Eimeriosis in ruminants: large-scale epidemiological survey, isolation of a new Eimeria zuernii strain and novel data on Eimeria spp.-host cell interactions
| dc.contributor.author | López-Osorio, Sara | |
| dc.date.accessioned | 2023-03-03T15:22:18Z | |
| dc.date.available | 2020-08-31T11:03:58Z | |
| dc.date.available | 2023-03-03T15:22:18Z | |
| dc.date.issued | 2020 | |
| dc.identifier.isbn | 978-3-8359-6866-0 | |
| dc.identifier.uri | http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:26-opus-152691 | |
| dc.identifier.uri | https://jlupub.ub.uni-giessen.de//handle/jlupub/11936 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-11319 | |
| dc.description.abstract | Coccidiosis is an intestinal disease caused by parasite species of the genus Eimeria and has high economic impact on livestock worldwide. Oocysts of Eimeria spp. are found ubiquitously in the environment, making the infection almost inevitable. The massive replication of the parasite leads to the destruction of intestinal cells thereby producing diarrhoea and sometimes causing death. Furthermore, because of massive intestinal damage through obligate intracellular replication of Eimeria spp., the digestion and absorption of nutrients become affected and even without clinical symptoms animal performance is compromised, causing economical losses in cattle and goat industry. Although understanding of coccidiosis (mainly in chicken) has improved during the past decades, there is still a lack of information specifically in the field ruminant coccidiosis. Advanced tools for research on epidemiology, immunology, biology or diagnosis are now available opening new perspectives for modern research in this field. As part of this thesis, a large-scale cross- sectional epidemiological study was conducted to evaluate prevalence, species diversity and associated risk factors of Eimeria spp. infections in 55 cattle farms across seven states of Colombia. In total, 1333 fecal samples from young animals (<1 year of age) were examined. The overall Eimeria prevalence was 75.5%, with no difference observed between age categories. In total, 13 different Eimeria species were here identified. The most prevalent species was E. bovis (33.5%). Analysis of extrinsic associated risk factors revealed floor type, feeding system, watering system and herd size as significant (p < 0.05) risk factors for Eimeria infections. On the other hand, a Colombian E. zuernii strain was isolated and a corresponding suitable in vitro culture was established. The new E. zuernii (strain A) will allow detailed in vitro investigations on metabolism and on host innate/adaptive immunity for this specific bovine species. Additionally, we used novel tools in microscopy (e. g. 3D- holotomography analysis) to study exogenous sporogony of E. bovis and farther improved the excystation method to facilitate the work with ruminant Eimeria strains. Overall, three different E. bovis sporogony phases were documented: i) sporoblast/sporont transformation into sporogonial stages, ii) cytokinesis followed by nuclear division, and iii) formation of fully developed four sporocysts each with two developed sporozoites. Moreover, we generated first evidence on carbohydrate-related metabolic pathways and energy supply to be involved in E. bovis sporozoites-induced NETosis and simultaneous formation of autophagosomes. E. bovis-induced cell-free and anchored NETs. Both phenotypes were significantly diminished via inhibitor pretreatments of some metabolic of exposed PMN, thereby indicating a key role of ATP, pyruvate- and lactate-mediated metabolic pathways for proper sporozoite-mediated NETosis. Interestingly, E. bovis additionally induced LC3B-related autophagosome formation in parallel to NET formation in bovine PMN. Finally, we explored the metabolism of lipids during in vitro of caprine E. arloingi first merogony resulting in macromeront formation within host endothelial cells. The complete inhibition of merozoite I production in E. arloingi-treated host endothelial cells suggested that the uptake of lipids via SR-B1 is necessary for parasite replication within host cell. Although all this novel data leads to a better understanding of parasite-host/host cell interactions, we still need more investigation thoroughly on parasite-induced modulation of different cellular functions (e. g. apoptosis, autophagy, cytoskeleton, cholesterol metabolism) which may be altered during endogenous infection and taking particular care of adequate highly specific host cells. Thus, ruminant Eimeria spp.-related investigations in vitro should be conducted mainly in primary host cells corresponding to the ones parasitized in vivo. As such, ruminant pathogenic Eimeria species, all of them resulting in macromeront formation, replicate in vivo in lymphatic endothelial cells of the small intestinal villi. | en |
| dc.description.abstract | Kokzidiose ist eine Darmkrankheit, die durch Parasiten der Gattung Eimeria verursacht wird und weltweit einen hohen wirtschaftlichen Einfluss auf das Vieh hat. Oozysten von Eimeria spp. sind in der Umwelt allgegenwärtig und machen die Infektion fast unvermeidlich. Die massive Replikation des Parasiten führt zur Zerstörung der Darmzellen, wodurch Durchfall und manchmal Tod verursacht werden. Aufgrund massiver Darmschäden durch obligat intrazelluläre Replikation von Eimeria spp. wird außerdem die Verdauung und Absorption von Nährstoffen beeinträchtigt. Auch ohne klinische Symptome ist die Leistung der Tiere beeinträchtigt, was wirtschaftliche Verluste in der Rinder- und Ziegenindustrie zur Folge hat. Obwohl sich das Verständnis für Kokzidiose (hauptsächlich bei Hühnern) in den letzten Jahrzehnten verbessert hat, mangelt es immer noch an Informationen speziell im Bereich der Wiederkäuer- Kokzidiose. Weiterentwickelte Methoden für die Erforschung von Epidemiologie, Immunologie, Biologie oder Diagnose stehen jetzt zur Verfügung und eröffnen neue Perspektiven für die moderne Forschung auf diesem Gebiet. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine groß angelegte epidemiologische Querschnittsstudie durchgeführt, um die Prävalenz, die Artenvielfalt und die damit verbundenen Risikofaktoren von Eimeria spp.-Infektionen in 55 Rinderfarmen in sieben Staaten in Kolumbien zu bewerten. Insgesamt wurden 1333 Kotproben von Jungtieren (<1 Jahr) untersucht. Die allgemeine Eimeria-Prävalenz betrug 75,5%, wobei kein Unterschied zwischen den Alterskategorien beobachtet wurde. Insgesamt wurden hier 13 verschiedene Eimeria-Arten identifiziert. Die am häufigsten vorkommende Art war E. bovis (33,5%). Die Analyse der extrinsisch assoziierten Risikofaktoren ergab, dass Bodentyp, Fütterungssystem, Bewässerungssystem und Herdengröße signifikante (p <0,05) Risikofaktoren für Eimeria-Infektionen sind. Andererseits wurde ein kolumbianischer E. zuernii-Stamm isoliert und eine entsprechende geeignete in vitro-Kultur etabliert. Der neue E. zuernii (Stamm A) wird detaillierte in-vitro Untersuchungen zum Metabolismus und zur angeborenen/adaptiven Immunität des Wirts für diese spezifische Rinderspezies ermöglichen. Zusätzlich verwendeten wir neuartige Werkzeuge in der Mikroskopie (z. B. 3D- Holotomographie-Analyse), um die exogene Sporogonie von E. bovis zu untersuchen und die Exzystierungsmethode weiter zu verbessern, um die Arbeit mit Eimeria-Wiederkäuerstämmen zu erleichtern. Insgesamt wurden drei verschiedene E. bovis-Sporogonie-Phasen dokumentiert: i) Sporoblasten/Sporont-Transformation in sporogoniale Stadien, ii) Zytokinese mit anschließender Kernteilung und iii) Bildung von vier voll entwickelten Sporozysten mit jeweils zwei entwickelten Sporozoiten. Darüber hinaus haben wir erste Hinweise auf kohlenhydratbezogene Stoffwechselwege und die Energieversorgung für die Beteiligung an der durch E. bovis-Sporozoiten induzierten NETose und der gleichzeitigen Bildung von Autophagosomen erhalten. E. bovis-induziert zellfreie und verankerte NETs. Beide Phänotypen wurden durch Inhibitor-Vorbehandlung einiger Metaboliten von exponiertem PMN signifikant verringert, was auf eine Schlüsselrolle der ATP-, Pyruvat- und Lactat-vermittelten Stoffwechselwege für eine korrekte Sporozoiten-vermittelte NETose hinweist. Interessanterweise induzierte E. bovis zusätzlich die LC3B- bedingte Autophagosomenbildung parallel zur NET-Bildung bei Rinder-PMN. Schließlich untersuchten wir den Metabolismus von Lipiden während der in vitro-Untersuchung der ersten Merogonie von caprinen E.-arloingi, die zur Makromont-Bildung in Endothelzellen des Wirts führte. Die vollständige Hemmung der Merozoit I-Produktion in mit E. arloingi behandelten Wirtsendothelzellen legte nahe, dass die Aufnahme von Lipiden über SR-B1 für die Parasitenreplikation in der Wirtszelle notwendig ist. Obwohl all diese neuen Daten zu einem besseren Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Parasiten und Wirtszellen führen, müssen wir die durch Parasiten verursachte Modulation verschiedener zellulärer Funktionen (z. B. Apoptose, Autophagie, Zytoskelett, Cholesterinstoffwechsel), die sich während der endogenen Infektion ändern können, noch eingehender untersuchen und besondere Sorgfalt auf adäquate hochspezifische Wirtszellen legen. Daher sollten in-vitro- Untersuchungen im Zusammenhang mit Wiederkäuern von Eimeria spp. hauptsächlich in primären Wirtszellen durchgeführt werden, die den in vivo parasitierten Zellen entsprechen. Als solche replizieren sich pathogene Eimeria- Spezies von Wiederkäuern, die alle zur Makromontbildung führen, in vivo in lymphatischen Endothelzellen der Dünndarmzotten. | de_DE |
| dc.language.iso | en | de_DE |
| dc.rights | In Copyright | * |
| dc.rights.uri | http://rightsstatements.org/page/InC/1.0/ | * |
| dc.subject | Rinder-Kokzidiose in Kolumbien | de_DE |
| dc.subject | Rinder-Eimeriose | de_DE |
| dc.subject | Ziegen-Eimeriose | de_DE |
| dc.subject | In-vitro-Kultur | de_DE |
| dc.subject | Cholesterin | de_DE |
| dc.subject | Stoffwechselwege | de_DE |
| dc.subject | NETosis | de_DE |
| dc.subject | Bovine coccidiosis in Colombia | en |
| dc.subject | cattle eimeriosis | en |
| dc.subject | caprine eimeriosis | en |
| dc.subject | in vitro culture | en |
| dc.subject | cholesterol | en |
| dc.subject.ddc | ddc:630 | de_DE |
| dc.title | Eimeriosis in ruminants: large-scale epidemiological survey, isolation of a new Eimeria zuernii strain and novel data on Eimeria spp.-host cell interactions | en |
| dc.type | doctoralThesis | de_DE |
| dcterms.dateAccepted | 2019-09-23 | |
| local.affiliation | FB 10 - Veterinärmedizin | de_DE |
| thesis.level | thesis.doctoral | de_DE |
| local.opus.id | 15269 | |
| local.opus.institute | Institut für Parasitologie; Universität von Antioquia, Medellin, Kolumbien, Fachbereich Agrarwissenschaften | de_DE |
| local.opus.fachgebiet | Veterinärmedizin | de_DE |
| local.source.freetext | Giessen : VVB Laufersweiler Verlag | de_DE |
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