Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Hicham Sid

 

 Host-pathogen interactions during mono- and multicausal infections of avian mucosal surfaces

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-108555

title (engl.)

Host-pathogen interactions during mono- and multicausal infections of avian mucosal surfaces

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2016

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/sidh_ss16.pdf

abstract (deutsch)

Die Interaktionen von verschiedenen Atemwegserregern mit der Schleimhautoberfläche von Geflügel können variieren und dadurch Unterschiede in der Pathogenese hervorrufen. Sekundärinfektionen können nicht nur die Erkrankung verkomplizieren, sondern auch die Diagnose der beteiligten Erreger erschweren. Das aviäre Influenza Virus (AIV) und Mycoplasma gallisepticum (M. gallisepticum) sind zwei primärpathogene Erreger, die beide einen starken Tropismus für Epithelien des oberen Respirationstraktes aufweisen. Koinfektionen mit diesen Erregern können zu einer erhöhten Mortalität führen. Der Mechanismus dieser möglicherweise synergistischen oder additiven Effekte zwischen M. gallisepticum und AIV sind jedoch bisher unbekannt.

Im ersten Teil der Studie wurden algerische Geflügelbestände auf mono- oder multikausale Infektionen mit Atemwegserregern untersucht (erstes Manuskript). Es konnte gezeigt werden, dass hauptsächlich multiple Infektionen mit mindestens zwei verschiedenen Errgern wie M. gallisepticum, M. synoviae, AIV, dem Virus der infektiösen Bronchitis (IBV) oder aviären Metapneumoviren (aMPV) vorlagen. Alle viralen Erreger wurden zum ersten Mal in algerischen Geflügelbeständen nachgewiesen.

Im zweiten Teil der Studie wurde die Wirt-Erreger-Interaktion bei einer Koinfektion mit M. gallisepticum und AIV mithilfe der Trachealorgankultur (TOC) als Modell für Schleimhautoberflächen untersucht (zweites Manuskript). TOC von Hühnern und Puten wurden mit M. gallisepticum infiziert, gefolgt von einer Inokulation mit AIV H9N2 nach 24 oder 72 Stunden. Je nach Zeitintervall zwischen den beiden Infektionen wurde die Replikation von H9N2 entweder gefördert oder unterdrückt. M. gallisepticum verhinderte die antivirale Genexpression, induzierte die Desialylierung der α-2,3-gebundenen Sialinsäuren und beeinflusste damit die Bindung von AIV an die Wirtszelle. Ultrastrukturelle Untersuchungen von koinfizierten TOC erlauben die Vermutung, dass beide Pathogene nicht nur an dieselbe Epithelzelle binden, sondern sie auch zusammen infizieren können. Diese Daten zeigen zum ersten Mal mögliche Mechanismen, mit denen eine M. gallisepticum-Infektion den Verlauf einer AIV-Infektion verändern kann.

Das Ziel des dritten Teils der Studie war die Etablierung einer Hühner-Magnum-Organkultur (MOC) als Modell zum Vergleich der Empfänglichkeit gegenüber verschiedenen Influenza-A-Subtypen (H9N2 und pandemisches H1N1 (pH1N1), drittes Manuskript). Der Verlauf der Infektion unterschied sich zwischen den beiden Stämmen. Aufgrund der Daten lässt sich ein Zusammenhang zwischen der Virusreplikationsrate in der Legedarmschleimhaut und der antiviralen Immunantwort vermuten. So war die IFN-λ-Expression bei H9N2 infizierten MOC signifikant erhöht. Zusammenfassend ermöglichen die Ergebnisse neue Einblicke in das Vorkommen von multiplen Infektionen mit Respirationserregern im Feld. Die Daten aus den In-vitro-Versuchen liefern Hinweise auf die möglichen Mechanismen mit denen M. gallisepticum die Pathogenese einer nachfolgenden AIV-Infektion beeinflussen kann. Die Expression von IFN-λ war gegenüber IFN-α sowohl in den TOC als auch den MOC nach einer AIV-Infektion erhöht, sodass auf eine signifikante antivirale Rolle von IFN-λ auf Schleimhautoberflächen geschlossen werden kann. Insgesamt erwiesen sich die eingesetzten TOC und MOC als gute Modelle zur Untersuchung der Wirt-Erreger-Interaktionen.

 

abstract (englisch)

Interactions of different respiratory pathogens with mucosal surfaces of poultry may vary and subsequently lead to differences in pathogenesis. Secondary infections may complicate the disease which is often accompanied by difficulties in diagnosis of participating pathogens. Avian influenza virus (AIV) and Mycoplasma gallisepticum (M. gallisepticum) are two primary pathogens that share high tropism for the upper respiratory tract. Co-infection with these two pathogens may lead to high mortality. Mechanisms behind possible synergistic or additive effects between M. gallisepticum and AIV are not known.

The first objective was to detect selected respiratory pathogens as mono- or multiple infections in Algerian poultry flocks (1st manuscript). We demonstrated the circulation of M. gallisepticum, M. synoviae, AIV, infectious bronchitis virus (IBV), and avian metapneumovirus (aMPV) mainly as multiple infections with at least 2 co-infecting pathogens. Phylogenetic analysis indicated the presence of variant IBV and aMPV subtype B field strains. All viral pathogens were detected for the first time in Algerian poultry flocks.

The second objective was to investigate host-pathogen interactions in the face of co-infection of M. gallisepticum and AIV at mucosal surfaces using tracheal organ cultures (TOC) as a model (2nd manuscript). TOC of chickens and turkeys were pre-infected with M. gallisepticum followed by AIV H9N2 inoculation after either 24h or 72h. H9N2 replication was either promoted or suppressed depending on the time interval between the two infections. M. gallisepticum inhibited the antiviral gene expression and induced desialylation of α-2,3 linked sialic acids which affected AIV attachment to the host cell. Ultrastructural analysis of co-infected TOC allowed the speculation that both pathogens may attach to and possibly infect the same epithelial cell. Data revealed for the first time possible mechanisms by which M. gallisepticum may modify the outcome of AIV-infection.

The third objective was to establish a chicken magnum organ cultures (MOC) model for the comparison of the susceptibility for different influenza A subtypes (H9N2 and pandemic H1N1 [pH1N1]) (3rd manuscript). The course of infection varied between both strains. Data suggest a possible correlation between virus replication rate at the mucosal surface of the oviduct and the induction of antiviral immune response, as determined by IFN-λ expression, being significantly upregulated for H9N2-infected MOC.

Taken together, our results provide new insights to the occurrence of multiple respiratory infections in the field. In vitro data provide circumstantial evidence about possible mechanisms of M. gallisepticum being involved in the modification of subsequent AIV pathogenesis. Both MOC and TOC showed higher expression levels of IFN-λ than -α after AIV-infection, supporting the speculation of its significant antiviral role at mucosal surfaces. TOC and MOC were suitable models to investigate host-pathogen interactions.  

 

keywords

Schleimhautoberflächen, Geflügel, Respirationserreger, Mucosal surfaces, poultry, respiratory pathogens

kb

1.392