Detección y caracterización genética de virus entéricos en brotes de diarrea de explotaciones porcinas en España

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Ana Carvajal Urueña Departamento de Sanidad Animal, Universidad de León, España.

Ana Carvajal Urueña

Héctor Arguello Departamento de Sanidad Animal, Universidad de León, España.

Héctor Arguello

Héctor Puente Departamento de Sanidad Animal, Universidad de León, España

Héctor Puente
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El objetivo de este trabajo fue estudiar la prevalencia y distribución de Astrovirus porcino (PAstV), Kobuvirus porcino (PKoV), Torovirus porcino (PToV), Orthoreovirus de mamíferos (MRV) y Mastadenovirus porcino (PAdV), así como su asociación con virus ampliamente reconocidos como causantes de diarrea en porcino como coronavirus (CoV) y rotavirus (RV) en brotes de diarrea en explotaciones porcinas españolas. Además, se caracterizó genéticamente una selección de las cepas virales.

VIRUS ENTÉRICOS PORCINOS
LOS SOSPECHOSOS HABITUALES

Las enfermedades entéricas causadas por virus son muy prevalentes y tienen un impacto negativo en la producción porcina1.

Los coronavirus (CoV) y los rotavirus (RV) son los virus más comunes y reconocidos como responsables de la diarrea en cerdos2-4 (Tabla 1).

  ROTAVIRUS  

Entre los RV, Rotavirus A (RVA) y Rotavirus C (RVC) son las especies más relevantes3 y están implicados principalmente en brotes de diarrea en lechones lactantes y destetados, aunque pueden detectarse en todas las fases de la producción porcina3.

  CORONAVIRUS  

Más recientemente, un virus recombinante entre el VGET y el VDEP, conocido como Coronavirus entérico porcino (SeCoV), ha sido identificado en granjas porcinas europeas7-10, causando una enfermedad diarreica idéntica a la causada por el VGET y el VDEP3,11.

Asimismo, otros dos CoV porcinos, el Deltacoronavirus porcino (PDCoV)12 y el Coronavirus del síndrome de diarrea aguda porcina (SADS-CoV)13,14, un Alphacoronavirus, también se han descrito como causa de brotes de diarrea, aunque nunca se han detectado en explotaciones porcinas europeas.

  OTROS VIRUS ENTÉRICOS  

Además de estos agentes infecciosos, en granjas porcinas se han detectado otros virus entéricos (Tabla 1) en cerdos con diarrea en todo el mundo, aunque su papel etiológico sigue sin estar claro:

  • Astrovirus porcino (PAstV)15-20
  • Kobuvirus porcino (PKoV)16,21-24
  • Torovirus porcino (PToV)25-29
  • Orthoreovirus de los mamíferos (MRV)30-34
  • Mastadenovirus porcino (PAdV)1,35-37
Estos virus se identifican frecuentemente en coinfecciones con CoV y RV4,38-45, pero también se detectan habitualmente en animales sanos39,46-50.

La enteropatogenicidad de PAstV, MRV y PAdV se ha demostrado en lechones convencionales infectados experimentalmente51-55, pero no conocemos la existencia de desafíos experimentales con PKoV o PToV.

VIRUS ENTÉRICOS PORCINOS EN ESPAÑA

Los objetivos de este trabajo fueron:

1. Estudiar la prevalencia y distribución de los virus entéricos PAstV, PKoV, PToV, MRV y PAdV en brotes de diarrea en explotaciones porcinas de España.

2. Identificar su asociación con virus ampliamente reconocidos como causantes de diarrea, como CoV y RV.

3. Caracterizar una selección de las cepas virales obtenidas para investigar sus relaciones filogenéticas.

En conjunto, los resultados obtenidos aportan información sobre la etiología de las enfermedades entéricas en porcino que puede ser utilizada para diseñar e implementar estrategias de diagnóstico y control adecuadas.

  MATERIAL Y MÉTODOS  

RECOGIDA Y PROCESAMIENTO DE LAS MUESTRAS

El estudio se llevó a cabo [registrados]entre enero de 2017 y octubre de 2020 en 206 explotaciones porcinas españolas con brotes de diarrea que afectaban a:

De cada granja se recibieron 2-6 muestras de heces individuales y el veterinario responsable de la explotación clasificó el brote, en función de criterios clínicos como la velocidad de progresión de la enfermedad o la respuesta a los antimicrobianos, como:

Las muestras individuales se mezclaron para preparar una muestra conjunta de heces por granja que se diluyó 1:2 (v/v) en solución salina estéril tamponada con fosfato (PBS), se homogeneizó en vórtex y se clarificó mediante centrifugación.

El ácido nucleico se extrajo a partir de 140 μl del sobrenadante y utilizando un kit comercial (QIAMP Viral RNA and DNA Mini Kit, QIAGEN), siguiendo las instrucciones del fabricante. Tras la extracción se almacenó a -80 °C hasta su uso.

DETECCIÓN MOLECULAR DE VIRUS ENTÉRICOS PORCINOS

Se llevaron a cabo cuatro PCRs de transcripción reversa o RT-PCR múltiplex utilizando el kit Verso 1-Step RT-PCR ReddyMix (Thermo Scientific) para la detección de:

Las reacciones se llevaron a cabo en las siguientes condiciones: 50 °C durante 30 min, 95 °C durante 2 min, 45 ciclos a 95 °C durante 20 s, 50 °C durante 30 s y 72 °C durante 1 min y 30 s, seguidos de un paso final de extensión a 72 °C durante 10 min.

Los productos de la RT-PCR se visualizaron en un gel de agarosa al 1,5% con RedSafe Nucleic Acid Staining Solution (iNtRON Biotechnology, Inc.) y se compararon con las longitudes esperadas para los fragmentos.

SECUENCIACIÓN Y ANÁLISIS FILOGENÉTICO

Se seleccionaron 14 muestras para su secuenciación en función de los resultados de la RT-PCR (muestras con el mayor número de virus diferentes detectados).

De cada una de ellas se extrajo el ARN total empleando TRIzol LS (Thermo Scientific) y se llevó a cabo la secuenciación en el Servicio de Genómica y Bioinformática (SGB) de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), sin utilizar ningún cebador ni paso de amplificación previo, en la plataforma Illumina Miseq.

Finalmente, las secuencias obtenidas fueron alineadas y comparadas filogenéticamente con otras secuencias completas disponibles en la plataforma GenBank.

Las relaciones filogenéticas entre secuencias se analizaron con el programa informático MEGA1171, mediante el algoritmo de Neighbor- Joining (NJ), utilizando el modelo de máxima verosimilitud compuesta y 10.000 réplicas bootstrap para estimar la confianza de las ramas internas de los árboles.

ANÁLISIS ESTADÍSTICO

Los análisis estadísticos de los datos se realizaron mediante las pruebas exacta y ANOVA de Fisher utilizando Epi InfoTM para un nivel de confianza del 95%.

  RESULTADOS  

PREVALENCIA Y DISTRIBUCIÓN DE LOS DISTINTOS VIRUS ENTÉRICOS PORCINOS EN LOS BROTES DE DIARREA EN ESPAÑA

Se detectó al menos uno de los virus entéricos investigados en 160 de los 206 brotes investigados (77,7%).

PAstV fue el virus más frecuentemente detectado (48,5%; n = 100), seguido de PKoV (27,2%; n = 56), VDEP (19,9%; n = 41), PAdV (14,1%; n = 29), RVA (13,6%; n = 28), PToV (11,2%; n = 23), RVC (6,3%; n = 13) y MRV (4,4 %; n = 9).

NO SE DETECTARON EN NINGUNA DE LAS EXPLOTACIONES INVESTIGADAS EL VGET NI EL SeCoV

La prevalencia de brotes de diarrea positivos (un resultado positivo para al menos uno de los virus analizados) fue similar (p = 0,787) entre los periodos de lactación (75,8%, 50 de 66), postdestete-transición (76,6%, 49 de 64) y engorde (80,3%, 61 de 76). Sin embargo, se observaron diferentes patrones de distribución por edades para cada uno de los virus investigados (Figura 1).

LA MAYORÍA DE LOS BROTES INVESTIGADOS (50,0%; 103 DE 206) SE PRODUJERON DURANTE EL PRIMER TRIMESTRE EN COMPARACIÓN CON EL RESTO DEL AÑO (P < 0,001)

La distribución estacional fue clara para el VDEP que se detectó con mayor frecuencia durante el invierno (de enero a marzo) (p = 0,011), pero no se observó para ninguno de los otros virus entéricos investigados (Figura 2).

El riesgo de resultado positivo a, al menos, uno de los virus analizados fue mayor en los brotes en los que el veterinario clínico indicó que existía sospecha de etiología viral (OR= 2,52; IC 95%: 1,27-5,04) en comparación con los brotes sin sospecha vírica (85,4% frente a 69,9%).

Así, la prevalencia de cada uno de los virus investigados fue mayor en los brotes con sospecha de etiología viral, con la excepción de PKoV, RVA y RVC (Figura 3), aunque solo se alcanzaron diferencias estadísticamente significativas para el VDEP (p < 0,001) y el PAdV (p = 0,002).

PREVALENCIA Y DISTRIBUCIÓN DE LAS COINFECCIONES VÍRICAS EN LOS BROTES DE DIARREA EN ESPAÑA

En 69 de los 206 brotes analizados (33,5%) se detectó un único agente viral, mientras que 56 (27,2%) presentaron coinfección con dos virus al mismo tiempo y 35 (17,0%) fueron positivos a más de dos (hasta 5 especies víricas diferentes detectadas simultáneamente en tres granjas distintas).

Tal y como se muestra en la Tabla 2, PAstV y PKoV se detectaron en casi el 30% de los brotes positivos como infección única, mientras que PToV, MRV y PAdV se detectaron en más del 90% de los brotes positivos coinfectando con el VDEP, RV u otros virus entéricos.

Las combinaciones virales más frecuentes (Top 8) se muestran en la Tabla 3.

Una vez más, se observó una clara distribución en función de la edad, siendo las coinfecciones con PAstV más prevalentes en los brotes de postdestete-transición y engorde y las coinfecciones con PKoV en los brotes en lactación.

En la Figura 4 se muestran los virus más frecuentemente asociados con el VDEP, RVA y RVC.

SECUENCIACIÓN Y ANÁLISIS FILOGENÉT ICO DE PAstV, PKoV Y PToV

Los resultados de la secuenciación de nueva generación (NGS) en 14 muestras de heces se muestran en la Tabla 4.

Se obtuvo el genoma completo o casi completo de 24 virus, incluyendo PAstV2 (5), PAstV3 (1), PAstV4 (8), PAstV5 (2), PKoV (3), PToV (1) y VDEP (4).

PAstV

SE DETECTARON CUATRO ESPECIES DE PAstV (PAstV2 A PAstV5), SIENDO PAstV4 Y PAstV2 LAS MÁS REPRESENTADAS

Las identidades nucleotídicas entre las secuencias de las cepas PAstV2 y PAstV4 recuperadas en nuestra investigación fueron del 77,2-95,2% y 87,2-93,7% respectivamente, mientras que su comparación con secuencias previamente descritas mostró identidades nucleotídicas del 68,7-91,0% para PAstV2, 87,6- 89,1% para PAstV3, 73,4-91,8% para PAstV4 y 83,3-94,4% para PAstV5.

La mayoría de las secuencias españolas de PAstV se agruparon con cepas norteamericanas del mismo linaje, aunque PAstV4 se agrupó con secuencias de Japón y algunas de PAstV2 con secuencias de Europa y China (Figura 5).

PKoV

En cuanto al análisis filogenético de PKoV (Figura 6), las tres secuencias obtenidas en este estudio se agruparon con otros aislados españoles y húngaros descritos con anterioridad.

La identidad nucleotídica fue del 90,3-91,4% entre los aislados españoles identificados en este estudio y del 87,2-91,9% con las secuencias del genoma completo del PKoV previamente descritas.

PToV

Se obtuvo un único genoma completo de PToV y, cuando se comparó con PToV descritos previamente, su identidad nucleotídica fue del 88,6-94,1%, mientras que cuando se comparó con secuencias de Torovirus de otras especies animales fue del 77,3-87,9%.

Esta secuencia española de PToV se agrupó con secuencias virales de Europa, en particular de Alemania, pero también con secuencias de EE.UU. y Japón (Figura 7).

  DISCUSIÓN  

El papel enteropatógeno de PAstV, PKoV, PToV, MRV y PAdV sigue siendo controvertido y los estudios de casos y controles que han comparado las ratios de detección en cerdos con diarrea y en cerdos sanos no han logrado, por el momento, clarificar esta cuestión39,46-50.

PREVALENCIAS

En este estudio nos planteamos como objetivo determinar, como punto de partida, la prevalencia de estas especies víricas entéricas en brotes de diarrea de diferentes edades y estudiar su asociación con enteropatógenos víricos bien reconocidos como los CoV (VDEP, VGET y SeCoV) y los RV (RVA y RVC).

Aunque el diseño del estudio no permite extraer conclusiones sobre el papel de estos virus en la etiología de la enfermedad entérica, pretende aumentar los conocimientos sobre su frecuencia, distribución y coinfecciones en granjas con problemas entéricos.

NUESTROS RESULTADOS CONFIRMAN QUE LAS INFECCIONES POR PAstV Y PKoV SON ALTAMENTE PREVALENTES EN LAS GRANJAS PORCINAS EUROPEAS, TAL Y COMO HABÍAN DESCRITO VARIOS ESTUDIOS19,46,49,50,56

Así, el PAstV fue el virus entérico más frecuente en nuestra investigación, detectado en casi la mitad de los brotes, seguido del PKoV, detectado en más del 25% de las granjas investigadas.

En concordancia con un informe previo en Hungría49, el PAdV fue menos frecuente (14,1% de los brotes positivos) mientras que el PToV solo se identificó en el 11,2% de las granjas investigadas, en contraposición a la amplia distribución de este virus evidenciada por otro estudio español que estimó más del 99% de animales seropositivos entre los cerdos de más de 11 semanas de edad57.

Por último, el MRV se detectó con menor frecuencia (4,4%), no existiendo datos previos sobre su prevalencia en las explotaciones porcinas europeas.

En cuanto a los CoV podemos destacar que no se detectaron ni el VGET ni el SeCoV, identificándose el VDEP en el 19,9% de los brotes de diarrea investigados. Finalmente, la prevalencia de brotes positivos a RVA y RVC fue del 13,6 y el 6,3%, respectivamente.

DISTRIBUCIÓN POR EDADES

Se observaron tres patrones de distribución por edades entre los virus entéricos investigados.

Al igual que en estudios previos realizados en China16,47, Canadá44 y varios países europeos38,49,50, los PKoV fueron más prevalentes en animales jóvenes, lechones lactantes y postdestete, en comparación con las fases de engorde.

Se ha descrito una distribución similar para el RVC3, confirmándose en nuestro estudio, ya que no se produjo ningún brote positivo a RVC después del destete.

PAstV y RVA mostraron un aumento significativo de su prevalencia en cerdos destetados en comparación con cerdos lactantes.

Estudios previos en granjas porcinas europeas han informado de una tendencia similar para el PAstV46,49,50. Como se ha descrito para los RVA en granjas porcinas1, la disminución de anticuerpos maternales específicos podría explicar el aumento de la prevalencia del PAstV en el periodo postdestete.

Por último y, en consonancia con estudios anteriores28,49, PToV y PAdV se identificaron con mayor frecuencia en los brotes de diarrea durante el periodo de engorde.

ESTACIONALIDAD

Solo se demostró una distribución estacional para los brotes positivos de VDEP, que fueron más comunes durante los meses más fríos del año (enero-marzo).

Las bajas temperaturas que favorecen la supervivencia del CoV en el ambiente y facilitan la transmisión indirecta pueden explicar la variación estacional de los brotes de VDEP58,59. Además, se ha propuesto que la exposición a bajas temperaturas ambientales puede aumentar la replicación del VDEP a través de la regulación de la proteína de choque térmico Hsp70 en el intestino del cerdo, contribuyendo a la estacionalidad de este virus60.

NO SE HA DESCRITO ESTACIONALIDAD PARA LOS RV PORCINOS3

SOSPECHA DE ETIOLOGÍA VIRAL

Curiosamente, los criterios clínicos veterinarios que sugieren una presunta etiología viral se asociaron con la detección viral mediante análisis moleculares.

Esto fue particularmente evidente para los brotes positivos al VDEP, pero también para PAdV y en menor medida para PAstV, PToV o MRV. Por el contrario, RVA, RVC y PKoV se detectaron principalmente en brotes sin sospecha vírica.

El hecho de que las infecciones por RV sean endémicas en las poblaciones porcinas y se asocien con frecuencia a otros agentes productores de diarrea, como Escherichia coli enterotoxigénica o Clostridium perfringens tipo A3,61,62, podría complicar su reconocimiento por parte de los profesionales.

COINFECCIONES

Las coinfecciones fueron relativamente frecuentes, detectándose dos o más virus en casi el 40% de los brotes investigados.

Este resultado está en consonancia con estudios anteriores realizados en granjas porcinas europeas16,49,63 en los que se señalaba una elevada frecuencia de coinfecciones con varios virus entéricos en cerdos con diarrea.

En concordancia con estudios anteriores realizados en Europa49, China4,47 o Canadá44, el número de especies víricas diferentes detectadas en un brote aumenta con la edad de los cerdos afectados.

LAS INFECCIONES SIMPLES FUERON MÁS FRECUENTES EN LECHONES LACTANTES, MIENTRAS QUE EN CERDOS POSTDESTETE Y DE ENGORDE SE OBSERVARON COINFECCIONES SIMULTÁNEAS CON HASTA CINCO VIRUS

Muchos factores asociados al destete, como los cambios en la dieta, la colocación en un entorno nuevo y más contaminado, la mezcla de cerdos o la pérdida de inmunidad pasiva, pueden favorecer la infección por diferentes especies víricas. Además, se ha propuesto que la maduración del sistema inmunitario asociado al intestino tras el destete puede prevenir el desarrollo de enfermedades entéricas asociadas a infecciones simples para aquellos virus entéricos con una enteropatogenicidad moderada64.

Las coinfecciones que implicaban a PKoV fueron las más prevalentes en lechones lactantes (27,2%). Recientemente, se ha propuesto que el VDEP y el PKoV podrían desempeñar algún papel sinérgico65, pero en nuestra investigación no se observó ninguna asociación significativa entre ambos virus.

El hecho de que la mayoría de los brotes de VDEP se produjeran en cerdos postdestete o de engorde, cuando el PKoV es menos prevalente, puede explicar este resultado.

Las coinfecciones con PAstV predominaron en los brotes posteriores al destete y en el engorde (87,4% y 60,6%, respectivamente).
La excreción de PToV fue más frecuente en los brotes positivos al VDEP y RVA. Disponemos de muy poca información sobre las infecciones por PToV, pero merece la pena mencionar que el primer informe de PToV en Estados Unidos fue en un cerdo positivo a VDEP66. Además, observamos un aumento de la prevalencia de eliminadores de PAstV en brotes positivos a RVA.

SON NECESARIAS MÁS INVESTIGACIONES PARA DESCIFRAR LAS INTERACCIONES ENTRE LOS VIRUS ENTÉRICOS QUE PUEDEN DESEMPEÑAR UN PAPEL PRIMARIO O SECUNDARIO EN LA ETIOLOGÍA DE LA ENFERMEDAD ENTÉRICA EN CERDOS

Cabe señalar que los enfoques cuantitativos basados en la PCR cuantitativa (qPCR) y la secuenciación de nueva generación (NGS), que permiten estimar la carga viral, podrían aportar información adicional relevante en la investigación de la etiología de infecciones entéricas del ganado porcino.

Como proponen Cortey y colaboradores63, la determinación de la abundancia relativa de las distintas especies virales en las coinfecciones permite identificar el virus predominante que, con toda probabilidad, puede proponerse como agente etiológico primario.

ANÁLISIS FILOGENÉTICO

Por último, el análisis filogenético reveló que la mayoría de las cepas de PAstV se clasificaban como PAstV4 (50,0%, 8/16) y PAstV2 (31,2%, 5/16), siendo estas dos especies las más prevalentes en cerdos con diarrea en España, de forma similar a lo descrito en varios países europeos46,50,67, en Norteamérica68 y en Asia39,69,70.

Los análisis filogenéticos de PKoV revelaron que todas las secuencias completas españolas disponibles (incluidas las tres identificadas en nuestro estudio) estaban incluidas en un único clúster local junto con una cepa húngara y bien diferenciadas de otros aislados europeos38, mientras que la única secuencia completa del genoma de PToV obtenida en esta investigación se agrupó junto con otros aislados de PToV de Europa, América o Asia25,26.

CONCLUSIONES

A pesar de que el diseño de este estudio no permitió evaluar el papel de PAstV, PKoV, PToV, MRV o PAdV como agentes causales de diarrea en cerdos, demuestra una alta prevalencia de estos virus entéricos en los brotes de diarrea, particularmente para PAstV y PKoV, detectados en casi el 50% y el 30% de las granjas investigadas.

El hecho de que estos virus entéricos estén frecuentemente implicados en coinfecciones entre ellos y con enteropatógenos virales bien reconocidos, como CoV o RV, hace necesarios estudios adicionales de vigilancia y caracterización, así como investigaciones para evaluar su potencial patogénico tanto en infecciones experimentales como naturales.

Una vez que se disponga de estos estudios, deberá considerarse la inclusión de estos virus en los paneles de diagnóstico de rutina para la diarrea en cerdos.

Artículo adaptado de: Puente, H., Arguello, H., Cortey, M. et al. Detection and genetic characterization of enteric viruses in diarrhoea outbreaks from swine farms in Spain. Porc Health Manag 9, 29 (2023). https://doi. org/10.1186/s40813-023-00326-w.

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