Воспроизводство крупного рогатого скота

Глава 60

Инфекционные агенты: Бычий вирус вирусной диареи

Thomas Passler

Кафедры клинических наук и патобиологии, Колледж ветеринарной медицины, Обернский университет, Оберн, штат Алабама, США

Вступление

Бычий вирус вирусной диареи (BVDV) является патогеном крупного рогатого скота и других артиодактилов (парнокопытных) , оказывающим существенное влияние на здоровье и благополучие пораженного скота. Первоначально описанные двумя североамериканскими исследовательскими группами в 1946 году,^1,2 заболевания, вызванные BVDV по-прежнему являются причиной огромных финансовых потерь для крупного рогатого скота во всем мире. Хотя в двух самых ранних сообщениях о BVDV описывалось заболевание, которое в основном носило тяжелый острый характер, также наблюдались менее тяжелые подострые случаи.^1,2 В течение десятилетий после первых описаний, сообщалось, что инфекции BVDV у иммунокомпетентных животных протекали в основном субклинически, и было подсчитано, что у 70–90% остро инфицированных животных не было клинических признаков.³ Восприятие BVDV как преимущественно апатогенного вируса крс изменилось в начале и середине 1990-х годов с описанием двух новых BVDV-ассоциированных синдромов, геморрагического синдрома и тяжелого острого BVD, которые были ответственны за тяжелые клинические признаки с летальностью до 100%.^4,5 Генетическое секвенирование изолятов BVDV из зон тяжелых вспышек привело к описанию второго генотипа BVDV (BVDV-2), основываясь на его генетическом сходстве, превышающем 30% от классических штаммов BVDV.^5,6 Последующее ретроспективное генетическое типирование показало, что BVDV-2 присутствовал в Онтарио еще в 1981 году, не вызывая серьезных симптомов заболевания.⁴ Изменение степени тяжести и наблюдаемых клинических признаков среди вспышек заболеваний, связанных с BVDV, подчеркивает влияние огромной генетической изменчивости изолятов этого вируса. BVDV является РНК-вирусом и прототипическим представителем рода Pestivirus семейства Flaviviridae. В настоящее время род Pestivirus содержит четыре признанных вида: BVDV 1 и 2, вирус пограничной болезни овец и вирус классической чумы свиней (CSFV).⁶ Были описаны дополнительные генетически отличающиеся генотипы, такие как Pronghorn pestivirus, Giraffe pestivirus, штамм V60 (Reindeer-1) и штамм HoBi, но они еще не были официально классифицированы.^7–11

Отсутствие строгой специфичности в выборе хозяина и антигенного родства пестивирусов вызвало трудности с классификацией традиционным методом, основанным на видовой принадлежности хозяина, из которого был выделен штамм, поэтому теперь получение более точной таксономической информации основано на анализе связывания моноклональных антител и филогенетическом анализе геномных последовательностей.^12-16 Хотя ряд отклонений локализован по всему геному, для дифференциации пестивирусных видов чаще всего используется 5'-нетранслируемая область (UTR) (некодирующий участок мРНК, располагающийся на её 5 ′ -конце после кодирующей области) . 12,13,15,17,18

Пестивирусы представляют собой оболочечные вирусы с одноцепочечным РНК-геномом длиной приблизительно 12,5 т.п.н. (тысяч пар нуклеотидов) , которые содержат одну большую открытую рамку считывания внутри UTR (нетранслируемой области) на 5'- и 3'-концах.¹⁹ Во время репликации BVDV в цитоплазме клетки-хозяина легко происходят мутации и отклонения с приблизительной частотой мутаций 10–4 замещений оснований на сайт основания.²⁰ При такой высокой частоте мутаций в каждом цикле репликации вирусной РНК происходит по крайней мере одна точечная мутация.²¹ Частая мутация является следствием подверженных ошибкам вирусных РНК-полимераз и приводит к отклонению каждого потомственного вируса от заражающего родительского вируса.²⁰ Хотя во время пика инфекции ежедневно образуются миллионы различных вирионов потомства, в ходе инфекции будут развиваться только копии с избирательным преимуществом и без вредных мутаций.^20,22 Следовательно, в период инфекции BVDV в организме хозяина существует рой мутантных вирионов.²⁰ Вирионы этого мутантного роя сходны по последовательности оснований и адаптированы к организму хозяина, и называются квазивидами.²⁰ Существование BVDV в качестве квазивида с частыми мутационными событиями дает значительное преимущество в плане выживаемости вируса, поскольку легко доступны вирусные мутанты, способные адаптироваться к неблагоприятным условиям, таким как иммунитет хозяина. Что касается вирулентности, то адаптация к более низкой или более высокой вирулентности также может способствовать выживаемости вируса. Несмотря на то, что низкая вирулентность и выживание хозяина, как это обычно бывает у адаптированных к хозяину вирусов, обеспечивают их длительное выделение, вирусные мутации, которые увеличивают скорость репликации и вирулентности, приводят к вспышке распространения вируса.^20,23

Изоляты BVDV могут быть классифицированы как нецитопатические или цитопатические, и эта классификация основана на воздействии изолята на культивируемые клетки. Цитопатические изоляты вызывают цитоплазматическую вакуолизацию и гибель культивируемых клеток, а инфекции с нецитопатическими изолятами бессимптомны.^24,25 Категоризация по биотипу не связана с вирулентностью изолята BVDV, и с любым биотипом можно наблюдать легкое или тяжелое заболевание. Нецитопатические биотипы более распространены в природе, и 60–90% изолятов из образцов в диагностических лабораториях являются нецитопатическими.^26,27 Только нецитопатические штаммы BVDV могут вызывать персистирующие инфекции, и считается, что эти нецитопатические штаммы являются наиболее распространенным источником цитопатических штаммов BVDV после гомологичной или гетерологичной рекомбинации в области генома NS2-3.²⁰ Был предложен третий биотип BVDV, лимфоцитопатический биотип, который относится к изолятам BVDV, оказывающим цитопатическое действие только на культивируемые лимфоидные, но не на эпителиальные клетки.²⁸ Лимфоцитопатические изоляты представляют собой штаммы BVDV-2, которые были связаны с тяжелым клиническим заболеванием.²⁸

Распространенность в популяциях крупного рогатого скота

После первых сведений о BVDV в Северной Америке вирус был обнаружен в популяциях крупного рогатого скота по всему миру. Распространенность серопозитивных животных в значительной степени зависит от менеджмента, включая отрасль животноводства, использование протоколов вакцинации, введение в стадо новых животных и присутствие персистентно инфицированных (ПИ) животных.^29,30 Стада крупного рогатого скота, в которых не используют программы вакцинации или используют только убитые вакцины и в которых отсутствуют ПИживотные, имеют меньше серопозитивных особей, чем стада с ПИживотными.²⁹ В Северной Америке серологические исследования выявили уровень серопозитивности в стадах от 40 до 90%.^31,32 Индивидуальный уровень серопревалентности по BVDV-1 и BVDV-2 среди непривитых молочных телок в Канаде составлял 28,4% и 8,9% соответственно, а распространенность на стадном уровне составляла 53,4% для BVDV-1 и 19,7% для BVDV-2.³³ У вновь прибывших коров сероконверсия к респираторным патогенам, включая Pasteurella haemolytica, Mycoplasma spp. и BVDV произошла у 40% особей,^34,35 но варьировала от 0 до 100% в 11 фермах.³⁴ Подобные показатели серопревалентности были обнаружены в стадах крупного рогатого скота по всему миру, но в разных странах наблюдаемый диапазон варьировался в широких пределах (13–90%) и был в значительной степени подвержен влиянию исследуемой популяции, что потенциально отражает глобальные различия в управлении скотом.^36–52

В отличие от показателей серопревалентности, распространенность ПИ-коров значительно ниже и, как считается, составляет менее 1% от всех коров. Персистентно инфицированные коровы могут быть обнаружены внутри групп крс в виде скоплений, что повышает распространенность в популяциях.⁵³ Показано, что распространенность ПИ-телят, прибывающих на откормочные площадки, составляет от 0,1 до 0,3%, и этот показатель аналогичен зарегистрированному показателю 0,17% на мясных фермах с производством коров-телят (метод разведения мясного скота, при котором фермером или владельцем ранчо содержится постоянное стадо коров для производства телят для последующей продажи) в Соединенных Штатах.^34,54–56

Диапазон хозяев

Пестивирусные инфекции были идентифицированы у различных видов отряда парнокопытных млекопитающих, и отсутствие специфического хозяина может играть важную роль в стратегии выживания пестивирусов.⁵⁷

Среди пестивирусов BVDV был видом, наиболее интенсивно изучаемым как инфекционный агент, поражающий гетерологичных хозяев. Существуют доказательства инфицирования BVDV более чем 50 видов парнокопытных в семействах Antilocapridae, Bovidae, Camelidae, Cervidae, Giraffidae, Suidae и Tragulidae.⁵⁸ Последствия гетерологичных пестивирусных инфекций двояки. Во-первых, гетерологичные инфекции BVDV могут препятствовать успешной реализации стратегий контроля заболевания, как это происходит в отношении BVDV у крупного рогатого скота и CSFV у свиней. Во-вторых, гетерологичные инфекции BVDV могут угрожать здоровью и благополучию других млекопитающих-хозяев, таких как дикие животные в неволе и на свободе. Роль гетерологичных инфекций в эпидемиологии BVDV до конца не понята, но передача и поддержание BVDV в трех кластерах-хозяевах - домашних мелких жвачных животных и свиньях, диких животных в дикой природе и в неволе, а также верблюдах - неоспоримы.⁵⁹

BVDV у мелких жвачных животных

Тесная филогенетическая связь мелких жвачных животных с крупным рогатым скотом и, как следствие, большая вероятность пермиссивной инфекции ( способной размножаться в восприимчивых клетках) могут способствовать уникальной роли овец и коз в экологии BVDV. Овцы и козы часто имеют более тесный контакт с крупным рогатым скотом по сравнению с другими парнокопытными, особенно в определенных условиях ведения животноводства, таких как натуральное сельское хозяйство, альпийское хозяйство ( система хозяйства, встречающаяся в горных местностях, где земледелие невозможно) или хобби-фермерство. В то время как в одном отчете не было выявлено положительной корреляции между BVDV-серопозитивностью овец и наличием крупного рогатого скота,⁶⁰ в других исследованиях сообщалось о значительно более высоких показателях серопревалентности у овец на фермах с крупным рогатым скотом, особенно там, где практиковалось совместное пастбищное разведение овец, коз и крупного рогатого скота.⁶¹ Несколько серологических исследований показали, что BVDV может поражать мелких жвачных животных; однако, наличие перекрестной реактивности ( кросс-реактивности) пестивирусных антител требует осторожности при оценке результатов таких исследований. В недавних сообщениях о пестивирусной серопревалентности у овец анализы перекрестной нейтрализации выявили наивысшую реактивность против BVDV-1, а не вируса пограничного заболевания овец.^60,61 Когда антитела против пестивируса обнаруживаются у мелких жвачных животных, различие пестивирусных видов может дать важную информацию об эпидемиологии, профилактике и контроле.⁶²

Инфекции BVDV у домашних мелких жвачных животных провоцируют клинические симптомы пограничного заболевания. Постнатальное инфицирование обычно вызывает легкие клинические признаки, включая гипертермию и лейкопению (снижение количества лейкоцитов в единице объёма крови) .⁶³ Экспериментальная инокуляция (заражение) молодняка овец привела к анорексии, тахикардии, гипертермии и поражениям легких, особенно затрагивающим легочную сосудистую систему.⁶⁴ Инфекции BVDV у беременных мелких жвачных животных могут привести к маточно-плацентарной патологии, прерыванию беременности посредством резорбции плода или аборта и рождению мумифицированных или мертворожденных плодов.⁶⁵ Как и у крупного рогатого скота, врожденное инфицирование BVDV у овец и коз может привести к повреждению центральной нервной системы, при этом нейропатогенность может быть более серьезной при цитопатических биотипах.⁶⁶ Хотя у овец гибель плода и нежизнеспособность ягнят являются частыми последствиями трансплацентарного заражения BVDV, существуют сообщения о рождении жизнеспособного ПИ-потомства.^67,68 В отличие от крупного рогатого скота и овец, рождение жизнеспособных плодов у коз встречаются редко, и более частым исходом инфекции является репродуктивная дисфункция.^65,69

BVDV у свиней

Тесная антигенная связь между пестивирусом жвачных и CSFV (классическая чума свиней) имеет важное значение для диагностического тестирования и контроля CSFV. В настоящее время исследование образцов крови на антитела к CSFV основано на сочетании метода иммуноферментного анализа (ELISA) и методов нейтрализации вируса, и для постановки диагноза CSFV необходимы значительные усилия.⁷⁰ Во время вспышки CSFV в Нидерландах в 1997/1998 гг. 26,5% CSFVположительных образцов, исследованных методом ELISA, были вызваны наличием антител к пестивирусам жвачных животных.⁷⁰ У домашних свиней проводилось лишь ограниченное количество серологических исследований на BVDV, и, по сообщениям, показатели серопревалентности относительно низкие по сравнению с другими видами домашнего скота. Факторы риска, связанные с серопозитивностью домашних свиней, включают присутствие крупного рогатого скота на той же ферме, высокую плотность мелких жвачных животных вблизи популяций свиней, вакцинацию контаминированными BVDV вакцинами, и возраст тестируемых свиней.^71–73 Постнатальное инфицирование BVDV несупоросных свиней редко приводит к клиническим признакам.^74,75 Экспериментальное заражение 8-недельных поросят BVDV-1 или BVDV-2 не приводило к клиническим признакам или повышению температуры тела ни в одной группе, несмотря на использование изолята BVDV-2, который является вирулентным для крупного рогатого скота.⁷⁵ Напротив, инфекция BVDV у супоросных свинок привела к репродуктивным заболеваниям, включая внутриматочную инфекцию, потерю беременности и уменьшение размера помета.⁷⁶ Несмотря на то, что трансплацентарное заражение BVDV у свиней, по-видимому, встречается реже, чем у жвачных животных, сообщалось о рождении ПИ-поросят.⁷⁷

BVDV у верблюдов Нового и Старого Света

Инфекции BVDV были выявлены путем детекции антител уже в 1975 году у верблюдов Старого Света (ВСС) и в 1983 году у верблюдов Нового Света (ВНС).^78,79 Однако большинство сероэпидемиологических и экспериментальных исследований инфекций показали, что заражение BVDV не представляет серьезного риска для ВНС. Сообщения о выделении BVDV и идентификации персистирующих инфекций у альпак вызвали повышенный интерес к инфекциям BVDV у верблюдов, и BVDV в настоящее время считается новым патогеном ВНС.⁸⁰ Первое описание ПИ-альпаки было сделано в Канаде после естественного контакта беременной альпаки с хронически больной криа (детеныш ламы, альпаки, викуньи или гуанако) .⁸¹ У ПИ-криа штамм BVDV-1b был выделен из клеток бафовой оболочки (фракция антикоагулированного образца крови после центрифугирования, которая содержит лейкоциты и тромбоциты) в различных случаях до эвтаназии этого животного. С тех пор было зарегистрировано несколько случаев персистентного заболевания альпак в Северной Америке и Соединенном Королевстве.^80,82,83 ПИ-альпаки могут выживать в течение нескольких месяцев, но страдают от низкого веса при рождении, задержки развития, отсутствия аппетита, летаргии (вялость, усталость) , хронической диареи и хронических рецидивирующих инфекций, особенно дыхательных путей. Также сообщалось о репродуктивных заболеваниях у ВСС, включая аборт, мертворождение, рождение слабых верблюжат, раннюю неонатальную смерть и геморрагическую болезнь новорожденных.⁸⁴ Нецитопатический BVDV также был выделен из тканей верблюдов, в которых гистопатологические изменения соответствовали инфекции BVDV.⁸⁵

Из тканей ВНС в Чили изолированы как BVDV-1, так и BVDV-2.⁸⁶ Напротив, в отчетах из Северной Америки и Великобритании, в которых были данные об определении субгенотипа заражающего изолята, все изоляты принадлежали BVDV-1b.^80–82

В исследовании проанализировано 46 изолятов BVDV от более чем 12 000 североамериканских альпак и все изоляты классифицированы как нецитопатические штаммы субгенотипа 1b с 99% или более гомологией нуклеотидов в 5'-UTR.⁸³ Было предложено два объяснения этого очевидного преобладания BVDV-1b у ВНС: вопервых, воздействие BVDV на альпак происходит редко, и распространение существующего штамма BVDV-1b происходит путем дальнего перемещения нескольких ПИ-животных; или, во-вторых, только уникальные 1b-субгенотипы способны к трансплацентарному инфицированию у альпаки.⁸³ Перемещение альпак (включая пешее перемещение маток с детенышами) между фермами, в основном с целью воспроизводства, является обычной практикой и в отчетах сообщалось о репродуктивных заболеваниях и рождении ПИпотомства после таких мероприятий, подчеркивая важность соблюдения мер биологической защиты.^81,82,87

BVDV у диких животных

Хотя источники свободного распространения BVDV-инфекций в дикой природе неизвестны, вероятным источником является контакт с домашним скотом. Это подтверждается отсутствием антител у оленей, которые не контактировали со скотом более 50 лет.⁸⁸ Значительно более высокие уровни серопревалентности были обнаружены у белохвостых оленей на ранчо, где присутствовал крупный рогатый скот, по сравнению с ранчо без крупного рогатого скота.⁸⁹ В другом исследовании, напротив, не обнаружена связь между серопревалентностью BVDV и плотностью крупного рогатого скота.⁹⁰ Подобные результаты были описаны в недавнем отчете из Миннесоты, где больший процент оленей был серопозитивен в регионе с более низкой плотностью крупного рогатого скота.⁹¹ Авторы этого отчета пришли к выводу, что использование крупного рогатого скота и тип управление им (например, молочное или мясное скотоводство) могут оказать существенное влияние на межвидовую передачу BVDV, так как, вероятно, происходит меньше контактов диких видов с домашним молочным скотом по сравнению с мясным скотом на выпасе.⁹¹ Вероятно, на передачу BVDV между домашним скотом и дикими животными влияют различные факторы, описаные для других патогенов, таких как туберкулез крупного рогатого скота.⁹² При наличии подходящих факторов окружающей среды и факторов управления стадом передача BVDV от крупного рогатого скота к оленям возможна, как это было продемонстрировано в эксперименте по их совместному содержанию.⁹³ В этом исследовании BVDV был эффективно передан от ПИ-коров белохвостому оленю, что привело к сероконверсии у всех взрослых оленей и рождению ПИ-детенышей у четырех из семи беременных особей.⁹³

Поддержание BVDV в популяции оленевых без присутствия крупного рогатого скота предполагалось из-за наличия антител у более 60% карибу, которые не контактировали с домашними жвачными животными более 25 лет.⁹⁴ Также было предположено наличие эндемических инфекций BVDV у северных оленей в популяциях Норвегии и США, о чем свидетельствуют высокие показатели серопревалентности.^95-97 Это подтверждается выявлением высокого уровня серопревалентности в популяциях антилоп Канна в Зимбабве, среди которых были ПИ и вирус-положительные особи.⁹⁸ Лишь ограниченное количество исследований посвящено изучению популяции вольных диких животных на наличие признаков BVDV или антигена BVDV. Anderson и Rowe⁹⁸ использовали ELISA с захватом антигена для выявления BVDV у подгруппы из 303 серонегативных животных во время серологического исследования в Зимбабве и обнаружили две BVDV-позитивных антилопы Канна. В Германии цитопатический BVDV был обнаружен в образцах селезенки от двух из 203 оленевых, и оба животных были серонегативными косулями.⁹⁹