Studies on Campylobacter hepaticus and possible co-factors contributing to the emerge of Spotty Liver Disease in layer-type chickens

Günther, Ella

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Studies on Campylobacter hepaticus and possible co-factors contributing to the emerge of Spotty Liver Disease in layer-type chickens

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Spotty Liver Disease (SLD) kann zu erhöhten Verlusten und einem Legeleistungsverlust bei Legehennen führen. Diese Erkrankung wurde nach den auffälligen Leberläsionen benannt, welche bei der Untersuchung von betroffenen Hühnern in Form von stecknadelkopfgroßen Lebernekrosen herausstechen. In den letzten Jahren rückte SLD immer mehr in den Fokus, da durch die vermehrte Haltung von Legehennen in Betrieben mit Zugang zu Ausläufen auch die Fallzahlen und damit die wirtschaftlichen Verluste angestiegen sind. Campylobacter (C.) hepaticus wurde in Verbindung mit Fällen von SLD bei Legehennen isoliert und die typischen Leberläsionen wurden in experimentellen Studien reproduziert. Das volle klinische Bild in Form von erhöhten Verlusten sowie der teilweise massive Legeleistungsverlust konnte in experimentellen Studien allerdings weniger erfolgreich induziert werden. Es wird angenommen, dass bestimmte Co-Faktoren die Schwere der Erkrankung verstärken. Stress sowie andere infektiöse Erreger könnten in der Pathogenese von SLD eine Rolle spielen. Es besteht ein dringender Bedarf, die möglichen Faktoren, die SLD verstärken zu ermitteln, um effektive Vorbeuge- und Bekämpfungsstrategien anwenden zu können.

Unser erstes Ziel war es daher, Legehennenbestände, die in den vorherigen Durchläufen klinische SLD zeigten, auf das Vorhandensein von C. hepaticus, einer klinischen SLD und die Produktionsparameter zu untersuchen, um mehr über mögliche auslösende Faktoren und die Persistenz von C. hepaticus im Bestand zu verstehen. Zwei Bestände mit braunen Legehennen wurden dafür ausgewählt und während des gesamten Durchganges regelmäßig untersucht. Das Vorhandensein von Leberläsionen in schwer erkrankten und verstorbenen Tieren sowie der Nachweis von C. hepaticus in der Leber und Galle wurden dokumentiert. Die Legeleistung sowie die generelle Herdengesundheit wurden erfasst und zusätzlich die Befunde der bestandsbetreuenden Tierärzte erfragt. Während der Studie trat SLD in Form von erhöhten Verlusten, Legeleistungsverlust und punktförmigen Leberläsionen in beiden Herden auf. C. hepaticus wurde erfolgreich nachgewiesen und isoliert, nicht nur von Legehennen mit Lebernekrosen, sondern auch von Tieren mit makroskopisch unauffälligen Lebern. Der Erregernachweis gelang bis zu 50 Wochen nach dem Auftreten erster klinischer Symptome einer SLD. Auf beiden Betrieben wurden Faktoren identifiziert, einmal Hitzestress und einmal eine Respirationserkrankung, die zeitlich mit dem Auftreten von klinischer SLD korrelierten und möglicherweise den Ausbruch der Erkrankung gefördert haben könnten.

Erfahrungen aus dem Feld zeigen, dass braune Legehennenlinien öfter von SLD betroffen sind als weiße Tiere. Zusätzlich wurde C. jejuni in einigen Fällen von SLD aus veränderten Lebern isoliert. In unserer zweiten Studie hatten wir daher das Ziel, den möglichen Einfluss des Legehennengenotypes sowie den Einfluss einer C. jejuni-Besiedlung auf das klinische Bild der SLD herauszustellen. Vier verschiedene Legehennenlinien, zwei Braunleger und zwei Weißleger wurden dafür ausgewählt und mit C. jejuni und/oder C. hepaticus mono- und co-inokuliert. Zum einen wurden drei Wochen alte Tiere der vier Genotypen mit C. jejuni inokuliert, zum anderen Hennen zu Beginn der Legespitze mit C. jejuni und/oder C. hepaticus. An Tag 3, 7, 14, 28 und 35 im ersten Versuch sowie an Tag 4, 7 und 14 im zweiten Versuch wurden die Tiere pathologisch-anatomisch auf makroskopische und mikroskopische Läsionen untersucht. Proben von Galle, Leber und vom Zäkuminhalt wurden für die Isolation und den Nachweis der beiden Campylobacter-Arten per qPCR entnommen.

Ein Einfluss des Genotypes deutete sich in den drei Wochen alten Tieren an, während dieser in adulten Legehennen nicht zu verzeichnen war, was möglicherweise mit der Reifung des Immunsystems zu erklären ist. C. hepaticus besiedelte die untersuchten Tiere nur zu einem geringen Prozentsatz: bei 3,0% der Tiere konnte C. hepaticus aus der Galle re-isoliert werden und 10,9% waren qPCR-positiv im Lebergewebe und/oder Zäkuminhalt. Nur eine Henne eines braunen Genotypes zeigte typische makroskopische und mikroskopische Leberläsionen. Zwei Weißleger-Hennen waren zwar mit C. hepaticus in der Galle besiedelt, zeigen aber makroskopisch keine Läsionen. Ein möglicher Einfluss der Legehennen-Genetik deutete sich in Bezug auf die Regulierung der Kolonisierung von C. hepaticus in der Leber zwar an, aber weitere Studien mit einer höheren Anzahl von Tieren sollten durchgeführt werden, um diese Ergebnisse zu bestätigen.

Unsere Studien zeigten, dass C. hepaticus auch auf deutschen Legehennenbetrieben zirkuliert und zu der Erkrankung der SLD beiträgt. Dass im Zusammenhang mit einem SLD-Ausbruch weitere Faktoren wie Hitzestress und andere Erkrankungen festgestellt wurden, unterstützt die Hypothese der SLD als multifaktorielle Erkrankung. Während unserer experimentellen Studie zeigte sich, dass SLD mit dem von uns verwendeten C. hepaticus-Isolat nur in einem geringen Prozentsatz der Tiere auszulösen war, unabhängig des genetischen Hintergrundes der Legehennenlinie. Auch diese Ergebnisse unterstützen die Vermutung, dass weitere Faktoren zur Entstehung einer klinischen SLD beitragen, wobei eine Besiedlung mit C. jejuni nicht obligatorisch ist.

Spotty Liver Disease (SLD) can cause increased mortality and decreased egg production in laying hens. The disease was named after the prominent miliary liver necroses that can be seen during necropsy of SLD affected chickens. This disease has gained greater attention during the last years with the change to more free-range housing of layers and therefore higher incidences of SLD causing economic losses. Campylobacter (C.) hepaticus was isolated from cases of SLD in the field and the typical liver lesions were reproduced experimentally. However, it has been difficult to induce the clinical disease with mortality and the sometimes drastic drop in egg production under experimental settings. Co-factors are speculated to play a potential role in exacerbating the severity of clinical SLD. Stress and possibly co-infecting agents may contribute to the pathogenesis of SLD. It is urgently needed to reveal possible predisposing factors for the development of SLD to find efficient prevention and control strategies.

Therefore, our first objective was to monitor layer flocks on farms with a history of SLD for C. hepaticus detection, clinical disease and production parameters to understand more about the persistence of the pathogen within a flock and to identify possible predisposing factors for clinical SLD. Two farms with brown layers were selected and monitored over one production cycle on a regular base. Furthermore, dead and moribund animals were collected and investigated for liver lesions and colonization of the liver/bile with C. hepaticus. Egg production and overall health of the flock was documented and communicated with the field veterinarians. SLD emerged on both farms during the study period and was characterized by increased mortality, drop in egg production and spotty liver lesions. C. hepaticus was detected and isolated from hens with macroscopic visible spotty livers. Additionally, isolation and detection of C. hepaticus were also successful from livers without macroscopic necroses up to 50 weeks after the emerge of clinical SLD. On both farms factors were identified, in one case heat stress and the other one respiratory disease, which occurred prior to SLD and may have triggered clinical SLD onset.

Field observations indicate that brown genotypes of layers seem to be more often affected by SLD than white genotypes. In addition, co-colonization with C. jejuni has sometimes been observed in birds with SLD. Therefore, our second objective was to determine a possible genotype effect on SLD development and elucidate the possible impact of C. jejuni on the clinical picture of SLD. Four different pure breed chicken lines, two brown egg shell and two white egg shell layers, were selected and mono- or co-inoculated with C. jejuni and/or C. hepaticus. Two experimental trials were conducted with either three-week-old birds of the four genotypes, which were mono-inoculated with C. jejuni, or hens at the peak of lay, which were mono- and co-inoculated with C. jejuni and/or C. hepaticus. At day 3, 7, 14, 28 and 35 (trial 1) and at day 4, 7 and 14 (trial 2) post inoculation birds were sacrificed and investigated pathological-anatomical for macroscopic and microscopic liver lesions. Bile, liver and cecal content were collected for the re-isolation and detection of both Campylobacter spp. via qPCR.

The genotype seemed to influence the colonization pattern of C. jejuni in young birds, but this finding was not observed in adult birds, which may correlate with a difference in the maturation of the immune system. The number of birds colonized with C. hepaticus was low with 3.0% birds positive for replicating C. hepaticus in bile and 10.9% birds positive in liver and/or cecal content by qPCR. Only one brown layer of 101 inoculated birds with C. hepaticus developed a macroscopic visible spotty liver with typical microscopic lesions. Two other white genotype chickens were colonized in bile but showed no macroscopic visible lesions. We speculate that the genotype affects the control of C. hepaticus colonization in the liver. Further studies are needed with a larger number of birds to confirm these observations.

Our investigations clearly demonstrate that C. hepaticus is a circulating pathogen in German layer flocks contributing to the clinical picture of SLD. Further predisposing factors such as heat stress and other diseases in connection with SLD were observed supporting the hypothesis of SLD as a multifactorial disease. Our experimental study showed that independent of the genetic background only a low percentage of birds were affected with clinical SLD using our C. hepaticus isolate. These results support the assumption that additional factors but not C. jejuni are needed for the development of clinical SLD.