Untersuchungen zur minimalen Infektionsdosis, Diagnostik und Pathologie der Aspergillose bei Großfalken (Falco Spp.) verschiedenen Alters mittels experimenteller Infektion

Abstract

Die Aspergillose wird meist durch Aspergillus fumigatus ausgelöst und stellt eine häufige und lebensbedrohliche Atemwegserkrankung bei Greifvögeln dar. Unter den Greifvögeln gelten Gerfalken (Falco rusticolus) und ihre Hybriden als besonders empfindlich, wobei juvenile Falken als am empfindlichsten angesehen werden. Allerdings mangelte es bisher an experimentellen Studien, die dies belegen, und es gibt keine Angaben zu einer minimalen Infektionsdosis von Schimmelpilzkonidien. Darüber hinaus ist die Intra-vitam-Diagnose der aviären Aspergillose äußerst schwierig. Daher sollte im Rahmen dieser Arbeit die minimale Infektionsdosis von A. fumigatus bei Gerfalkenhybriden, eine mögliche Altersabhängigkeit und verschiedene diagnostische Intra-vitam-Methoden für eine Aspergillose untersucht werden.Hierzu wurde die Entwicklung einer Aspergillose bei immaturen (8 Monate alten, n = 18, Versuchsteil A) und bei juvenilen (7 - 8 Wochen alten, n = 21, Versuchsteil B), gesunden Ger-Saker-Hybridfalken (F. rusticolus X F. cherrug) nach einmaliger, intratrachealer Inokulation verschiedener A. fumigatus-Konidien-Dosen (Versuchsteil A: 107, 105, 103 und Kontrolltiere; Versuchsteil B: 107, 106, 105, 104, 103, 102 und Kontrolltiere) untersucht. Über 28 Tage wurde die Entwicklung von klinischen Symptomen überwacht. Eine hämatologische und serumdiagnostische Untersuchung wurde zu Beginn und Ende des Versuchs vergleichend durchgeführt. Es erfolgten pathologisch-anatomische, histologische, bakteriologische und mykologische Untersuchungen sowie ein Vergleich der aus den Falken reisolierten Schimmelpilzisolate mit dem experimentellen Inokulum per Mikrosatelliten-Längen-Polymorphismus.Klinische Symptome waren bei 80 % der aspergillosepositiven immaturen Falken sichtbar und bei juvenilen Falken korrelierten sie signifikant mit der Infektionsdosis. Granulome wurden in Luftsäcken und Lungen von 4/15 inokulierten, immaturen Falken und von 10/18 inokulierten, juvenilen Falken, aber nicht von Kontrolltieren festgestellt. Sie wurden histopathologisch als Pilzgranulome bestätigt, aus denen mykologisch die Reisolation von A. fumigatus bei 3/15 immaturen und 9/18 inokulierten, juvenilen Falken gelang. Die Reisolate waren molekularbiologisch mit dem Inokulum identisch. Basierend auf der Histologie als Bestätigung einer Aspergillose wurde die Minimale Infektionsdosis für die einmalige intratracheale Inokulation von A. fumigatus-Konidien bei den immaturen Falken mit MID10 = 10 4,52 ± 1,09, die MID50 = 10 6,02 ± 0,54 und die MID90 = 10 7,50 ± 0,92 ermittelt. Bei den juvenile Falken wurden diese mit MID10 = 10 1,95 ± 1,26, MID50 = 10 4,52 ± 0,67 und MID90 = 10 7,09 ± 1,33 berechnet. Von der MID10 der juvenilen Falken ableitend sollte eine Umgebungskonzentration von 45 A. fumigatus-Konidien/m³ Luft über 24 Stunden bzw. 1.079 KbE/m³ Luft über eine Stunde in Falkenhaltungen nicht überschritten werden.In der Serumdiagnostik korrelierten die Antikörpertiter mit der Inokulationsdosis, nicht aber mit der klinischen Erkrankung. Das Akute-Phase-Proteine Serum Amyloid A war gemeinsam mit einzelnen Proteinfraktionen der Proteinelektro-phorese (A/G-Verhältnis, Konzentrationen von Alpha-2- und Beta-Globulinen sowie prozentuale Anteile am Totalprotein von Albumin, Präalbumin, Alpha-2- und Beta-Globulin) diagnostisch für eine Intra-vitam-Diagnose einer Aspergillose hilfreich.Zusammenfassend belegt die vorliegende Arbeit erstmalig, dass eine einmalige intratracheale Applikation von A. fumigatus-Konidien und somit vermutlich eine einmalige erhöhte Exposition mit der Umgebungsluft zur Induktion einer klinischen Aspergillose bei immaturen und juvenilen Falken ausreicht. Juvenile Falken sind dabei signifikant empfindlicher als immature Falken. Zudem konnten erstmalig minimale Infektionsdosen für A. fumigatus-Konidien bei Falken und Empfehlungen für deren Maximalkonzentrationen in der Umgebungsluft von Falkenhaltungen etabliert werden. Aspergillosis caused by Aspergillus fumigatus is a common and life-threatening respiratory disease in raptors. Among raptors, gyr falcons (Falco rusticolus) and their hybrids are often declared to be highly susceptible with juvenile individuals being regarded as most susceptible. However, proofing species specific experimental studies and data about a minimal infectious dose of A. fumigatus conidia are lacking. Moreover, the antemortem diagnosis of avian aspergillosis is very challenging. Therefore, the main study aimed to detect a minimal infectious dose of A. fumigatus and potential age-dependent susceptibility differences in gyr-hybrid falcons. Moreover, the diagnostic intra vitam assays for aspergillosis should be improved.To this end, the development of aspergillosis was investigated in 8-months-old (N = 18, Trial A) and in 7 - 8-weeks-old (N = 21, Trial B), healthy gyr-saker hybrid falcons (F. rusticolus X F. cherrug) after a single intratracheal inoculation of different dosages of A. fumigatus conidia (trial A: 107, 105, 103 and negative control; trial B:, 107, 106, 105, 104, 103, 102 and negative control). Over 28 days, clinical signs were monitored. Hematological and serodiagnostic examinations were compared before and after the trials. Afterwards, necropsy, histopathology, bacteriology, and mycology were performed. Moreover, the re-isolated fungal isolates were compared to the inoculum using microsatellite length polymorphisms.Clinical signs were observed in 80 % of the aspergillosis-positive, immature falcons and in the juvenile falcons the clinical signs correlated significantly with the infectious dose. Necropsy revealed the presence of granulomas in the air sacs and lungs of 4/15 inoculated, immature falcons and in 10/18 inoculated, juvenile falcons, but not in the control animals. From these lesions, fungal granulomas were confirmed by histopathology and A. fumigatus was re-isolated in 3/15 immature falcons and 9/18 juvenile falcons. All fungal strains re-isolated from lesions were identical to the inoculum based on microsatellite length polymorphism. Based on histopathology results minimal infectious doses were MID10 = 10 4.52 ± 1.09, MID50 = 10 6.02 ± 0.54 and MID90 = 10 7.50 ± 0.92 in immature and MID10 = 10 1.95 ± 1.26, MID50 = 10 4.52 ± 0.67 and MID90 = 10 7.09 ± 1.33 in juvenile individuals. Derived from MID10 in juvenile falcons, it can be recommended to not exceed levels of 45 A. fumigatus conidia/m³ ambient air for 24 hours or 1,079 A. fumigatus conidia/m³ ambient air for one hour at falcon husbandry sites, respectively.In the serumdiagnostic antibody titers correlated significantly with the infectious dose, but not with the clinical disease. The acute phase protein Serumamyloid A was in addition to single parameters of protein electrophoresis (A/G-ratio, concentrations of alpha-2- and beta-globulins and percental share of total proteins of albumin, prealbumin, alpha-2- und beta-globulin) helpful for an intra vitam diagnostics to detect aspergillosis.In conclusion, the study shows for the first time that falcons are susceptible to aspergillosis after inoculation of a single dose of conidia intratracheally and thus most likely after increased conidia exposition with the ambient air too. Juvenile falcons are significantly more susceptible than immature falcons. Moreover, a minimal infectious dose for A. fumigatus conidia in falcons was calculated for the first time enabling the formulation of husbandry recommendations for maximum conidia concentrations in the ambient air.