Pathophysiology of sarcoptic mange in Iberian ibex

Abstract

La sarna sarcóptica es una enfermedad parasitaria causada por el ácaro Sarcoptes scabiei. Afecta a mamíferos de todo el mundo, incluyendo al ser humano. En la fauna salvaje se considera una enfermedad emergente, pudiendo causar graves consecuencias poblacionales. La cabra montés (Capra pyrenaica) es un ungulado de montaña endémico de la Península Ibérica. Desde finales de los años 80, las poblaciones de cabra montés del sur y del este peninsular se han visto afectadas por esta parasitosis, con mortalidades variables que han llegado a superar el 90%. La mayoría de los estudios sobre la sarna en la cabra montés se han centrado en la epidemiología y los efectos poblacionales, por lo que no se conoce totalmente la fisiopatología y la patogenia de esta enfermedad en esta especie. En los dos primeros estudios de esta tesis, se analizaron las proteínas de fase aguda (PFA) (Estudio I) y se validó una prueba para la detección de inmunoglobulinas G (IgG) frente S. scabiei (Estudio II) en cabras monteses en libertad, tanto sanas como afectadas por sarna sarcóptica. En el Estudio I, se observó el aumento de las concentraciones de la proteína amiloide sérica tipo A y de la alfa-1 glicoproteína ácida, aunque en menor medida, en función de la extensión de las lesiones causadas por la sarna sarcóptica. Por el contrario, la concentración de haptoglobina no varió entre las cabras monteses sanas y las infestadas. Debido a la falta de un método diagnóstico de laboratorio efectivo, en el Estudio II se evaluaron tres ensayos por inmunoabsorción ligada a enzimas (ELISAs) para detectar IgG frente a S. scabiei en cabra montés, validando uno de los tres ELISAs que mostró una elevada especificidad y sensibilidad, al emplear el sistema de avidina-biotina. Los Estudios III y IV se llevaron a cabo con cabras monteses que presentaban diferentes alelos del gen DRB1 del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) clase II, infestadas experimentalmente con S. scabiei. Aunque todas las cabras infestadas desarrollaron lesiones compatibles con sarna sarcóptica, la evolución clínica varió desde lesiones extensas que afectaron la mayor parte de la superficie corporal hasta lesiones leves y recuperación clínica de la enfermedad (Estudio III). Sin embargo, estas diferencias clínicas no parecieron estar relacionadas con diferencias en el MHC. En las cabras monteses que desarrollaron cuadros clínicos graves de sarna se observó anemia, posiblemente relacionada con la inflamación causada por el ácaro, así como neutrofilia y linfopenia, probablemente debidas a las infecciones secundarias facilitadas por la sarna sarcóptica. La concentración de IgG también aumentó en función de la gravedad de las lesiones. Finalmente, en el Estudio IV se estudió la respuesta genómica de las cabras monteses frente a la infestación experimental con S. scabiei. En las cabras monteses con cuadros clínicos graves se observó un aumento de la expresión génica de vías relacionadas con la inmunidad y la inflamación, reflejo de la respuesta inmune generalizada, exacerbada e ineficaz inducida por el ácaro y de la respuesta frente las infecciones secundarias. Asimismo, las cabras monteses que se recuperaron mostraron un aumento de la expresión de genes relacionados con la presentación de antígeno y de activación de linfocitos T en la piel. Como resumen, la sarna sarcóptica produce cambios tanto sistémicos como locales, causando un aumento de PFA y anticuerpos, así como alteraciones hematológicas y en la expresión génica local y sistémica. Aunque las causas de las diferencias encontradas en la evolución clínica no han podido ser completamente dilucidadas, la inmunidad celular local cutánea puede ser clave en el control de la infestación. La detección de IgG mediante ELISA puede ser útil como método diagnóstico efectivo de la sarna sarcóptica en cabra montés, mientras que las PFA son un indicador pronóstico.

Sarcoptic mange is a parasitic skin disease caused by the burrowing mite Sarcoptes scabiei. It affects mammals worldwide, including humans. Sarcoptic mange in wildlife is considered an emerging disease, and can cause severe population declines. Iberian ibex (Capra pyrenaica) is a medium-sized mountain ungulate endemic to the Iberian Peninsula. Since the end of the ‘80s, the Iberian Ibex populations of Southern and Eastern Spain have been affected by mange, suffering variables mortalities reported to reach up to 90%. Most of the studies on sarcoptic mange in Iberian ibex have focused on the epidemiology and the population consequences of the diseases, thus existing a lack of knowledge about the pathophysiology and pathogenesis of this disease in this species. The two first studies of this thesis analysed the acute phase proteins (APP) (Study I) and validated a test for the detection of immunoglobulins G (IgG) against S. scabiei (Study II) in free-ranging Iberian ibexes, both healthy and affected by sarcoptic mange. In the Study I, an increase of serum amyloid protein type A (SAA) and in lower magnitude of alpha-1 acid glicoprotein (AGP) concentrations was observed, in correlation with the extent of the skin lesions caused by sarcoptic mange. Conversely, haptoglobin (Hp) concentration was not different between the healthy and infested ibexes. Since there is not an effective laboratory diagnostic method, in the Study II three enzyme-linked immunosorbent assays were evaluated for IgG detection against S. scabiei in Iberian ibex, and one of the three showed high specificity and sensitivity by using the avidin-biotin system, which allowed it to be validated. The Studies III and IV were carried out on Iberian ibexes with different alleles of the DRB1 gen of the major histocompatibility complex (MHC) class II, experimentally infested with S. scabiei. Although all the infested ibexes developed lesions compatible with sarcoptic mange, the clinical evolution varied from extensive lesions affecting most of the body surface to mild lesions and clinical recovering of the disease (Study III). However, such clinical differences seemed unrelated to MHC differences. The severely affected ibexes showed anaemia, possibly related to the inflammation caused by the mite, as well as neutrophilia and lymphopenia, probably due to secondary infections favoured by sarcoptic mange. Immunoglobulin G concentration also increased in agreement with the severity of the lesions. Finally, the Study IV addressed the genomic response of Iberian ibexes to the experimental infestation with S. scabiei. The severely affected Iberian ibexes showed an increase in the gene expression of pathways related to immunity and inflammation, agreeing with the exacerbated and non-effective generalized immune response induced by the mite and the response to secondary infections. Moreover, the Iberian ibexes that recovered showed an increase in the local skin expression of genes related with antigen presentation and T-lymphocytes activation. To summarize, sarcoptic mange induces both systemic and local changes in the Iberian Ibex, causing an increase in APP and antibodies, as well as haematological and local and systemic gene expression disorders. Although the causes of the differences found in the clinical evolution have not been completely elucidated, local skin cellular immunity may be key in controlling the infestation. Immunoglobulin G detection by ELISA can be a useful and effective diagnostic tool for sarcoptic mange in Iberian Ibex, while APP are a prognostic indicator.