Marco Roller
Vorkommen und Bedeutung von Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis Infektionen in zoologischen Gärten: Literaturübersicht und Untersuchungen im Zoologisch-Botanischen Garten Wilhelma
Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis (MAP) ist der Erreger der Paratuberkulose, einer ansteckenden, chronischen und typischerweise tödlich verlaufenden enterischen Erkrankung, welche bevorzugt Wiederkäuer betrifft, aber auch bei nicht-wiederkäuenden Arten beschrieben wurde.
Diese Arbeit fasst in einer Literaturstudie Informationen über den Zusammenhang von MAP-Infektionen und den resultierenden Erkrankungen bei Zootieren zusammen.
Veröffentlichte Berichte über den Nachweis von MAP sowie über die Übertragung und Epidemiologie in zoologischen Gärten wurden überprüft. Basierend auf dem Vorhandensein klinischer Symptome und den angewendeten diagnostischen Methoden (pathologische und histopathologische Untersuchungen, Serologie, Kultivierung oder Molekularbiologie von Kotproben oder Geweben) konnten die Fälle nach einheitlichen Terminologien und Falldefinitionen (exponiert, infiziert, erkrankt) kategorisiert und somit anfällige Familien identifiziert werden.
Infektionen und daraus resultierende Erkrankungen mit den typischen granulomatösen und Ziehl-Neelsen-positiven Läsionen im Darm werden häufig bei Boviden, Cerviden und Kameliden berichtet, obwohl die Diagnose in frühen Stadien der Pathogenese schwierig sein kann. Einzelberichte über eine klinische Paratuberkulose sind auch in Equidae und Cercopithecidae dokumentiert. Die Diagnose einer MAP-Infektion durch kulturelle Untersuchung oder PCR aus Gewebeproben ist in wenigen Berichten für Giraffidae, Suidae, Tapiridae, Callitrichidae und Procaviidae beschrieben. Positive serologische Tests oder der Nachweis von MAP aus Kotproben mehrerer anderer Arten deuten auf eine Exposition dieser Tiere hin, sollten jedoch immer mit Vorsicht interpretiert werden, da keine der beiden Methoden zur Bestätigung einer Infektion ausreicht. Die Einbeziehung dieser Zusammenstellung in die Überprüfung von Paratuberkulose als Differentialdiagnose, sobald chronische Abmagerung oder Durchfall in einem Bestand beobachtet werden, kann für die Interpretation und Klassifizierung positiv getesteter Tiere und die daraus resultierenden Konsequenzen für das Krankheitsmanagement von entscheidender Bedeutung sein.
In einem zweiten Teil der Arbeit wurde das Vorkommen von MAP im Zoologisch-Botanischen Garten Wilhelma in Stuttgart mittels serologischer und molekularbiologischer Methoden untersucht, um Rückschlüsse auf Exposition und Infektionsrisiko der Tierpopulation ziehen zu können.
Insgesamt wurden 30 von 381 eingelagerte serologischen Proben von Säugetierspezies, die während der routinemäßigen Bestandsbetreuung gesammelt wurden, in einem indirekten multi-species ELISA (ID-Vet) positiv für Mycobacterium avium Komplex Antikörper getestet. Positive Proben wurden anschließend in einem indirekten ELISA (IDEXX) auf spezifische Antikörper gegen MAP getestet und ergaben ein positives Ergebnis bei einer Netzgiraffe (Giraffa camelopardalis reticulata).
Gepoolte Kotproben und Sockentupferproben aus den Gehegen wurden von 22 Paarhufer- und 18 Primatenarten sowie von Klippschliefern (Procavia capensis) und Schabrackentapiren (Tapirus indicus) gesammelt. Alle Proben wurden mit negativen Testergebnissen in einem vor Ort eingesetzten mobilen Kofferlabor zum schnellen Nachweis von MAP, basierend auf der Rekombinase-Polymerase Amplifikationstechnologie (RPA) und mittels IS900 real-time Polymerase-Kettenreaktion (PCR) in einem Routinelabor untersucht. Zusätzlich wurden post-mortem Proben des Ileums, des Ileozökal-Lymphknotens und des Darminhaltes von 30 verstorbenen oder eingeschläferten Tieren in der MAP-PCR negativ getestet.
Darüber hinaus wurden alle extrahierten Proben auf das 16S rRNA-Gen von Mycobacterium Spezies und durch eine multiplex PCR zum Nachweis der spezifischen Insertionssequenzen IS901 und IS1245, welche zur Unterscheidung von Mycobacterium avium subspezies avium (MAA) und Mycobacterium avium subspezies hominissuis (MAH) verwendet wurden, getestet.
Die Ergebnisse legen nahe, dass trotz der Hinweise auf eine MAC und MAP Exposition des Bestandes das Vorhandensein von hochausscheidenden Tieren und einer kontaminierten Umgebung derzeit als unwahrscheinlich angesehen werden kann.
Aufgrund der intermittierenden Ausscheidung von MAP und einer möglicherweise langen und subklinischen Inkubationszeit mit einer geringen Anzahl ausgeschiedener Bakterien ist eine kontinuierliche Krankheitsüberwachung jedoch ratsam.
10. Summary
Marco Roller
Occurrence and relevance of Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis infections in zoological gardens: literature review and investigations at the Zoological and Botanical Gardens Wilhelma
Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis (MAP) is the causative agent of paratuberculosis, a contagious, chronic and typically fatal enteric disease that preferentially affects ruminants, but has also been described in several non-ruminant species.
This study rieviews information on the association of MAP infection and induced disease in zoo animals. Published reports concerning the detection of MAP and the transmission and epidemiology in zoological gardens were included. Based on the presence of clinical signs and associated diagnostic methods (pathological and histopathological examinations, serology, cultivation or molecular biology of feces or tissues), cases could be categorized by consistent terminologies and case definitions (exposed, infected, diseased) and susceptible families were identified.
Infection and disease with typical granulomatous and Ziehl-Neelsen positive lesions in the intestines are commonly reported in bovids, cervids and camelids, although diagnosis can be difficult in early stages of pathogenesis. Single reports of clinical paratuberculosis were also documented in Equidae and Cercopithecidae. The diagnosis of MAP infection by culture or PCR from tissue samples was described in few reports for Giraffidae, Suidae, Tapiridae, Callitrichidae and Procaviidae. Positive serological tests or detection of MAP from fecal samples of several other species suggest exposure but should always be interpreted with caution, as both methods are insufficient to confirm infection. The review suggests that the verification of paratuberculosis as a differential diagnosis, once chronic emaciation or diarrhea are observed within a collection, can be crucial for the interpretation and classification of positive-tested animals and the resulting consequences in disease management.
In a second part of the thesis, we determined the occurrence of MAP in the Zoological and Botanical Gardens Wilhelma in Stuttgart using serological and molecular biological methods, in order to draw conclusions about exposure and risk of infection of the animal population. Overall, 30 out of 381 frozen-stored serological samples of mammalian species, which were collected during routine health measures, tested positive for Mycobacterium avium complex antibodies in an indirect multi-species ELISA (ID-Vet). Positive-tested samples were subsequently examined for specific antibodies against MAP in an indirect ELISA (IDEXX) and gave one positive result in a reticulated giraffe (Giraffa camelopardalis reticulata).
Pooled fecal samples and boot swab samples from the enclosures were collected from 22 artiodactyl and 18 primate species, as well as from Rock hyraxes (Procavia capensis) and Malayan tapirs (Tapirus indicus). All samples were investigated with negative test results on-site in a mobile suitcase laboratory for the rapid detection of MAP, based on the recombinase polymerase amplification (RPA) technology, and by IS900 real-time polymerase chain reaction (PCR) in a routine diagnostic laboratory. In addition, post-mortem samples of the ileum, ileocecal lymph node and intestinal content of 30 deceased or euthanized animals were tested negative by MAP PCR.
Furthermore, all extracted sample matrices were tested for the 16S rRNA gene of Mycobacterium species and by a multiplex PCR to simultaneously detect the specific insertion sequences IS901 and IS1245, used for detection of Mycobacterium avium subspecies avium (MAA) and Mycobacterium avium subspecies hominissuis (MAH).
The results suggest that despite the indications of MAC and MAP exposure of the collection, the presence of high-shedding animals and a contaminated environment can currently be considered unlikely. However, due to the intermittent excretion of MAP and a possibly long and subclinical incubation period with small numbers of excreted bacteria, a continuous disease surveillance is advisable.
Danksagung
An dieser Stelle möchte ich mich abschließend herzlich bei denjenigen Personen bedanken, die maßgeblich zum Erfolg dieser Arbeit beigetragen haben.
Herrn Prof. Dr. Ralph Goethe gilt mein besonderer Dank für seine Bereitschaft zur wissenschaftlichen Betreuung dieser externen Doktorarbeit sowie für seine kontinuierliche Unterstützung und seinen stets wertvollen Rat.
Ein weiterer besonderer Dank gilt Herrn Prof Dr. Dr. Claus-Peter Czerny, der leider während der Anfertigung dieser Dissertation verstorben ist, für die Möglichkeit, dieses interessante wissenschaftliche Thema bearbeiten zu können.
Bei meinem wissenschaftlichen Betreuer aus Göttingen, Ahmed Abd El Wahed, PhD, bedanke ich mich vielmals für seine wegweisende Unterstützung und fachliche Betreuung, gerade in der Zeit nach Prof. Czernys Tod. Mein spezieller und herzlicher Dank gilt an dieser Stelle auch Dr. Sören Hansen und Susanne Böhlken-Fascher für ihre Einarbeitung und wertvolle Unterstützung während der Laborarbeiten.
Prof. Dr. Walter Oelemann danke ich vielmals für seine Unterstützung bei der Erstellung und der Überarbeitung des Review-Artikels.
Der Grimminger-Stiftung für Zoonosenforschung danke ich herzlich für die finanzielle Unterstützung dieser Arbeit.
Mein spezieller Dank gilt meinem Mentor Dr. Tobias Knauf-Witzens, dem ich überaus dankbar bin, für die Möglichkeit, dass ich im Rahmen dieser Doktorarbeit im Zoologisch-Botanischen Garten Wilhelma forschen, lernen und arbeiten durfte. Für diese wertvolle Chance und für das mir entgegengebrachte Vertrauen möchte ich mich ebenfalls bei Dr. Thomas Kölpin, Dr.
Marianne Holtkötter, Dr. Günther Schleussner, Dr. Ulrike Rademacher und Isabell Koch herzlich bedanken. Bei allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, und im speziellen bei Martina Balz, Dr. Annika Weigold und den Tierpflegerinnen und Tierpflegern der Krankenstation bedanke ich mich vielmals für all die unvergesslichen Erfahrungen und für eine wunderschöne und vor allem prägende Zeit in „Meiner Wilhelma“.
Den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der Pathologie des Chemischen und Veterinäruntersuchungsamtes Stuttgart danke ich herzlich für die kollegiale Zusammenarbeit und ihre Bereitschaft zur Entnahme der Sektionsproben.
Auch bei meinen Studienfreunden möchte ich mich an dieser Stelle für unsere gemeinsame Zeit in Hannover bedanken. Ich bin stolz und glücklich diesen wunderbaren Weg mit euch gemeinsam gegangen zu sein und freue mich auf das was kommt.
Der größte Dank aber gilt meinen Eltern, meinen Geschwistern und Jenny. Ihr seid mein Rückhalt, der als wichtigster Teil zum Erfolg dieser Arbeit beigetragen hat. Ohne euch wäre diese Promotion nicht möglich gewesen. Ich danke euch von ganzem Herzen, dass ihr immer für mich da seid und für eure bedingungslose Unterstützung. Ihr seid mir das Wichtigste!