detectó el genoma de PCV-3 en todos los tipos de tejido analizados. La cantidad de ADN en todas las muestras de PCR positivas para PCV-3 analizadas fue de moderada a baja. Todas las secuencias parciales y completas de PCV-3 obtenidas de jabalíes mostraron una elevada similitud nucleotídica (> 98%). En conclusión, los resultados obtenidos en esta Tesis proporcionan datos relevantes sobre la epidemiología de este nuevo virus, PCV-3, tanto en cerdos domésticos como en jabalíes. Además, la información filogenética sugiere una baja variabilidad genética de PCV-3, en contraste con otros virus de ADN monocatenario.

Porcine circovirus 3 (PCV-3) is a recently discovered circovirus species found in domestic pigs and wild boar. The virus was found in 2016, through metagenomic sequencing approach, in animals affected by reproductive failure, cardiac and multisystemic inflammation. Since then, the virus has been described in pigs with different clinical/pathological presentations as well as in healthy ones, with a widespread circulation. Therefore, the main objective of this Thesis was to gain insights into the molecular epidemiology of PCV-3 in samples from domestic pigs and wild boar from Spain. In the first study, the presence of PCV-3 in the Spanish pig population was retrospectively evaluated from 1996 to 2017 in sera from animals of different production phases and clinical/pathological conditions. The detection of PCV-3 genome in such samples was attempted by PCR and partial genome sequences were obtained from selected PCV-3 positive samples from different years. Compiled data confirmed that PCV-3 has been circulating in the Spanish pig population since 1996. The overall frequency of PCV-3 PCR positive samples in the study period was 11.47% (75 out of 654). Phylogenetic analysis of the PCV-3 obtained sequences showed high identity with the already known PCV-3 sequences, with low variations among years. Although the available information was limited, PCV-3 did not appear to be linked to any specific pathological condition or pig age-group. The second study aimed to assess the dynamics of PCV-3 infection by means of PCR in serum. A total of 152 pigs from 4 different healthy farms, which were sampled longitudinally five or six times from 2-4 weeks of age until the end of the fattening period, were analyzed. PCV-3 genome was found in pigs from all tested ages and farms; few animals had an apparent long-term infection during a period ranging from 4 to 23 weeks. Phylogenetic analysis showed high similarity among the obtained sequences and with available PCV-3 genomes from different countries. Results confirmed that PCV-3 circulated in all studied farms from Spain, suggesting that infection is probably widespread in the country. Most pigs got infection during their life, although PCV-3 did not appear to circulate mostly at any specific age. In the third study, the frequency of PCV-3 infection was retrospectively assessed in Spanish wild boar from 2004 to 2018, as well as in captured and re-captured animals. Obtained results confirmed the susceptibility of wild boar to the virus, showing high frequency of PCV-3 detection (221 out of 518, 42.66%) and demonstrating circulation at least since 2004. Compiled data suggests that PCV-3 is apparently able to cause persistent infection, since 5 out of 10 PCV-3 PCR positive captured/re-captured boars showed positivity in samplings separated for more than 5 months. The frequency of PCV-3 genome was also investigated for the first time in different tissue samples and feces, where all tested tissue types’ harbored PCV-3 genome. The amount of DNA in all tested PCV-3 PCR positive samples was moderate to low. All partial and complete PCV-3 sequences obtained from wild boar displayed high nucleotide similarity (>98%). In conclusion, the obtained results of this Thesis provide relevant data on the epidemiology of this novel virus, in both domestic pig and wild boar, which appear to be widespread. Moreover, the phylogenetic information suggests low genetic variability of PCV-3, in contrast with other single stranded-DNA viruses.