Sero- und Virulenzgentypisierung von Glaesserella parasuis- und Actinobacillus pleuropneumoniae-Isolaten aus Deutschland

Glaesserella (G.) parasuis und Actinobacillus (A.) pleuropneumoniae stellen beim Schwein bedeutende Infektionserreger dar und können im Rahmen der Glässerschen Erkrankung bzw. der porzinen Pleuropneumonie zu massenhaften Tierverlusten führen. Beide Erreger aus der Familie der Pasteurellaceae zeichnen sich durch die Ausprägung zahlreicher Serotypen aus, die das wichtigste Differenzierungsmerkmal für Isolate der jeweiligen Spezies darstellen. Dabei ist der Bezug des Serotyps zur Virulenz bei G. parasuis unklar, während für A. pleuropneumoniae Ende des vergangenen Jahrhunderts das Serotyp-spezifische Auftreten der für die Virulenz hauptverantwortlichen Apx-Toxine beschrieben wurde. Da derzeit für beide Erreger keine aktuellen Daten zum Vorkommen von Serotypen und virulenzassoziierten Genen bei Isolaten aus Deutschland verfügbar sind, wurden in der vorliegenden Arbeit große Stammkollektive von G. parasuis (n=308) und A. pleuropneumoniae (n=222) mit molekulargenetischen Verfahren der Serotypisierung untersucht und hinsichtlich des Auftretens von virulenzassoziierten Genen charakterisiert. Bei G. parasuis wurde Serotyp 4 mit knapp 25% aller Isolate besonders häufig nachgewiesen, während Serotyp 3 nicht detektiert werden konnte. Die Serotypen 8, 10, 11, 14 und 15 wiesen jeweils Häufigkeiten unter 2% auf. Alle anderen Serotypen sowie nicht-typisierbare Isolate schwankten in ihrem Auftreten zwischen 3,6% und 12,3% des Kollektivs. Die weitergehende Differenzierung der Serotypen 5 und 12 (n=46) ergab eine Verteilung von 61% Serotyp 12 und 35% Serotyp 5 (4% nicht differenzierbar). Da die Unterscheidung von G. parasuis als asymptomatischer Schleimhautbesiedler oder virulenter Krankheitserreger bislang problematisch ist, wurden die leader sequence (LS-) und der Pathotyping-PCR als Verfahren der Virulenztypisierung auf das Stammkollektiv angewandt und mithilfe des klinischen Hintergrunds der Isolate („Silberstandard“) evaluiert. Dazu wurde das Kollektiv in die Gruppen der avirulenten Trägerisolate (n=29), der Pneumonie-assoziierten (n=204) sowie der systemischen Isolate (n=53) unterteilt. Hierbei konnte eine signifikante Assoziation zwischen Serotyp 6 sowie Serotyp 9 mit Trägerisolaten (n=29) beschrieben werden (p<0,0001 bzw. p=0,0007). Ergebnisse beider angewandter Verfahren der Virulenztypisierung klassifizierten diese Isolate vorwiegend als nicht virulent, sodass die beiden Serotypen in unserem Kollektiv als avirulente Schleimhautbesiedler angesehen werden können. Demgegenüber traten bei den pulmonalen und invasiven Isolaten vor allem die Serotypen 2, 4, 5, 12 und 13 auf. Eine Assoziation wurde hierbei lediglich zwischen Serotyp 4 und pulmonalen Isolaten entdeckt (p=0,036). Die beiden Verfahren der Virulenztypisierung klassifizierten die meisten pulmonalen und invasiven Isolate als virulent. Im Hinblick der Bewertung beider Verfahren der Virulenztypisierung bei Träger- und invasiven Isolaten konnte eine Überlegenheit der LS-PCR mit einer Testsensitivität von 90,6% und einer Spezifität von 72,4% gegenüber der Pathotyping-PCR (81,3% bzw. 66,7%) beobachtet werden. Im Gegensatz zu den Ergebnissen der Serotypisierung von G. parasuis wiesen jene von A. pleuropneumoniae eine stark asymmetrische Verteilung zugunsten des Serotyps 2 auf, dem knapp 2/3 (n=142) des Kollektivs angehörten. Darüber hinaus war im Vergleich zwischen den Isolatgruppen der Jahre 2010-2013 und 2018-2019 eine signifikante Zunahme von Serotyp 2 ersichtlich (p=0,0004). Neben der Dominanz von Serotyp 2 folgt mit etwa 15% Serotyp 9/11, während andere Serotypen von A. pleuropneumoniae sowie nicht-typisierbare Isolate nur marginal vertreten waren. In diesem Kontext ist besonders das Auftreten der neu beschriebenen Serotypen 16 (n=2) und 18 (n=8) interessant. Unsere Untersuchungen zeigten, dass diese „neuen“ Serotypen mit geringer Prävalenz, jedoch bereits seit geraumer Zeit in Deutschland vorkommen. Die Virulenzgentypisierung von A. pleuropneumoniae, die anhand des Nachweises von apx-Toxingenen durchgeführt wurde, wies größtenteils deren Serotyp-spezifisches Vorkommen auf und bestätigte damit die Erkenntnisse früherer Studien. Dies kann jedoch nicht ohne Weiteres für die von uns charakterisierten Isolate des Serotyps 18 übertragen werden, da 75% (n=6) aller Isolate dieses Serotyps einheitlich vom „typischen“ apx-Genprofil des Referenzstammes 7311555 abwichen. Da das apx-Profil dieses Referenzstammes lediglich anhand weniger Isolate festgelegt wurde, kann die Einteilung in typisch & atypisch bei Serotyp 18 aufgrund der vorliegenden Ergebnisse neu diskutiert werden. Des Weiteren war das äußerst geringe Vorkommen (n=2) von NAD-unabhängigen, sogn. Biovar II Isolaten bei A. pleuropneumoniae aus Deutschland ersichtlich. Zusammenfassend zeichnet sich G. parasuis, im Gegensatz zur nahen verwandten Spezies A. pleuropneumoniae, durch das gehäufte Auftreten vieler verschiedener Serotypen sowie deren inkonsistenten Ausstattung an virulenzassoziierten Genen aus. Bei Kombination der Serotypisierung mit der LS-PCR kann jedoch eine tragfähige Aussage über das Virulenzpotenzial gegeben werden. Demgegenüber lässt sich bei A. pleuropneumoniae eine konvergente Entwicklung zugunsten des Serotyp 2 mit einer konstitutiven Ausstattung an Genen der Apx-Toxine erkennen, wodurch bei A. pleuropneumoniae der Serotyp bis auf wenige Ausnahmen das Virulenzpotenzial eines Isolats gut widerspiegelt.