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1 Epidemiología y control de la fiebre Q (Coxiella burnetii) en fauna silvestre ibérica. David González Barrio Tesis doctoral

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Epidemiología y control de la fiebre Q

(Coxiella burnetii) en fauna silvestre

ibérica.

David González Barrio

Tesis doctoral

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Epidemiología y control de la fiebre Q

(Coxiella burnetii) en fauna silvestre ibérica.

Trabajo de investigación presentado por

David González Barrio

para optar al grado de Doctor por la Universidad de

Castilla-La Mancha

Ciudad Real, 2015

Grupo de Sanidad y Biotecnología (SaBio)

Instituto de Investigación en Recursos Cinegéticos (IREC; CSIC-

UCLM-JCCM)

Departamento de Ciencia y Tecnología Agroforestal y Genética

Universidad de Castilla-La Mancha

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Los abajo firmantes, como directores de este tesis doctoral, hacemos constar que la Tesis

titulada “Epidemiología y control de la fiebre Q (Coxiella burnetii) en fauna silvestre

ibérica”, y realizada por David González Barrio, reúne los requisitos necesarios para su

defensa y aprobación y, por tanto, para optar al grado de doctor con mención

internacional.

Vº Bº de los Directores

Dr José Francisco Ruiz Fons

Dr Isabel G. Fernández de Mera

Dr Christian Gortázar Schmidt

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La realización de este trabajo ha sido posible gracias a las siguientes entidades y

proyectos de investigación:

Fundación de la Universidad de Castilla-La Mancha

Cátedra Fundación Enresa

Proyecto Europeo

Strategies For The Eradication Of Bovine Tuberculosis

Proyecto Europeo, Comisión Europea

Harmonised Approaches In Monitoring Wildlife Population Health, And Ecology

And Abundance (APHAEA)

Proyecto Europeo, Comisión Europea (VII Programa Marco)

ANTIcipating the global onset of new epidemics (ANTIGONE)

Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha

Estructura de los contactos y riesgo de transmisión de enfermedades entre Ganado

y ungulados silvestres

CGT – Apoyo Al Desarrollo De Nuevas Tecnologias Para El Control Sanitario de

La Fauna Silvestre

Ministerio de Economía y Competitividad

Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI) – Incorporación de

Nuevas Metodologías para la tecnificación y sostenibilidad de explotaciones

bovinas extensivas y cinegáticas.

Financiación Adicional Del

Contrato Ramón Y Cajal De José Francisco Ruiz Fons

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Resumen.

Capítulo I: Introducción general.

Capítulo II: Epidemiología de Coxiella burnetii en fauna silvestre ibérica.

1. Estado de Coxiella burnetii en las poblaciones de ciervo rojo (Cervus elaphus)

en la península ibérica y factores de riesgo asociados.

“Host and Environmental Factors Modulate the Exposure of Free-Ranging

and Farmed Red Deer (Cervus elaphus) to Coxiella burnetii”

2. Estado de Coxiella burnetii en las poblaciones de conejo de monte

(Oryctolagus cuniculus) en la península ibérica y factores de riesgo asociados.

“European Rabbits as Reservoir for Coxiella burnetii”

3. Dinámica de la infección por Coxiella burnetii en una población endémica de

ciervo en condiciones semi-extensivas.

“Long-term dynamics of Coxiella burnetii in farmed red deer (Cervus

elaphus)”

4. Genotipos de Coxiella burnetii presentes en fauna silvestre en la península

ibérica basados en MLVA.

“Coxiella burnetii genotypes in Iberian wildlife”

5. Genotipado de Coxiella burnetii de fauna silvestre ibérica mediante PCR e

hibridación RLB y relaciones con genotipos de ganado doméstico y humanos

en España.

“Coxiella burnetii genotypes in Spanish wildlife: implications for livestock

and human health”

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Capítulo III: Vías de transmisión de Coxiella burnetii en fauna silvestre ibérica.

1. Vías de excreción de Coxiella burnetii y otros patógenos relevantes en jabalí

(Sus scrofa).

“Shedding patterns of endemic Eurasian wild boar (Sus scrofa) pathogens”

2. Vías de excreción de Coxiella burnetii en ciervo rojo (Cervus elaphus) en

condiciones de producción semi-extensiva.

“Coxiella burnetii Shedding by Farmed Red Deer (Cervus elaphus)”

Capítulo IV: Estrategias de control de Coxiella burnetii: evaluación de la vacunación con

vacunas inactivadas comerciales de fase I como estrategia de reducción de la prevalencia

y el nivel de excreción de la bacteria en ciervo rojo (Cervus elaphus).

Capítulo V: Síntesis general y conclusiones.

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Estructura de la tesis

La finalidad de este trabajo de investigación consiste en estudiar el papel de la fauna

silvestre en la epidemiología de Coxiella burnetii y en evaluar posibles medidas de control

- que al igual que en especies domésticas, sobre todo rumiantes - pueden llevarse a cabo

para disminuir la contaminación ambiental - fuente de infección para otras especies

silvestres, domésticas y para las personas - y, así, la transmisión.

La presente Tesis Doctoral se estructura en una primera sección (Resumen) que pretende

plasmar de forma resumida los aspectos metodológicos y resultados más destacables

obtenidos en cada capítulo.

A continuación se presenta el estado actual del tema (Capítulo I) a modo de Introducción

General a los trabajos de la Tesis Doctoral, en la que se aborda el conocimiento general

sobre C. burnetii, patógeno intracelular obligado con un amplio rango de hospedadores y

con carácter zoonósico que lo convierte en la causa de brotes epidémicos de fiebre Q en

personas. Esta introducción abarca aspectos generales del patógeno (etiología, estructura

genética, etc) y de sus efectos en hospedadores donde la epidemiología y el resultado de

la infección han sido bien caracterizados (principalmente rumiantes domésticos y ser

humano), pero su intención fundamental es centrarse en el conocimiento existente sobre

el papel que juega la fauna silvestre en la epidemiología de C. burnetii y en las estrategias

de control potencialmente aplicables en fauna silvestre. Incluye aspectos relacionados con

C. burnetii en fauna silvestre como las particularidades de su diagnóstico, desde la

detección serológica de anticuerpos frente a C. burnetii a la caracterización molecular de

los genotipos circulantes en diversas especies silvestres a nivel mundial y la relación

filogenética con los genotipos aislados en otras especies de hospedadores, así como el

conocimiento existente sobre los factores de riesgo de mantenimiento y transmisión de

C. burnetii asociados a la fauna silvestre. También en esta introducción se abordan

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aspectos de la transmisión, patogenia y patología conocidos en fauna silvestre, así como

el conocimiento actual sobre los métodos de control de las enfermedades en la fauna

silvestre.

El Capítulo II se centra en el abordaje científico llevado a cabo en esta Tesis Doctoral

para mejorar el conocimiento de la epidemiología de C. burnetii en poblaciones de fauna

silvestre ibérica, en concreto en el ciervo rojo (Cervus elaphus) y en el conejo de monte

(Oryctolagus cuniculus), así como para identificar algunos de los factores de riesgo que

determinan la transmisión y mantenimiento de C. burnetii en un ciclo silvestre en estas

especies. En este capítulo también se aborda un estudio que pretende comprender la

dinámica temporal de C. burnetii en poblaciones de ciervo rojo endémicas, usando una

granja ibérica de ciervo rojo como modelo. Dos estudios adicionales abordan el tipado

molecular de las cepas de C. burnetii circulantes en especies silvestres ibéricas. En estos

estudios se compara mediantes dos técnicas de tipado molecular diferentes (MLVA y

PCR-RLB) los genotipos que circulan en la fauna silvestre ibérica con cepas presentes en

ganado doméstico y en casos clínicos humanos en España y en el resto del mundo.

En el siguiente capítulo (Capítulo III) se aborda el estudio de las vías de transmisión de

C. burnetii en diferentes especies de fauna silvestre ibérica, concretamente en el jabalí

(Sus scrofa) y en el ciervo rojo (Cervus elaphus), así como las potenciales implicaciones

clínicas de la infección por C. burnetii en el ciervo.

El último de los estudios científicos que componen la presente Tesis Doctoral (Capítulo

IV) aborda el diseño y aplicación de estrategias potenciales de control de C. burnetii en

ciervo usando como modelo una granja de ciervo ibérica. El control de C. burnetii en

rumiantes domésticos se basa principalmente en el uso de vacunas inactivadas de

bacterias en fase I con la finalidad de reducir la prevalencia de excreción y, en paralelo,

los niveles de excreción para reducir la transmisión y, con ello, la incidencia. Este capítulo

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se basa en el diseño de un programa de vacunación experimental en condiciones de campo

y en la implementación de una vacuna comercial inactivada de C. burnetii en fase I

(COXEVAC, CEVA Santè Animale, Francia), así como en la posterior evaluación de la

eficacia de la vacuna en inducir inmunidad humoral y en reducir la excreción de C.

burnetii en secreciones vaginales, leche y heces en un periodo de tres años desde la

implementación del programa vacunal.

Esta Tesis Doctoral se cierra con una Síntesis General (Capítulo V) y Conclusiones en la

que se destacan los principales hitos logrados, la aplicabilidad de los resultados y las

necesidades futuras de abordaje científico necesarias para mejorar el conocimiento sobre

la epidemiología, la patogenia, la clínica y el control de C. burnetii en la fauna silvestre.

Esta sección incluye las conclusiones derivadas del trabajo de investigación desarrollado

en los diferentes estudios que componen la Tesis Doctoral.

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Introducción

1. El patógeno y sus características

Coxiella burnetii, previamente denominada como Rickettsia diaporica o Rickettsia

burnetii es una bacteria que se encuadra dentro de la clase Gammaproteobacteria, orden

Legionellales, familia Coxiellaceae. Es un bacilo gram negativo, patógeno intracelular

obligado, pequeño (0.2-0.4 μm ancho, 0.4-1.0 μm de largo), no capsulado y pleomórfico

(Maurin y Raoult, 1999). Coxiella burnetii presenta dos formas antigénicas relacionadas

con mutaciones en la capa de lipopolisacáridos, mutaciones que le confieren importantes

variaciones antigénicas denominadas “variación de fase”, hecho similar al que ocurre en

algunas enterobacterias en el que se da la transición de un lipopolisacárido liso a rugoso

y que se detecta mediante técnicas serológicas (Brezina, 1958; Hackstadt et al., 1985).

Estas formas son: i) la fase antigénica I, fase natural altamente infecciosa y virulenta, y

que se aisla principalmente de animales, artrópodos o humanos infectados; y ii) la fase

antigénica II, menos infecciosa y que sólo se obtiene tras repetidos pases de la fase I en

medios de cultivo celular o huevos embrionados (Hackstadt, 1990; Maurin y Raoult,

1999). Existen también tres variantes celulares diferentes: a) variante celular grande (En

inglés ‘Large Cell Variant’ - LCV); b) variable celular pequeña (SCV del inglés ‘Small

cell variant’); y c) variante celular pequeña y densa (‘Small Dense Cell’ en inglés - SDC)

(McCaul, 1991; McCaul y Williams, 1981). Estas formas presentan distintas

características morfológicas, antigénicas y metabólicas, y distinto grado de resistencia a

agentes físico-químicos. Así LCV es la variante intracelular, más pleomórfica y

metabólicamente activa, mientras que SDC y SCV son las formas extracelulares y tienen

una morfología similar. SDC se puede visualizar dentro de las LCV en forma de

endosporas que se liberarán al medio tras la lisis de las LCV o por fisión binaria. Las

formas SCV se encuentran en el espacio periplasmático. La formación de estas variantes

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es una estrategia de la bacteria para sobrevivir ya que expresan distintas proteínas

específicas reconocidas por los anticuerpos, lo que permite a la bacteria escapar y

sobrevivir dentro del endosoma. Las variantes pequeñas (SCV y SDC) están consideradas

como formas de resistencia extracelular. Coxiella burnetii tiene una gran afinidad por los

fagocitos mononucleares y por lo tanto en la fase aguda de la enfermedad (infección

sistémica) podemos encontrar a la bacteria en órganos como el bazo, pulmón, hígado y

médula ósea, aparte de en la sangre (Maurin y Raoult, 1999). Sin embargo, el principal

órgano de replicación de C. burnetii en animales no gestantes podría ser el bazo (Zhang

et al., 2005). En animales gestantes, la bacteria muestra preferencia por los tejidos del

aparato reproductivo, sobre todo en tejido que se está desarrollando y multiplicando,

como las células trofoblásticas de la membrana corioalantoidea de los rumiantes, siendo

también evidente la multiplicación de C. burnetii en los cotiledones de la placenta

(Sánchez et al., 2006).

Coxiella burnetii se caracteriza principalmente por su gran resistencia medioambiental

debida en gran parte a la capacidad para diferenciarse en variantes celulares pequeñas que

son estables en el medio ambiente. Esta forma es la fagocitada por los macrófagos durante

las primeras fases de la infección. Esta variantes (endospora) presentan también una alta

resistencia a agentes físicos y químicos (Babudieri, 1959). Son resistentes a la desecación,

a altas temperaturas, al choque osmótico, a la luz ultravioleta y a diferentes desinfectantes

como el hipoclorito al 0,5%, lysol al 5% y formol al 5% durante 24 horas a 24ºC, que no

eliminan por completo a la bacteria (McCaul y Williams, 1981; Ransom y Huebner, 1951;

Scott y Williams, 1990). Otros compuestos como el etanol al 70% y el cloroformo al 5%

aplicado durante 30 minutos sí son capaces de inactivar a la bacteria completamente

(Scott y Williams, 1990). La eficacia de estos desinfectantes químicos se puede ver

afectada por el contenido de materia orgánica presente en el medio, procedente de los

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tejidos, fluidos de los partos y de las heces, que podría neutralizar la acción germicida de

estos productos. Coxiella burnetii puede mantenerse viable e infectiva durante 4 meses

en el suelo a temperatura ambiente, en lana durante 9 meses, en agua hasta 36 meses y en

heces de garrapatas puede sobrevivir hasta casi 2 años (Pascual-Velasco, 1996). También

resiste las bajas temperaturas, más de dos años a -20ºC. Coxiella burnetii también ha sido

detectada en diferentes productos de origen animal como huevos, mayonesa, productos

lácteos - como mantequilla o queso fresco - y carne fresca (Tatsumi et al., 2006). En queso

permanece hasta 42 días viable, mientras en carne fresca permanece viable hasta un mes

a 4ºC. También puede permanecer viable en la ropa en condiciones de alta humedad, bajas

temperaturas y sin exposición directa al sol (EFSA, 2010). Esta característica de alta

resistencia explica su amplia distribución y presencia en el medio, donde un ambiente

ventoso puede crear condiciones favorables para su transmisión, y su capacidad para

infectar animales y humanos tras grandes periodos después de haber sido excretada

(Maurin y Raoult, 1999; Tissot-Dupont et al., 2004; Arricau-Bouvery et al., 2005). Por

su alta infectividad y su transmisión por medio de aerosoles (Brooke et al., 2013; Brooke

et al., 2015), y su resistencia a los cambios ambientales extremos, esta bacteria ha sido

clasificada en la categoría B de armas biológicas (Madariaga et al., 2003) considerándose

como potencial arma en bioterrorismo.

2. Reseña histórica

Coxiella burnetii es el agente causal de la fiebre Q, enfermedad zoonósica altamente

infecciosa compartida entre animales y humanos (Maurin y Raoult, 1999). En humanos

esta enfermedad se detectó en 1935 en trabajadores de un matadero después de un brote

febril en Brisbane, Queensland, Australia, (Derrick, 1937); los análisis laboratoriales

resultaron ser negativos a todos los patógenos conocidos hasta el momento (Babudieri,

1959). El patógeno fue investigado por E. H. Derrick, director del Laboratorio de

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Microbiología y Patología del Departamento de Salud de Queensland, inoculando sangre

de los trabajadores enfermos en cobayas y produciéndose en estas un cuadro febril. De

estos animales se volvió a inocular sangre en otros animales produciéndose de nuevo un

cuadro febril, lo que suponía la implicación de un agente infeccioso. De este modo la

enfermedad que provocaba este patógeno desconocido se le denominó “Q fever” (la “Q”

es la abreviatura de “query”, que en inglés quiere decir interrogación) (Babudieri, 1959).

Las investigaciones continuaron hasta que M. Burnet consiguió aislar el patógeno de

animales de laboratorio; estos patógenos se identificaron como organismos similares a

rickettsias, denominándolo Rickettsia burnetii (Reimer, 1993). Al mismo tiempo en

Estados Unidos, H. R. Cox y su grupo investigaba la fiebre de las montañas rocosas. Estos

habían recolectado garrapatas en la localidad de Nine Mile (Montana), y se suponía que

habían hallado el agente causante de la fiebre de las montañas rocosas (Derrick et al.,

1939, Smith et al., 1940). Al contrario de lo que pensaban, aislaron otro patógeno con

similares características a las rickettsias, al que denominaron Rickettsia diaporica,

haciendo referencia a la propiedad de estos microorganismos de pasar a través de los

filtros. A la enfermedad producida por este patógeno la denominaron “fiebre de Nine

Mile”. En sucesivas investigaciones H.R. Cox enfermó con un cuadro febril igual al

detectado en los trabajadores de Brisbane, permitiendo relacionar en ese momento este

cuadro con la enfermedad descrita en Australia (Babudieri, 1959). La inoculación de la

sangre de Cox en cobayas desarrolló la enfermedad en estos y de sus bazos se pudo aislar

el agente Nine Mile. En 1948, C. B. Philip propone que Rickettsia burnetii sea

considerada como una especie única de un género distinto, y propone el nombre de

Coxiella burnetii para el agente causal de la fiebre Q (Marrie, 1990), en honor a Cox y

Burnet. El cuadro clínico característico de la fiebre Q humana descrito por Derrick en su

primer trabajo, fue detallado y ampliado posteriormente por el mismo autor (Derrick,

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1973). Desde la identificación de C. burnetii como agente causante de la fiebre Q, esta

bacteria ha sido aislada de una amplia variedad de mamíferos (humanos, animales

domésticos y silvestres) y de garrapatas por todo el mundo, incluso de muestras

ambientales contaminadas por bacterias excretadas por hospedadores infectados (Maurin

y Raoult, 1999; Angelakis y Raoult, 2010; Piñero et al., 2014). Adicionalmente,

endosimbiontes parecidos a C. burnetii (‘Coxiella-like endosymbionts’ en inglés) están

presentes en garrapatas, sobre todo de la familia Argasidae e Ixodidae (Reeves et al.,

2006; Duron et al., 2014; Machado-Ferreira et al., 2011; Davoust et al., 2014). Bacterias

similares a Coxiella han sido descritas como la causa de un cuadro clínico severo

observado en aves tropicales mantenidas en cautividad; la infección se ha descrito

habitualmente con cuadro mortal (Shivaprarad et al., 2008; Woc-Colburn et a., 2008).

Coxiella burnetii también ha sido detectada en otros artrópodos hematófagos, como las

pulgas (Psaroulaki et al., 2014a).

Avances recientes en la investigación sobre Coxiella burnetii y fiebre Q

Durante los últimos años el conocimiento de la fiebre Q en humanos y animales

domésticos ha tenido una gran expansión, en parte debido a las constantes noticias de

casos humanos en zonas endémicas (Alonso et al., 2015) y por los brotes epidémicos en

países como Croacia, Estados Unidos, Guayana Francesa, Holanda, Hungría o Polonia

(Davoust et al., 2014; Morroy et al., 2015; Kersh et al., 2013; Szymańska-Czerwińska et

al., 2015; Gyuranecz et al., 2015; Medic et al., 2005). Los avances en salud pública

incluyen, entre otros, mejor conocimiento de la epidemiología de la enfermedad (Million

y Raoult, 2015), el reconocimiento del papel que juegan los factores del hospedador en la

expresión de la fiebre Q aguda y la evolución en el curso de las infecciones crónicas,

patología e inmunidad de la infección, desarrollo de protocolos prolongados de

administración de antibioterapia frente a la endocarditis producida por C. burnetii

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(Million y Raoutl, 2015) y progreso en la prevención a través del desarrollo de vacunas y

la mejora de los protocolos de vacunación (Isken et al., 2013; Million y Raoult, 2015).

En sanidad animal los avances han sido, entre otros, el progreso en la comprensión de los

factores de riesgo que determinan el mantenimiento y transmisión de la infección (Brom

et al., 2015), mejor conocimiento de los factores del huésped y el rebaño que modulan el

impacto de la infección (Piñero et al., 2014), un mejor conocimiento sobre la importancia

de la infección en la producción ganadera (Oporto et al., 2006, García-Ispierto et al., 2014;

Berri et al., 2005) y mejora de las vacunas y protocolos de vacunación (Roest et al.,

2013a). Sin embargo este impulso significativo en el conocimiento de C. burnetii no se

ha visto reflejado en la misma medida en la fauna silvestre, donde los principales avances

han consistido principalmente en sacar a la luz el papel de estas especies en el ciclo de

vida del patógeno. Sin embargo, estos avances sólo muestran la ‘punta del iceberg’ del

potencial de la fauna silvestre en el mantenimiento y la transmisión de C. burnetii. Queda

por lo tanto, una labor muy árdua que llevar a cabo en el estudio de este patógeno en las

especies silvestre para clarificar su papel en la ecología de C. burnetii, estimar la

extensión y la dimensión del riesgo para los propios animales silvestres, los animales

domésticos y el ser humano, y para diseñar estrategias de prevención y control del

patógeno en la fauna silvestre cuando éste tenga un impacto significativo.

3. Impacto de la fiebre Q en la salud pública, la sanidad animal y la economía

Las consecuencias clínicas de la infección por C. burnetii en humanos y animales llevan

consigo importantes costes económicos asociados. Aunque el impacto de la fiebre Q en

la salud humana se conoce desde que fue descrito en 1935 (Derrick, 1937), la mayor

relevancia de la enfermedad en salud pública se ha puesto en evidencia a partir de los

brotes, algunas veces masivos, que han ocurrido a finales del siglo XX y principios del

siglo XXI in Bulgaria, Croacia, Francia, Guayana Francesa, Israel, Hungría, Paises Bajos,

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Estados Unidos y España (Dupont et al., 1992; Panaiotov et al., 2009; Amitai et al., 2010;

Bjork et al., 2014; Gyuranecz et al., 2014; Davoust et al., 2014; Medic et al., 2005; Alonso

et al., 2015). Su impacto económico es grande aunque infravalorado debido a su poco

conocimiento y la escasa declaración de casos (Fernández Guerrero, 2014).

Impacto en la salud pública

El incremento mundial del interés por la fiebre Q y su agente causal se pone de manifiesto

al observar la tendencia creciente en el número de estudios científicos publicados en las

últimas décadas (Millions et al., 2015) tanto en el ámbito de la salud humana como en el

de la sanidad animal. La fiebre Q es rara vez una enfermedad mortal en humanos, pero

con frecuencia es una enfermedad debilitante. Actualmente, la fiebre Q es considerada

como una enfermedad emergente (Arricau-Bouvery & Rodolakis, 2005). Los seres

humanos son altamente susceptibles a la infección por C. burnetii, una sola bacteria es

suficiente para desencadenar la infección (Sawyer et al., 1987; Maurin y Raoult, 1999).

Las manifestaciones clínicas en humanos son muy variables, desde casos agudos hasta

infecciones crónicas fatales, sin embargo, la mayoría de las infecciones (60%) cursan de

forma asintomática, detectándose únicamente la presencia de anticuerpos frente a C.

burnetii (Arricau-Bouvery & Rodolakis, 2005; Maurin & Raoult, 1999). La infección

aguda, caracterizada por su polimorfismo, presenta manifestaciones clínicas que

dependen de la puerta de entrada del patógeno; cursa con mayor frecuencia como un

cuadro de neumonía con fiebre elevada (40°C), distrés respiratorio agudo y hallazgos

radiográficos inespecíficos. La infección aguda puede manifestarse de manera variable,

incluyendo una o varias de las siguientes manifestaciones clínicas o cuadros

inflamatorios: fiebre, fatiga, escalofríos, dolor de cabeza, mialgia, erupciones cutáneas,

sudoración, náuseas, vómitos, diarrea, tos, dolor de pecho, neumonía, hepatitis,

miocarditis, pericarditis, meningoencefalitis e, incluso, la muerte. La proporción de

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muerte en infecciones agudas tiene una incidencia de entre el 0,9% y el 2,4%

(Kampschreur et al., 2010; Dupont et al., 1992; Parker et al., 2006; Tissot-Dupont &

Raoult, 2008). Un bajo porcentaje de casos agudos, especialmente pacientes con

valvulopatías previas, y en menor medida personas inmunodeprimidas y mujeres

gestantes, pueden evolucionar a cursos más graves y complicados (crónicos) que pueden

presentarse con endocarditis, alteraciones vasculares, procesos osteoarticulares, hepatitis

crónica, infecciones pulmonares crónicas y síndrome de fatiga crónica. La incidencia de

mortalidad en las infecciones crónicas se situa entre el 1 y el 5% (Maurin & Raoult, 1999).

Sin embargo, en nuestro entorno, se han referido diferentes formas de presentación según

el área geográfica: en el norte predominan las neumonías, mientras que en el sur es más

frecuente la hepatitis aguda, con hepatomegalia y granulomas (de Alarcón et al., 2003;

Espejo et al., 2014). En la fiebre Q crónica, la manifestación clínica más frecuente es la

endocarditis, que se diagnostica, casi exclusivamente, en pacientes con una afección

valvular previa, en pacientes trasplantados y en pacientes inmunodeprimidos.

La fiebre Q sigue constituyendo un riesgo laboral principalmente para las personas en

contacto con animales domésticos (vacas, ovejas y cabras fundamentalmente) pero

también afecta a personas indirectamente relacionadas con animales domésticos (Alonso

et al., 2015). La forma más común de contagio es por inhalación de aerosoles que

contienen la bacteria (Maurin & Raoult, 1999; Angelakis & Raoult, 2010). De esta forma,

dentro de las personas con alto riesgo de sufrir fiebre Q se puede incluir a granjeros,

veterinarios, personal de mataderos, personas en contacto con productos lácteos e incluso

personas que viven en zonas rurales y personal investigador que trabaje en laboratorios

con C. burnetii (Maurin & Raoult, 1999). Los principales reservorios de C. burnetii son

los rumiantes domésticos; concretamente, la bacteria es excretada en grandes cantidades

mediante secreciones vaginales, leche y heces (Guatteo et al., 2007, Maurin & Raoult,

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1999; Angelakis & Raoult, 2010). Aparte de los rumiantes domésticos, otras especies

domésticas como perros y gatos pueden ser también fuente de infección para los humanos

(Laughlin et al., 1991; Kosatsky et al., 1984); incluso especies de animales silvestres y

artrópodos como las garrapatas son fuente de infección para otros animales y para

humanos (González-Barrio et al., 2015a, 2015b – CAPÍTULOS II.1 y II.2; Davoust et

al., 2014; Toledo et al., 2009; Kirchgessner et al., 2012a). El vínculo ente fauna silvestre

y ser humano en la transmisión de C. burnetii ha sido infravalorado, entre otros motivos,

por la dificultad en la trazabilidad de casos humanos con origen en fauna silvestre.

Recientemente se ha especulado sobre este enlace entre fauna silvestre y ser humano

(Schleenvoigt et al., 2015).

Impacto en la sanidad animal

Aparte de la importancia de C. burnetii en salud pública, la fiebre Q en los rumiantes

domésticos causa problemas reproductivos, en ocasiones de gran relevancia por el

número de pérdidas reproductivas y productivas asociadas. Los problemas reproductivos

en rumiantes domésticos incluyen, entre otros, abortos, endometritis e infertilidad. El

cuadro clínico y el impacto reproductivo de C. burnetii también puede ser, en cierta

medida, extrapolado a la fauna silvestre.

En animales, la fiebre Q en la mayoría de los casos es asintomática. Sin embargo, Coxiella

burnetii es uno de los patógenos más importantes causantes de fallo reproductivo en el

ganado (Oporto et al., 2006; Agerholm, 2014). Los signos clínicos de la fiebre Q en

ruminates domésticos son diversos; C. burnetii ha sido asociada en ganado,

principalmente en cabras y ovejas, con casos esporádicos de partos prematuros, abortos

y animales nacidos débiles que pueden morir a las pocas horas del parto (Agerholm 2013).

En vacuno, C. burnetii está asociada en su mayoría con problemas de fertilidad

(Agerholm 2014, García-Ispierto et al., 2014).

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Impacto económico de Coxiella burnetii

Las consecuencias clínicas de la infección en humanos – con brotes masivos como el de

los Países Bajos entre 2007 y 2010 (van der Hoek et al., 2012), y las medidas aplicadas

para su prevención y control (van Asseldonk et al., 2013) han aumentado el alto, aunque

aún infravalorado, impacto económico de C. burnetii. El impacto de la fiebre Q en la

salud pública y, por ende en la sociedad y la economía, es significativo (EFSA, 2010).

Las pérdidas en producción en al ganado causan también importantes pérdidas

económicas. En la epidemia de los Paises Bajos los costes económicos fueron estimados

en 307 millones de euros (Van Asseldonk et al., 2013; 2015), incluyendo: i) costes para

el control de la enfermedad en el ganado (testaje, vacunación y sacrificio); ii) costes de

las pérdidas productivas en las granjas (pérdida de fertilidad, pérdidas reproductivas,

pérdidas en la producción láctea, restricciones reproductivas); iii) costes en salud humana

(hospitalizaciones, tratamientos, pérdida de ingresos económicos por día hospitalizado,

probabilidad de síndrome de fatiga crónica, probabilidad de fiebre Q crónica, duración de

fiebre Q aguda, años productivos perdidos por enfermedad o fallecimiento, ponderación

de las indemnizaciones por discapacidad producida por fiebre Q aguda, ponderación por

la discapacidad producida por el sindrome de fatiga crónica, ponderación por la

discapacidad producidad por fiebre Q crónica, proporción de bajas en trabajadores con

sindrome de fatiga crónica). Otro estudio estima una pérdidas totales causadas en este

brote epidémico de fiebre Q en los Paises Bajos de entre 161 y 336 millones de euros

(Tempelman et al., 2011). Morroy et al., (2012) estimó las pérdidas entre 225 y 600

millones de euros. En ambos estudios se estimaron pérdidas en la calidad de vida humana

en torno a los 150 millones de euros. Estos ejemplos podrían ser comparable a los costes

de brotes similar en otros países desarrollados. Sin embargo, muchos costes asociados a

este brote epidémico no fueron incluidos, como los costes en la organización para la

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gestión del brote y sus causas, así como la financiación científica y cualquier coste

potencial sobre la salud de la fauna silvestre y, por ende, la potencial pérdida de

biodiversidad y el impacto en los aprovechamientos cinegéticos o de cualquier tipo de la

fauna silvestre (turismo, valor intrínseco de la fauna silvestre). La dificultad de estimar

los costes económicos ocasionados por la infección por C. burnetii en la fauna silvestre

se debe sobre todo a la falta de información sobre los efectos de la infección en la

dinámica poblacional en la salud de las poblaciones de fauna silvestre. Estas estimas

económicas tampoco han tenido en cuenta los costes producidos por fiebre Q en humanos

durante los años previos y siguientes al brote, años en los que los casos de fiebre Q han

existido aunque en menor medida. Por lo tanto, costes veterinarios, y sobre todo los

costes en la salud pública y las implicaciones sociales parecen haber sido subestimados

(Morroy et al., 2013).

4. Eco-epidemiología de Coxiella burnetii

La epidemiología en la fiebre Q humana está principalmente condicionada por la

transmisión vinculada al ganado debido, entre otros factores, a la endemicidad de C.

burnetii en el ganado a nivel mundial y al contacto frecuente, directo o indirecto, entre

ganado y humanos. La relación que se observa entre la prevalencia de infección por C.

burnetii en el ganado y la densidad de animales en las explotaciones (Álvarez et al., 2012;

Piñero et al., 2014) señala que las explotaciones intensivas pueden jugar un papel

importante en el riesgo de transmisión a humanos y, por lo tanto, en la aparición de brotes

masivos como el de Países Bajos reciente. Con este factor en mente, podríamos

hipotetizar que el aumento de brotes de fiebre Q en humanos está probablemente

vinculado a los cambios históricos en los sistemas de producción ganadera. Desde el

último cuarto del siglo XX grandes explotaciones intensivas de animales han sustituido a

los pequeños sistemas de producción ganadera ligados a zonas rurales, de esta manera,

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tanto el número de animales como los animales criados por explotación han aumentado

considerablemente (Delgado et al., 1999; Thornton, 2010) El incremento en las

densidades de animales en las explotaciones intensivas, probablemente debido a que

conlleva un aumento en la tasa de interacción entre individuos infectados y susceptibles,

favorecería la transmisión y aumentaría la tasa básica de reproducción (R0) del patógeno.

R0 cuantifica el número de individuos susceptibles a los que un individuo infectado es

capaza de transmitir la infección. Como ejemplo, el cambio en la producción caprina en

los Paises Bajos asociado, entre otros motivos, a la decadencia de la industria porcina en

el país debido al control de enfermedades fue el origen del brote masivo de fiebre Q entre

2007 y 2010 (Roest et al., 2011a). Recientemente se observa un aumento en el número

de publicaciones de casos de fiebre Q esporádicos en personas que viven en zonas urbanas

después de un contacto ocasional con animales de granja o con otros animales domésticos

infectados (Laughlin et al., 1991; Kosatsky et al., 1984; Marrie et al., 1988; Marrie, 1996;

Langley et al., 1988), incluso tras contacto con fauna silvestre (Marrie et al., 1986;

Laughlin et al., 1991; González-Barrio et al., 2015c – CAPÍTULO III.2; Davoust et al.,

2014; Schleenvoigt et al., 2015; Eldin et al., 2015). Aunque la tasa de interacción de los

seres humanos con la fauna silvestre no es tan elevada como la tasa de interacción con

ganado, los patrones actuales de contacto entre la fauna silvestre y el ser humano, tanto

directo como indirecto (a través de granjas o fomites), están cambiando (Ruiz-Fons,

2015). Estos cambios se originan debido a la variación en la percepción y el manejo de la

fauna silvestre y los alimentos derivados de esta, lo que ha ocasionado la propagación -

tanto en la distribución geográfica como en densidad poblacional - de algunas especies

de fauna silvestre, como el ciervo rojo (Cervus elaphus), el corzo (Capreolus capreolus),

el ciervo de cola blanca (Odocoileus virginianus), el jabalí (Sus scrofa), el zorro rojo

(Vulpes vulpes), la cigüeña blanca (Ciconia ciconia) o el topillo campesino (Microtus

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arvalis) (Gortázar et al., 2006; Acevedo et al., 2007, 2008; Apollonio et al., 2010, Dawe

et al., 2014), entre otros. Cambios en los modos de vida humanos como mayor actividad

humana en zonas naturales (turismo rural, deportes al aire libre, avistamientos de fauna),

alimentación con productos más naturales (incluyendo productos derivados de la fauna

silvestre), crecimiento de las urbanizaciones en zonas naturales, cambios en los

aprovechamientos del medio, cambios en los aprovechamientos cinegéticos, e incluso

cambios socioeconómicos, pueden conllevar un aumento de la transmisión de patógenos

con origen en fauna silvestre (Randolph et al., 2010; Robinsonet al., 2015; Gortázar et al.,

2014a). Además, las cepas de Coxiella burnetii provenientes de la fauna silvestre y que

tanto el ganado como los seres humanos no han sido expuestos pueden tener potencial

como patógenos emergentes debido a la adquisición de factores de virulencia

desconocidos (Gortázar et al., 2014a; Parker et al. 2015). Numerosos patógenos

emergentes en humanos tienen su origen en mutaciones genéticas de cepas circulantes en

animales silvestres que les han otorgado una gran capacidad de reproducción y

transmisión entre humanos tras uno o varios eventos de transmisión de la fauna silvestre

al ser humano; podemos citar el virus del Síndrome Agudo Respiratorios (SARS; Sutton

& Subbarao, 2015), el virus del Síndrome Respiratorio del Oriente Medio (MERS; SARS;

Sutton & Subbarao, 2015)o los virus Nipah y Hendra (Daszak et al., 2013; Wood et al.,

2012), entre muchos de los ejemplos existentes.

Por lo tanto, esta sección tiene como objetivo revisar los conocimientos actuales sobre

los diferentes aspectos epidemiológicos de Coxiella burnetii en la fauna silvestre a nivel

mundial para entender los riesgos potenciales para los animales domésticos y los seres

humanos que plantea la fauna silvestre.

Conocimiento actual sobre el estado de Coxiella burnetii en la fauna silvestre

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Coxiella burnetii es un patógeno multi-hospedador que es capaz de infectar a un alto

número de especies (Maurin and Raoult, 1999). Como muchos patógenos zoonóticos con

un amplio espectro de hospedadores, los reservorios silvestres representan un importante

riesgo para la salud pública. En este caso el riesgo se presenta a escala global (Kruse et

al., 2004), ya que se ha demostrado que C. burnetii puede infectar a un gran número de

especies de animales silvestres en diferentes ecosistemas de todos los continentes, desde

zonas cálidas como Australia (Potter et al., 2011; Cooper et al., 2013) a zonas tan frías

como Alaska (Minor et al., 2013; Myers et al., 2013), incluyendo ecosistemas en islas

como Chipre, Japón y Reino Unido (Psaroulaki et al., 2014b; Ejercito et al., 1993;

Meredith et al., 2014), a lugares tropicales y húmedos como la India o la Guayana

Francesa (Yadav et al., 1980; Gardon et al., 2011; Davoust et al., 2014), e incluso en

zonas desérticas (Banazis et al., 2010). Muchas especies de mamíferos silvestres, pájaros,

peces, reptiles y artrópodos son suscepibles de la infección por C. burnetii (Tabla 1, 2, 3

y 4). La infección también ha sido documentada en fauna silvestre en cautividad, como

colecciones zoológicas, safaris o granjas (Tabla 5). En las tablas 1 a 5 se incluye el rango

de especies de fauna silvestre y artrópodos en las que se ha analizado la presencia de

infección por C. burnetii o evidencias de exposición al patógeno. La mayoría de los

estudios sólo han estudiado la fauna silvestre a escalas regionales o locales y muy pocos

han intentado proporcionar información a gran escala, por lo que tan sólo tenemos

evidencias someras de la situación real de C. burnetii en la fauna silvestre.

Revisando la literaruta científica, 153 especies de 14 órdenes de mamíferos de fauna

silvestre han sido analizados para la presencia de anticuerpos y/o presencia de C. burnetii.

Noventa y tres de las 153 especies (60,8%) fueron positivas a la exposición a C. burnetii.

Más de cinco especies han sido analizadas en el orden Artiodactyla (n=31), Carnivora

(n=29), Diprodontia (n=8), Lagomorpha (n=6) y Rodendia (n=61), obteniendo como

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resultado positivo un 67,7% de las especies de artiodáctilos, un 40,2% de los carnivoros,

un 87,5% de los marsupiales diprotodontos, un 100,0% de los lagomorfos y un 60,7% de

los roedores. Las técnicas de análisis de la exposición a C. burnetii han sido

mayoritariamente técnicas serológicas - ensayo por inmunoadsorción ligado a enzimas

(ELISA), ensayo de inmunofluorescencia (IFA), prueba de la fijación del complemento

(CFT), ensayo de microaglutinación (MAT) y ensayo de aglutinación capilar (CAT) -

mientras que la bacteria ha sido aislada o detectada mediantes técnicas moleculares

(Reacción en cadena de la polimerasa, PCR) en 43 de las 91 especies positivas (Tabla 1).

La exposición a C. burnetii ha sido estudiada en 21 órdenes de aves en condiciones de

vida libre, incluyendo 154 especies. De estas, 63 especies (40,9%) han sido positivas a C.

burnetii. En 10 de los órdenes, más de 5 especies se han estudiado: Accipitriformes

(n=12), Anseriformes (n=8), Charadriiformes (n=10), Columbiformes (n=6),

Falconiformes (n=8), Galliformes (n=8), Gruiformes (n=7), Passeriformes (n=63),

Pelecaneiformes (n=8) y Strigiformes (n=7). En 35 especies de aves de las 63 positivas,

C. burnetii fue aislada o su ADN detectado mediante PCR. El 83,0% de los

Accipitriformes, 50.0% de los Anseriformes, 20.0% de los Charadriiformes, 66.7% de los

Columbiformes, 25.0% de los Falconiformes, 12.5% de los Galliformes, 57,1% de los

Gruiformes, 37,9% de los Paseriformes, 37,5% de los Pelecanieformes y 42,9% de los

Strigiformes fueron positivos a C. burnetii mediantes técnicas serológicas, técnicas

moleculares o cultivo celular. En términos generales, el número de especies de aves

silvestres analizado es bajo, esto puede indicar que C. burnetii puede estar incluso más

extendida en las aves del mundo.

Una de las dos especies de peces en las que se ha estudiado la infección/exposición a C.

burnetii fue positiva (Tabla 3).

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Otras 19 especies de mamíferos y 7 de aves silvestres en cautividad (zoos, safari, granjas,

colecciones personales) fueron positivas a C. burnetii (Tabla 5). Cuatro especies de

anfibios (Orden Anura) junto a 5 especies de reptiles (Orden Squamata y Testudines) han

sido analizados para la exposición a C. burnetii. Cuatro especies, incluyendo serpientes,

lagartos y tortugas, fueron positivas mediante PCR.

Finalmente, en 17 de 27 especies de garrapatas duras - familia Ixodidae – C. burnetii ha

sido detectada mediante PCR o cultivo celular (Tabla 5). En tres especies de garraptas

blandas - familia Argasidae - y en tres especies de pulgas se detectó C. burnetii por medio

de técnicas moleculares (Tabla 4).

A día de hoy, hay muy pocos estudios sobre el estado de C. burnetii y su ciclo en especies

de fauna silvestre y/o de vectores artrópodos. La mayor parte de la información ha sido

obtenida por estudios parciales u oportunistas con enfoques inapropiados para obtener

información representativa. Se debería tender en el futuro a mejorar el conocimiento del

estado de C. burnetii en las especies de fauna silvestre, sobre todo aquellas que son

abundantes y con una amplia distribución, con aumento en sus tendencias poblacionales

y con potencial de interacción medio-alto con humanos y ganado. Estos enfoques

permitirán mejorar la comprensión de la ecología de C. burnetii, lo que es esencial para

su control y eventual erradicación de las explotaciones ganaderas y las poblaciones

humanas.

Factores que modulan la dinámica de Coxiella burnetii en fauna silvestre

Si la información actual a gran escala y a largo plazo sobre el estado de C. burnetii en

especies de vida silvestre es escasa, los estudios epidemiológicos que analizan los factores

de riesgo para el mantenimiento de este patógeno en la fauna silvestre son aún menos

abundantes. En esta sección, y debido a la escasez de estudios, se abordan los factores

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potencialmente moduladores de la dinámica de transmisión de C. burnetii en la fauna

silvestre utilizando para ello evidencias científicas existentes en la fauna silvestre,

basándose en el conocimiento previo de los factores que impulsan otros patógenos multi-

hospedador y en el conocimiento existente en el ganado y en la especie humana.

Identificar los factores potenciales que modulan el mantenimiento y la transmisión de C.

burnetii en la fauna silvestre es esencial para estimar los riesgos y para diseñar y aplicar

cualquier potencial método de control (Boadella et al., 2012a). Se analiza el potencial

efecto de factores propios de los hospedadores (demografía, ciclo de vida y características

fisiológicas del hospedador), factores ambientales (condiciones meteorológicas y

climáticas) y factores propios del patógeno (virulencia, diversidad genética).

Factores demográficos. La susceptibilidad de un hospedador silvestre por un patógeno y

su capacidad para multiplicar y excretar el patógeno son pre-requisitos para asumir que

ese hospedador pueda actuar como reservorio (Wobesser et al., 1994). Sin embargo, para

estimar el posible papel como reservorio de un hospedador silvestre para un patógeno

concreto debemos conocer la capacidad de dicho hospedador para mantener el patógeno,

es decir, que R0 sea ≥1 (Metcalf et al., 2015). Diversos factores relacionados con la

dinámica poblacional del hospedador (distribución geográfica, tendencias demográficas,

densidad y agregación) pueden condicionar la tasa de reproducción básica del patógeno

y, con ello, determinar que este circule o que se extinga de la población.

El riesgo que dos especies de hospedadores competentes para un patógeno compartido

con otros animales y con el ser humano representa podría variar en función de su

distribución geográfica. Por ejemplo, el rebeco alpino (Rupicapra rupicapra) y el ciervo

rojo son ambos susceptibles a la infección por C. burnetii (Pioz et al., 2008a; González-

Barrio et al., 2015a – CAPÍTULO II.1), sin embargo la extensión de sus áreas de

distribución son muy diferentes. El primero es un ungulado de alta montaña con unos

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requerimientos ambientales particulares que lo mantienen restringido a los ecosistemas

montañosos del suroeste de Europa (Herrero et al., 2008). Sin embargo, el ciervo rojo

presenta una amplia distribución en Europa, norte de África, sur de América y Asia

(Flueck et al., 2003; Ludt et al., 2004). Así, sólo la mera variación en la distribución

geográfica de dos especies de hospedadores competentes conllevaría una diferencia en el

riesgo que ambas representan para la transmisión de C. burnetii a ganado o ser humano.

Esta hipótesis ha sido postulada para otros patógenos compartidos, como por ejemplo en

el virus de la lengua azul (BTV) (Ruiz-Fons et al., 2008a; Ruiz-Fons et al., 2014a). La

prevalencia de BTV fue ligeramente más alta en gamo (Dama dama) que en ciervo rojo

en el sur de España, lo que a priori señalaría un mayor riesgo de transmisión por parte del

gamo en comparación con el ciervo. Sin embargo, a una escala mayor, la distribución

geográfica más restringida del gamo señalaría que su papel en la transmisión de BTV es

más limitado que el del ciervo. Aunque se debe señalar que el riesgo no debería medirse

sólo en base a rangos de distribución geográfica actuales de los hospedadores silvestres,

sino en las tendencias de distribución geográfica que estos presentan y que determinarán

el riesgo en un futuro próximo. Actualmente tenemos evidencias de que algunas especies

competentes para C. burnetii presentan unas tendencias geográficas crecientes a gran

escala, como el ciervo rojo (Apollonio et al., 2010), el corzo (Acevedo et al., 2005;

Acevedo et al., 2010a), el ciervo de cola blanca (Gallina et al., 2008) o el jabalí (Massei

et al., 2015; Schöning et al., 2013). Estas especies representarían un mayor riesgo como

fuente de C. burnetii para el ganado y el ser humano que otras especies silvestres con

tendencias de distribución geográfica estables o decrecientes como el rebeco alpino

(Rupicapra rupicapra) y el rebeco pirenaico (Rupicapra pyrenaica) (Herrero et al., 2008;

Aulagnier et al., 2008a), o la cabra montés (Capra hispanica) y el íbice alpino (Capra

ibex) (Herrero y Pérez, 2008; Aulagnier et al., 2008b). Desafortunadamente, la

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información existente sobre las tendencias geográficas actuales de los mamíferos y

reptiles silvestres son escasos. Por el contrario, la información de tendencias de especies

de aves silvestres en los países desarrollados es monitorizada por algunas organizaciones

no gubernamentales (SEO/Bird life; WWF).

R0 es, por definición, una variable que depende de la tasa de interacción entre individuos

infectados y susceptibles (Dobson & Foufopoulos, 2001). A mayor tasa de interacción

más alto es el riesgo de transmisión. Las interacciones entre los individuos de una especie

dependen de varios factores, incluyendo su dinámica poblacional, factores conductuales

de los hospedarores y factores ambientales (Dobson & Foufopoulos, 2001). Centrándonos

en la dinámica de población del hospedador, las interacciones entre individuos son más

frecuentes a altas densidades poblacionales que cuando la densidad es baja (Gortázar et

al., 2006). Este factor por sí mismo puede condicionar R0 y determinar el mantenimiento

o la extinción del patógeno en la población (ej., Rossi et al., 2005a, 2005b en la

transmisión del virus de la peste porcina clásica en jabalí). Estudios en vacuno de leche

encontraron que la densidad del hospedador tenía efecto en el riesgo de exposición a C.

burnetii (Álvarez et al., 2012; Piñero et al., 2014). Un estudio reciente en conejo de monte

(Oryctolagus cuniculus) en la península ibérica encontró que los valores de

seroprevalencia frente a C. burnetii más altos se daban en poblaciones de conejo

gestionadas con fines cinegéticos, hecho que promueve altas densidades (González-

Barrio et al., 2015b - CAPÍTULO II.2). Los efectos de la densidad no se aplican

únicamente a una poblacion de hospedadores en particular, sino que también se puede

aplicar para comparar el riesgo potencial de diferentes hospedadores competentes. Por

ejemplo, tanto el ciervo rojo como el corzo están ampliamente distribuidos en Europa

(Apollonio et al., 2010). Sin embargo, mientras el ciervo rojo alcanza densidades de hasta

70 individuos/Km2, en el corzo las densidades más altas registradas en Europa no

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sobrepasan los 7 individuos/Km2 (Acevedo et al., 2008; Prokešová et al., 2006; Walander

et al., 2012). Por lo tanto, es esperable que la tasa de interacción entre ciervos y, por lo

tanto R0, sean mayores en el ciervo que en las poblaciones de corzo. Sin embargo, como

C. burnetii es un patógeno transmitido principalmente de forma indirecta y con una

amplia gama de hospedadores (Maurin & Raoult, 1999), otros factores, discutidos en los

siguientes apartados, deberían considerarse para estimar la relevancia de la densidad del

hospedador en las tasas de interación y en la transmisión de C. burnetii. De hecho, la

prevalencia en las poblaciones de corzo en los Paises Bajos, con densidades de 4

individuos/Km2 (Montizaan & Siebenga, 2010), fue más alta (23,0%) que la media de la

seroprevalencia en ciervos silvestres en la península ibérica (3,6%; González-Barrio et

al., 2015a - CAPÍTULO II.1) en las que las densidades de ciervo pueden alcanzar valores

de hasta 70 individuos/Km2 (Acevedo et al., 2008). Otros factores aparte de la densidad,

teniendo en cuenta los sesgos potenciales presentes en los estudios existentes (González-

Barrio et al., 2015a - CAPÍTULO II.1), pueden modular la tasa de transmisión de C.

burnetii. La densidad poblacional está en parte condicionada por la capacidad

reproductiva - prolificidad - del hospedador, y este parámetro podría indirectamente

modular la dinámica de C. burnetii. Especies con alta prolificidad, como el conejo de

monte (Dekker et al., 1975) o el jabalí (Ruiz-Fons et al., 2006), pueden incrementar su

densidad poblacional en poco tiempo y proporcionar un gran número de animales

susceptibles a la infección por C. burnetii, manteniendo de esta manera el patógeno en la

población. Actualmente, muchas de las herramientas disponibles para la estima de

densidad poblacional de especies de fauna silvestre no son aplicables a las diferentes

regiones en las que estas especies están presentes (Lancia et al., 1994; Acevedo et al.,

2007), y el esfuerzo necesario para realizar estudios sobre la relación entre la densidad y

el riesgo de la exposición a C. burnetii es muy grande, lo que condiciona la viabilidad de

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estimar a gran escala el potencial de la densidad del hospedador en la dinámica de C.

burnetii. Otro parámetro que condiciona la tasa de interacción entre individuos en una

población es la agregación de los individuos (Acevedo et al., 2007). Esta depende

principalmente de la gestión de la fauna silvestre, de las características comportamentales

de la especie y de factores ambientales, por lo que se discute más adelante en las secciones

correspondientes.

La particular amplia gama de hospedadores de C. burnetii quizás dificulta la comprensión

de los factores que determinan su transmisión debido a la influencia de la composición

de la comunidad de hospedadores en dicha transmisión. El efecto de la coexistencia de

hospedadores competentes y no competentes en el mantenimiento de C. burnetii es poco

conocido, incluso en rebaños mixtos de rumiantes domésticos. Haydon et al. (2008)

proponen una serie de escenarios con variaciones en la comunidad de hospedadores que

pueden modular el mantenimiento y transmisión de patógenos multi-hospedador. Estos

escenarios no sólo contemplan el papel de hospedadores competentes si no también el

efecto de especies no competentes en simpatría. Para entender este efecto en el caso de

C. burnetii podemos utilizar el ejemplo del papel de la presencia de garrapatas en una

comunidad de hospedadores competentes y no competentes. Aunque actualmente el papel

de las garrapatas en el mantenimiento y transmisión de C. burnetii no está claro, cualquier

papel de las garrapatas se vería reforzado por hospedadores que, a pesar de no ser

susceptibles a la infección por C. burnetii, tuviesen un papel importante en el

mantenimiento de las poblaciones de garrapatas. El efecto de hospedadores no

competentes para el patógeno pero con un papel en la dinámica de vectores competentes

se ha demostrado en la tranmisión de Borrelia burgdorferi, agente causal de la

enfermedad de Lyme (Biesiada et al., 2012). Los ungulados silvestres son hospedadores

clave en el mantenimiento de los vectores de B. burgdorferi, principalmente Ixodes

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ricinus en Europa e I. scapularis en Norteamérica, y , por lo tanto, en el mantenimiento

y transmisión de este patógeno a pesar de que son incompetentes para B. burgdorferi por

sí mismos (Cook et al., 2014). La coexistencia de hospedadores competentes para B.

burgdorferi (principalmente pequeños mamíferos y aves terrestres) con hospedadores

clave para sus vectores aumenta el riesgo de transmisión a terceras especies (Baneth,

2014). El efecto de la variación en la comunidad de hospedadores en la dinámica y

transmisión de C. burnetii es actualmente desconocido. Sin embargo, estudios recientes

de epidemiología molecular sugieren que los genotipos de C. burnetii que circulan en

cada especie de hospedador difieren de aquellos que circulan en hospedadores en

simpatría (CAPÍTULO II.4). Los corzos analizados mediante MLVA en Holanda

estaban infectados por genotipos de C. burnetii diferentes de los genotipos existentes en

el ganado con el que coexistían durante el brote de 2007-2010 (Rijks et al., 2011).

Recientemente, el análisis genético mediante MLVA de genotipos presentes en conejo y

ciervo en simpatría revela que los genotipos son más similares dentro de cada hospedador

que entre hospedadores. A pesar de que ciervo y conejo en este estudio comparten pastos,

los genotipos compartidos por ambas especies son escasos (CAPÍTULO II.4).

Resultados similares se han obtenido al analizar los genotipos que circulan en ovejas y

vacas dentro de un mismo rebaño (de Bruin et al., 2012). Estos hallazgos sugieren que

podrían existir relaciones hospedador-patógeno específicas causadas por adaptaciones

hasta ahora desconocidas de C. burnetii a determinadas características del hospedador.

Sin embargo, la información es todavía escasa y esta hipótesis debe ser probada

aumentando del número de genotipos y mediante el empleo de diferentes técnicas de

tipado molecular, quizás a través de secuenciación masiva de todo el genoma de C.

burnetii (Pearson et al 2014; Massung et al., 2012).

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Factores individuales del hospedador. Tanto el patógeno como el hospedador interactuan

entre sí y esta interacción puede ser modulada tanto por factores del patógeno (que serán

objeto de estudio más adelante) como por factores individuales del hospedador

(comportamiento y características fisiológicas). El gregarismo es un comportamiento

particular que puede promover la exposición a patógenos de individuos susceptibles en

poblaciones donde los patógenos están presentes (Lee et al., 2008). De este modo,

especies gregarias como los bóvidos silvestres - arruí (Ammotragus lervia), muflón (Ovis

aries musimon), íbice alpino, rebeco alpino/pirenaico, diversas especies de gacelas,

algunos cérvidos - ciervo rojo y gamo, algunos carnívoros - como el león (Panthera leo)

o el lobo (Canis lupus), o algunas aves que forman colonias - cigüeña blanca (Ciconia

ciconia), estorninos o buitres, podrían hipotéticamente estar sujetos a exposiciones más

elevadas a C. burnetii cuando las comparamos con especies solitarias - algunos antílopes,

corzo, alce (Alces alces), zorro rojo (Vulpes vulpes) o la mayoría de aves rapaces, entre

otros. Podríamos considerar que el gregarismo puede no ser homogéneo para cada

individuo dentro de una especie hospedadora concreta. Como ejemplo, las hembras de

jabalí son gregarias y viven en grupos familiares de tamaño variable con sus crías, en

contraste a los machos adultos que son solitarios y solo ocasionalmente forman grupos

de pequeño tamaño con otros machos (Fernández-Llario and Carranza, 2000). Por lo

tanto, los patrones de comportamiento sesgados por sexo y/o edad pueden resultar en

tasas de exposición variables de los individuos dentro de una especie hospedadora (Ruiz-

Fons et al., 2013). El efecto del gregarismo en la dinámica de C. burnetii es poco conocida

y los datos existentes son escasos, incompletos y controvertidos para apoyar la hipótesis

propuesta. El ejemplo del corzo en los Paises Bajos y del ciervo rojo en España podría

contradecir esta hipótesis ya que el corzo forma grupos muy reducidos (de 2 a 5

individuos, Pays et al., 2007) en contraste con el ciervo rojo (grupos de más de 60-80

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individuos, Clutton-Brock et al., 1982). Así mismo, especies en las que su

comportamiento es solitario como el perezoso (Bradypus trydactilus) en Cayena,

Guayana Francesa (Davoust et al., 2014) ha sido documentado como un potencial

reservorio de C. burnetii. Por lo tanto, estudios epidemiológicos específicos deben ser

diseñados en el futuro para poner a prueba esta hipótesis en diferentes hospedadores

silvestres.

Alimentarse puede incluso condicionar hipotéticamente la exposición a C. burnetii. Las

especies susceptibles en el último eslabón de la cadena alimentaria (depredadores grandes

y medianos) deberían presentar un mayor riesgo de exposición a C. burnetii a través de

la exposición a animales infectados y/o sus cadáveres. Dos aves carroñeras, el buitre

leonado (Gyps fulvus) y el milano negro (Milvus migrans), han mostrado prevalencias de

infección por C. burnetii más altas que especies de ungulados, carnívoros y lagomorfos

con los que coexisten en el norte de España (Astobiza et al., 2011a). Aunque el zorro rojo

en este mismo estudio no mostró ninguna evidencia de infección por C. burnetii, otros

estudios en Estados Unidos y Reino Unido encuentran altas prevalencias (40-60%; Tabla

1) de anticuerpos frente a C. burnetii en este carnívoro (Enright et al., 1971; Willeberg et

al., 1980; Meredith et al., 2014). Recientemente, Cumbassá et al., (2015) describen

genotipos mediante MLVA en meloncillo (Herpestes ichneumon) en Portugal.

Curiosamente, estos genotipos difieren de otros genotipos descritos en el ganado y en

humanos en Portugal, pero son más similares a los genotipos tipados con la misma técnica

que han sido descritos en conejo de monte en España (CAPÍTULO II.4). El conejo de

monte constituye la principal presa del meloncillo en la peninsula Ibérica (Delibes et al.,

1984). Estos datos sugieren que C. burnetii podría utilizar las relaciones depredador-presa

en su favor.

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Los factores comportamentales de los individuos podrían modular la exposición a C.

burnetii, pero otros factores del individuo podrían también modular la infección una vez

se ha producido la exposición al patógeno. El conocimiento sobre el efecto de la

capacidad inmunológica del hospedador en modular la infección por C. burnetii es

actualmente escaso y la mayor parte de la información proviene de experimentos en

laboratorio con pequeños animales como modelo (Bewley, 2013). La capacidad

inmunológica del hospedador modula la infección por cualquier patógeno, por lo que

cualquier factor que condicione la capacidad inmunológica del hospedador podría

modular la infección por C. burnetii en el organismo. En fauna silvestre la capacidad

inmunológica de un hospedador depende en gran parte de su condición física, que en

última instancia depende de la disponibilidad y calidad de alimento, de la disponibilidad

de agua, y del estrés (Moller et al., 1998; Coop & Kyriazakis, 1999, 2001; Lochmiller &

Deeremberg, 2000; Fernández-de-Mera et al., 2009). Por lo tanto, el estado físico general

de los hospedadores dentro de una población podría, en teoría, modular la dinámica de la

infección por C. burnetii. La inmunidad adquirida pasiva, por ejemplo, derivada de la

transmisión de anticuerpos de la madre a la cría (anticuerpos maternales), podría tener un

papel en la modulación de la infección por C. burnetii. Los mamíferos recien nacidos

adquieren pasivamente anticuerpos maternales frente a C. burnetii de sus madres durante

las primeras etapas de la lactancia (Tutusaus et al., 2013). Aunque el papel de los

anticuerpos derivados de la madre en la protección contra la infección no ha sido probado

en los rumiantes domésticos, recientes evidencias en ciervo rojo sugieren que las crías

están protegidas contra la infección de C. burnetii en sus primeros meses de vida como

consecuencia de la elevada dosis de anticuerpos proporcionados en la leche materna

(González-Barrio et al., 2015d - CAPÍTULO II.3). Por otro lado, la inmunidad global de

la población y su cambio en el tiempo podrían modular la dinámica de C. burnetii en

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situaciones endémicas, determinando variación temporal en el estado de C. burnetii

(prevalencia y presión de infección) en las poblaciones. Esto ha sido recientemente

propuesto para explicar la dinámica temporal variable observada en rumiantes tanto

domésticos (Piñero et al., 2014) como silvestres (González-Barrio et al., 2015c –

CAPÍTULO II.3).

Factores ambientales. A pesar de la alta capacidad de resitencia ambiental de C. burnetii,

condiciones meteorológicas como la humedad, la temperatura, la velocidad del viento, e

incluso la composición del suelo (contenido de materia orgánica, estructura del suelo,

contenido de humedad) podrían modular la supervivencia de C. burnetii en el medio y

con ello la transmisión entre hospedadores. Sin embargo, el potencial efecto de las

condiciones ambientales sobre la superviviencia y transmisión de C. burnetii es aun

escaso (Pascual-Velasco, 1996) aunque se conoce el efecto de ciertos condicionantes

ambientales sobre la supervivencia de C. burnetii (Maurin & Raoult, 1999). La

transmisión mediante aerosoles es la forma de transmisión de C. burnetii documentada

más efectiva. La formación y la dispersión de aerosoles conteniendo C. burnetii podría

ser teóricamente modulada por la humedad del aire (indirectamente relacionada con la

temperatura del aire), por el tipo de suelo (tamaño de la partícula del suelo) o por la

velocidad del viento, entre otros factores. El viento puede provocar la dispersión de C.

burnetii a largas distancias (Tissot-Dupont et al., 2004; Dorco et al., 2012; O'Connor ET

AL., 2015), pero la formación de partículas infectadas cargadas con formas infectantes

de C. burnetii podría verse afectada por factores como la humedad o el propio suelo. No

existen, o son escasas, las pruebas científicas que analicen el efecto de las condiciones

ambientales sobre la transmisión de C. burnetii. Variaciones en la temperatura media de

primavera resultaron constituir un factor de riesgo para el riesgo de exposición del ciervo

rojo a C. burnetii en la península ibérica (González-Barrio et al., 2015a – CAPÍTULO

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II.1). Los autores hipotetizan que un efecto indirecto en el aumento de temperatura media

en primavera podría modular la transmisión debido a la existencia de mejores condiciones

para la formación de aerosoles que contengan la bacteria durante la principal época de

excreción descrita en ciervo rojo (González-Barrio et al., 2015d – CAPÍTULO II.3).

Factores del patógeno. Las relaciones hospedador-patógeno son dependientes tanto de

factores del hospedador como del patógeno. Los patógenos han evolucionado con sus

hospedadores a lo largo de milenos, y estos les han permitido adquirir o desechar aquellas

características que favorecen o disminuyen, respectivamente, sus habilidades para

replicarse en los hospedadores. La diversidad de cepas de C. burnetii que circulan en todo

el mundo debe ser tan alta como su gama de hospedadores. Sin embargo, la información

sobre la diversidad genética de C. burnetii en todo el mundo es reciente e incompleta

(Piñero et al., 2015; Santos et al., 2012; Tilburg et al., 2012a) y, por lo tanto, es necesaria

mucha más información de la existente para caracterizar la diversidad de cepas y variantes

patogénicas existentes e identificar potenciales factores de virulencia en ellas.

Factores que favorecen la transmisión de Coxiella burnetii en la interfaz fauna silvestre-

ganado doméstico-humano

El grado de interacción de la fauna silvestre con el ganado y/o el ser humano (tanto directo

como indirecto) es un parámetro clave para estimar el riesgo de exposición de C. burnetii

desde la fauna silvestre a hospedadores que son de nuestro interés. Dado que las tasas de

interacción serían extremadamente variables dependiendo de la composición de la

comunidad de hospedadores, de la demografía, de las condiciones ambientales, etc., en

esta sección se analiza el efecto potencial de aquellos factores que pueden dar lugar a un

incremento de la interacción entre la fauna silvestre, el ganado y el ser humano que

potencialmente podrían llevar a la transmisión inter-específica de C. burnetii.

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Los factores de riesgo que pueden dar lugar al aumento en la transmisión de C. burnetii

dentro de las poblaciones de especies de fauna silvestre - que han sido analizados en la

sección anterior - podrían consecuentemente aumentar el riesgo de transmisión a ganado

y humanos. Sin embargo, otros factores propios del ganado y de los humanos (sistemas

de producción, patrones de comportamiento, etc.) pueden también actuar como factores

de riesgo para la transmisión de C. burnetii desde la fauna silvestre. Actualmente existe

poca información sobre la fuente de origen de muchos casos de fiebre Q en humanos

(EFSA 2010). Estudios epidemiológicos apropiados sólo se llevan a cabo después de los

brotes de fiebre Q que implican a varias personas geográficamente relacionadas (de Bruin

et al., 2012; Tilburg et al., 2012a, Tilburg et al., 2012b; Sulyok et al., 2014) y estos están

vinculados principalmente a la ganadería debido a la proximidad de las instalaciones

ganaderas y las poblaciones humanas. Sin embargo los casos relacionados con la fauna

silvestre son escasos, esporádicos y de relevancia local, y estos no son seguidos desde el

origen con investigaciones moleculares en seres humanos y fauna silvestre (Laughlin et

al., 1991; Eldin et al., 2015; Schleenvoigt et al., 2015). Este hecho probablemente viene

en gran parte condicionado por la percepción que los responsables de la salud pública

tienen sobre el papel de la fauna silvestre en la transmisión de C. burnetii a humanos. Sin

embargo, investigadores con una amplia visión de conjunto de los posibles riesgos

asociados a la fauna silvestre han sugerido - aunque no demostrado – que el origen de

varios casos de fiebre Q humana estaba en la fauna silvestre (Marrie et al., 1986; Laughlin

et al., 1991; Davoust et al., 2014; Schleenvoigt et al., 2015). Hasta la fecha,

desafortunadamente, ningún caso de fiebre Q en humano con un origen probado de la

fauna silvestre ha sido documentado a pesar de que los mismos genotipos han sido

encontrados en humanos y animales silvestres (CAPÍTULOS II.4 y II.5). De todas

formas, cualquier factor que aumente la interacción entre la fauna silvestre y los seres

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humanos constituiría potencialmente un factor de riesgo para la transmisión de C.

burnetii. A continuación se analiza una serie de factores que pueden conducir a un

aumento en las interacciones directas e indirectas entre fauna silvestre y ser humano y

que podrían constituir un riesgo para la transmisión del patógeno.

Cambios en los sistemas de producción del ganado doméstico. Los sistemas de

producción del ganado han cambiado considerablemente en las últimas décadas

practicamente en todo el mundo, pero especialmente en paises desarrollados (Thornton,

2010). Los cambios han consistido en el aumento del número de animales reproductores

por granja (Hansen et al., 2014) pero la demanda de productos más ‘naturales’ y

‘ecológicamente sostenibles’ podría conllevar un aumento de la ganadería en condiciones

extensivas. La intensificación de la ganadería ha sido el único camino a seguir para

proveer de suficiente alimento a la población humana en exponencial crecimiento

(Thornton, 2010; Davis & D'Odorico, 2015; Delgado et al., 2005). Por otra parte, la

ganadería extensiva se ha visto incrementada notablemente como consecuencia de la

percepción de los consumidores como mucho más sostenible, natural y como manera más

biológica de la obtención de alimentos de origen animal (Karesh et al., 2005) y debido a

la creciente preocupación y la legislación sobre bienestar animal (Fraser et al., 2014).

Estos cambios pueden tener implicaciones en la dinámica de los patógenos por el

incremento en la transmisión dentro del rebaño de patógenos (en explotaciones intensivas

con altas densidades) o por el incremento en las enfermedades compartidas entre fauna

silvestre y ganado doméstico (en explotaciones ganaderas en extensivo). La ganaderia en

extensivo puede reducir tanto el impacto del medio ambiente como los costes económicos

asociados en términos de suplementación de alimento ya que los animales pueden

aprovechar los recursos naturales; por ejemplo la alimentación a base de bellotas y pasto

del cerdo ibérico en dehesas en la península ibérica (Rodriguez-Estevez et al., 2009). Sin

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embargo, la ganadería en extensivo podría conllevar problemas en términos de salud de

los animales, ya que conlleva una mayor tasa de interacción con la fauna silvestre (Olea

& San Miguel-Ayanz, 2006; Gortázar et al., 2010) en la que el control de patógenos es

nulo o escaso. Existen numerosos ejemplos de enfermedades compartidas entre fauna

silvestre y ganado doméstico: i) Brucelosis transmitida desde íbices a vacas en los alpes

franceses (Mick et al., 2014); ii) Virus de la enfermedad de Aujeszky transmitido desde

jabalí a cerdo doméstico producido en extensivo en Francia (Hars et al., 2009); o iii)

Transmisión de peste porcina africana entre jabalí y cerdos de traspatio en Sicilia y en el

este de Europa (Laddomada et al., 2000; Sánchez-Vizcaíno et al., 2015). En el caso de C.

burnetii el riesgo de transmisión entre fauna silvestre y ganado también se incrementa

con el aumento del grado de interacción asociado a la producción de ganado en extensivo.

Sin embargo, la transmisión aerógena indirecta de este patógeno conlleva que el riesgo

de transmisión entre fauna silvestre y ganado no esté restringido únicamente a la

ganadería en extensivo. Cualquier vínculo entre la fauna silvestre y el ganado que

favorezca la transmisión de C. burnetii constituiría además un vínculo indirecto que

favorecería la transmisión indirecta a humanos desde la fauna silvestre mediada por el

ganado.

Cambios en los usos del suelo. El rápido e imparable desarrollo de la población humana

(Worldometers. [http://worldometers.info/]) promueve la ocupación de los espacios

naturales y la explotación de sus recursos con la consiguiente perturbación de los

ecosistemas. El incremento de la población humana incrementa la demanda de proteínas

(Karesh et al., 2005) promoviendo la sobreabundancia de algunas especies. Cambios

recientes en los usos agrícolas del suelo en Castilla y León - transformación de una

agricultura de secano a una agricultura de regadío - están detrás del aumento de las

poblaciones de topillo campesino (Microtus arvalis) y del aumento de la prevalencia de

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Francisella tularensis (Jareño et al., 2015). Los cambios en los planes agrícolas de la

Unión Europea en las últimas décadas con incrementos en la producción de los cultivos

de regadío, junto con políticas de protección medioambientales, el aumento de la cubierta

vegetal (Gortázar et al., 2000) y el aumento de las temperaturas medias invernales, han

representado el aumento masivo en la distribución del jabalí y su densidad en toda Europa

(Apollonio et al., 2010), y con ello han incrementado la preocupación actual sobre la

propagación del virus de la peste porcina africana y otras enfermedades compartidas entre

jabalí y ganado (Sánchez-Vizcaíno et al., 2015). En estos escenarios de aumento de

especies silvestres particulares, la interacción con humanos, animales domésticos y otras

especies de fauna silvestre es más frecuente. El efecto de estos cambios en la situación

actual de C. burnetii en la fauna silvestre es desconocida y por lo tanto la predicción de

cualquier efecto futuro es difícil y completamente especulativa.

Cambios en los modelos de gestión cinegética. La industria cinegética está aflorando en

los países desarrollados y subdesarrollados de todo el mundo (Apollonio et al., 2010;

Lindsey et al., 2012). La caza promueve la preservación de las especies de interés

cinegético en detrimento de especies simpátricas y, por lo tanto, promueve el aumento de

la densidad de las primeras. Esta es una de las principales causas de aumento de ungulados

cinegéticos en Europa (Hagen et al., 2014; Hartley & Gill, 2010; Diaz-Fernandez et al.,

2013; Apollonio et al., 2010). La gestión que llevan a cabo los promotores cinegéticos

pueden jugar un importante papel en la transmisión de patógenos en las poblaciones de

fauna silvestre y, por ende, a ganado y humanos (Gortázar et al. 2006). La introducción

de alimentación suplementaria para aumentar las bolsas de caza ha perturbado de manera

notable la regulación natural ejercida por la capacidad de carga del medio sobre la fauna

silvestre. Así mismo, la suplementación de alimento incrementa la agregacion de los

individuos en los puntos de alimentación, lo que promueve un aumento de R0 y de las

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prevalencias de infección (Gortázar et al., 2010; Alexander et al., 2010). A pesar de esto,

la gestión de la caza no se ha encontrado como un factor de riesgo para la exposición del

ciervo rojo a C. burnetii (González-Barrio et al., 2015a – CAPÍTULO II.1), ya que la

seroprevalencia fue mayor en poblaciones no gestionadas que en aquellas con algún

sistema de gestión cinegética (vallado, alimentación suplementaria y/o suministro de

agua). Las actividades cinegéticas intensivas también pueden promover la translocación

de animales entre poblaciones para introducir mejoras en la calidad de los trofeos, par

evitar la consanguinidad o para reforzar las poblaciones (Apollonio et al., 2010; Lyons et

al., 2013). Desafortunadamente, a pesar de las regulaciones sobre el transporte de

animales cinegéticos en los países desarrollados, muchos desplazamientos se hacen de

manera ilegal. Esto representa un aumento del riesgo de introducción de patógenos

exóticos en zonas potencialmente susceptibles con alta densidad de hospedadores,

elevadas agregaciones y la altas tasas de interacción con el ganado y los seres humanos.

En algunos terrenos privados coexisten los aprovechamientos cinegéticos y ganaderos, lo

que promueve la interacción entre la fauna silvestre y el ganado, y así el intercambio de

patógenos compartidos (Delibes-Mateos et al., 2009; Kukielka et al., 2013). Actualmente,

el comercio de fauna silvestre es uno de los principales problemas para la transmisión de

agentes infecciosos entre especies (Swift et al., 2007; Gómez et al., 2008; FAO). El efecto

de la gestión con fines cinegéticos en el dinámica de C. burnetii en fauna silvestre debería

ser objeto de estudio en futuros trabajos de investigación.

5. Patogénesis y transmisión

La forma en la que la infección por Coxiella burnetii se produce en el organismo está bien

definida tanto en animales dométicos (Angelakis y Raoult, 2010) como en humanos

(Maurin y Raoult, 1999), pero casi nada se sabe de las particularidades de los diferentes

hospedadores silvestres en la forma en que la infección por C. burnetii se establece, cómo

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se replica, cómo se excreta y cómo se transmite. Por lo tanto, aunque se asimile que lo

que se conoce de la patogenia en animales domésticos es válido para la fauna silvestre,

seguramente existen mecanismos particulares del hospedador que modulan la infección

por C. burnetii. La información actual existente sobre estos factores es muy escasa.

La principal forma de contraer la infección por C. burnetii en animales domésticos y

humanos es a través de aerosoles (Badubieri, 1959). Otras vías de infección - por ejemplo,

oral y reproductiva - son consideradas una alternativa poco común para adquirir la

infección, aunque son posibles (Maurin & Raoult, 1999; Ruiz-Fons et al. 2014b;

González-Barrio et al., 2015e – CAPÍTULO III.1). Por lo tanto, las vías respiratorias

serían teóricamente el primer lugar de interacción hospedador-patógeno por transmisión

aerógena en fauna silvestre. En humanos, el período de incubación de fiebre Q aguda

puede variar de 2 a 6 semanas después de la exposición, aunque la infección permanece

asintomática en mas de 50% de los casos, dependiendo de la dosis de C. burnetii (Maurin

& Raoult, 1999). En animales este período de incubación es variable. La dosis infectiva

para C. burnetii puede ser tan baja como un solo organismo inhalado (Van schaik et al.,

2013). En humanos, la enfermedad sintomática suele durar 1-2 semanas (Van schaik et

al., 2013). En los casos sintomáticos, la enfermedad aguda se resuelve espontáneamente

en 1-6 semanas y se mitiga eficazmente por tratamiento con antibióticos como la

tetraciclina y las cefalosporinas de tercera generación (Million et al., 2010; Raoult et al.,

1999). Algunos estudios han estimado que en el 1-5% de los casos, la fiebre Q aguda

desarrolla a una infección crónica (Marmion et al., 1996; 2005). Neumonía y problemas

cardíacos se han descrito también en vacuno (Maurin & Raoult, 1999; Guatteo et al.,

2006; Saegerman et al., 2011).

Una vez inhalada, o ingerida, la forma extracelular de Coxiella burnetii (SCV) se adhiere

a la membrana de los macrófagos locales y se internaliza en las células del hospedador.

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La primera replicación de C. burnetii se produce en los ganglios linfáticos regionales de

la principal vía de transmisión, por lo general en la zona orofaríngea. El ciclo de desarrollo

de C. burnetii comienza con la entrada de las variantes celulares pequeñas (SCV y SDC)

en la célula eucariota por endocitosis (Baca & Paretsky, 1983). Una vez dentro de la célula

acidifican el endosoma hasta un pH de 5,5, para luego multiplicarse por fisión binaria y

comenzar a diferenciarse en las variantes celulares grandes (LCV). Transcurrido un

tiempo tras la endocitosis, el fagosoma que contiene formas celulares grandes (LCV) se

fusiona con los lisosomas que acidifican el medio hasta un pH de 4,5. Este pH es necesario

para que la bacteria pueda activar su metabolismo (Heinzen et al., 1999) y para que las

LCV se multipliquen, proceso que está comprendido entre 1 y 2 días. Las LCV

predominan durante la primera semana de infección, tiempo en el que experimentan un

aumento exponencial. Al final de la primera semana de la infección se observa la fase

estacionaria, donde las LCV se transforman en SCV y también se forman a modo de

endosporas las SDC. Por último, se produce la liberación de las dos variantes celulares

pequeñas fuera de la célula. Después de la primera replicación en los ganglios linfáticos

regionales, una bacteriemia puede ocurrir. Esta bacteriemia produce que la infección se

extienda a varios órganos, como hígado, bazo, médula osea, tracto reproductivo,

glándulas mamarias y en hembras gestantes, a la placenta. Después de esto, aparecen

lesiones granulomatosas en el hígado y la médula ósea (Maurin & Raoult, 1999;

Woldehiwet, 2004; Angelakis & Raoult, 2010). La infección crónica se establece en

ciertos tejidos, incluyendo el tracto reproductivo y las glándulas mamarias.

Las hembras infectadas excretan grandes cantidades de C. burnetii durante el parto y/o

restos del aborto, incluso también en heces, moco vaginal, orina y leche (Rodolakis et al.,

2007; Guatteo et al. 2007; Rodolakis, 2009). Generalmente la excreción por cualquier vía

de puede durar varios meses (Berri et al., 2007) y puede ocurrir incluso en animales

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asíntomáticos (Rousset et al., 2009). De hecho, no se observan diferencias significativas

en la proporción entre cabras con y sin aborto que excretan la bacteria (Rousset et al.,

2009). La excreción en pequeños rumiantes se produce principalmente después del primer

parto y/o aborto. Sin embargo, ovejas y cabras son capaces de excretar C. burnetii después

del segundo y tercer parto post-infección (Berri et al., 2002; Berri et al., 2007; Rousset et

al, 2009). Los patrones de excreción en animales infectados son muy variables y ciertos

patrones predominantes se han identificado en el vacuno lechero (Guatteo et al., 2007),

indicando la existencia de animales superexcretores, que excretan la bacteria durante

varios meses e incluso a lo largo de años sucesivos (Maurin & Raoult, 1999; Guatteo et

al., 2006). El conocimiento actual de las rutas de excreción en fauna silvestre se limita a

la evidencia de C. burnetii en: i) secrecciones genitales de ciervo rojo, conejo de monte y

jabalí en España (González-Barrio et al., 2015b,d,e,f – CAPÍTULOS II.2, III.1, III.2 y

IV), y de pequeños mamíferos como en el ratón saltador de bosque (Napaeozapus

insignis), ratón ciervo de Norteamérica (Peromyscus maniculatus), topillo de espalda roja

(Myodes gapperi), ardilla roja norteamericana (Tamiasciurus hudsonicus) y ardillas

voladoras (Glaucomys sabrinus y Glaucomys Volans) en Estados Unidos (Thompson et

al., 2012) y en topillos campesinos en España (González-Barrio D. et al., datos sin

publicar); ii) leche y/o glándula mamaria en ciervo rojo (González-Barrio et al., 2015f –

CAPÍTULO IV); iii) semen en gacela dorcas (Gazella dorcas) en un zoo en España y en

ciervo en España (González-Barrio D. et al., datos sin publicar); iv) heces en cuervo de

la selva (Corvus macrorhynchos) en Japón, en paloma (Columbia sp.) en Francia, en

canguro gris (Macropus fuliginosus) en Australia, en perezoso de tres dedos (Bradypus

trydactilus) en Guayana francesa, y en ciervo rojo y jabalí en España (To el at., 1998;

Stein et al., 1999; Banazis et al., 2010; Potter et al., 2011; Davoust et al., 2014; González-

Barrio et al., 2015a,e. CAPÍTULOS II.1 y III.2). Coxiella burnetii permanece además

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viable e infectiva después de ser excretada en heces (Stein et al., 1999). Por lo tanto, las

vías de excreción de C. burnetii en fauna silvestre son similares a las descritas en

rumiantes domésticos. El vínculo entre el parto y la excreción de C. burnetii por hembras

infectadas puede determinar que en especies con una época restringida de partos exista

una estación predominante de excreción de C. burnetii. Esto fue observado en el brote de

fiebre Q ocurrido en los Paises Bajos durante los años 2007 a 2010 en el que los casos

humanos alcanzarón su punto máximo alrededor de la principal época de partos en cabras

(Roest et al., 2011a). En fauna silvestre este patrón ha sido observado en algunas especies

de ungulados como el rebeco alpino (Pioz et al., 2008b) y en ciervo rojo (González-Barrio

et al., 2015c – CAPÍTULO II.3). Otras especies de fauna silvestre sin una estación de

partos concreta, como por ejemplo el conejo de monte, podrían excretar y transmitir C.

burnetii a lo largo de casi todo el año (González-Barrio et al., 2015b – CAPÍTULO II.2).

6. Manifestaciones clínicas

Las manifestaciones clínicas de la fiebre Q en la fauna silvestre son dificiles de detectar

y constituyen, en la mayoría de las ocasiones, sólo la punta del iceberg del impacto clínico

esperable de la infección. En el caso particular de C. burnetii, cuyas manifestaciones

clínicas conocidas en animales se limitan a fallos en la reproducción sin mortalidad

materna (Clemente et al., 2008; Brom et al., 2015; García-Ispierto et al., 2014; Roest et

al., 2013a), los casos son incluso más dificiles de detectar que en infecciones por otros

patógenos. La mayoría de los casos de fiebre Q descritos en fauna silvestre provienen de

animales en cautividad, pero el fracaso reproductivo asociado a la fiebre Q también se ha

documentado en fauna silvestre en libertad. Las manifestaciones descritas de fiebre Q en

fauna silvestre son: i) Fallo reproductivo - como abortos, nacidos débiles y muerte fetal -

en antílope acuático (Kobus ellipsiprymnus) y en antílope sable (Hippotragus niger niger)

en un zoo en Lisboa, Portugal (Clemente et al., 2008), en un rebaño de gacela dama

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(Nanger dama) en cautividad en Emiratos Árabes Unidos (Lloyd et al., 2010),

posiblemente en una granja de ciervo rojo en España (González-Barrio et al., 2015c –

CAPÍTULO III.2) y en una granja de búfalo de agua (Bubalus bubalis) en Italia

(Perugini et al., 2009); y ii) Placentitis, en foca común (Phoca vitulina richardsi; Lapointe

et al., 1999), en león marino de Steller (Eumetopias jubatus; Kersh et al., 2010) y en oso

marino ártico (Callorhinus ursinus) en Estados Unidos (Duncan et al., 2012; Myers et al.,

2013), y en ciervo rojo en Hungría (Kreizenguer et al., 2015). De los dos casos de fallo

reproductivo descritos por Clemente et al., (2008) en antílope acuático y antílope sable,

las madres no mostraron signos clínicos y se recuperaron bien tras el problema

reproductivo. Coxiella burnetii fue confirmada por PCR en todas las muestras analizadas

(cerebro, hígado, bazo y pulmón). El estudio en fetos de búfalo de agua en la región de

Campania, el sur de Italia (Perigini et al., 2009) encontró que 14 de los 164 fetos

examinados (17,5%) eran positivos a C. burnetii, lo que según los autores confirma la

implicación de la fiebre Q como causa de mortalidad fetal en esta especie. Fallos

reproductivos causados por fiebre Q en especies en peligro de extinción que son criados

con fines de conservación pueden ser de gran preocupación, por ejemplo la reintroducción

de la gacela dorcas en Senegal se vió afectada por fallos reproductivos en los que, aparte

de otros patógeno, estaba implicada la fiebre Q (Teresa Abaigar, comunicación personal).

También se ha observado un brote de abortos debido a la fiebre Q en gacela dama en

cautividad en los Emiratos Árabes (Lloyd et al., 2010). Estos autores describen cinco

casos de aborto en la fase final de la gestación. Recientemente en España también se ha

detectado la presencia de C. burnetii en semen de un macho de gacela dorcas en el zoo-

aquarium de Madrid (Teresa García Seco, comunicación personal), entidad colaboradora

en los programas de conservación y re-introducción de esta especie en sus zonas de

origen. Este hallazgo ha alertado a los investigadores del programa de cría en cautividad,

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junto con los problemas observados en Senegal, de la importancia de este y otros

patógenos zoonóticos sobre la conservación de estas especies silvestres en grave peligro

de extinción.

Mientras tanto, la infección en aves por especies similares a Coxiella, especialmente en

Psittaciformes y Piciformes en cautividad, puede tener un desenlace fatal. Infecciones por

estas bacterias han sido documentadas en rosella común (Platycercus eximius), loro

cacique (Deroptyus accipitrinus), chirirí (Brotogeris chiriri), perico maorí cabecirrojo

(Cyanoramphus novaezelandiae), cacatúa ninfa (Nymphicus hollandicus), Tucán

(Ramphastos toco), y loro arco iris (Trichoglossus haematodus moluccanus) (Shivaprarad

et al., 2008; Woc-Colburn et a., 2008). La mayoría de las aves infectadas mostraron

letargia y debilidad durante varios días antes de la muerte; signos neurológicos

progresivos, presión intracraneal, hemiparesia y convulsiones.

7. Cuadro lesional

La placentitis es una de las principales lesiones observadas en los casos de fiebre Q

descritos en mamíferos silvestres. Las lesiones placentarias en cabras incluyen respuesta

inflamatoria severa del miometrio y la metritis es con frecuencia la única manifestación

de la enfermedad en el ganado (Arricau-Bouvery and Rodolakis, 2005). En los casos en

fauna silvestre se encontró una placentitis con necrosis multifocal sin evidencias de otras

bacterias ni hongos (Kreizenguer et al., 2015). En un caso de aborto por fiebre Q en el

último tercio de la gestación en gacela dama no se evidenciaron lesiones post-mortem

macroscópicas ni anormalidades en los fetos abortados (Lloyd et al., 2010). El examen

histopatológico de los fetos reveló lesiones compatibles con sufrimiento fetal. Sí se

observó en este caso una placentitis necrotizante aguda con inclusiones intracelulares

correspondientes a C. burnetii. En los cotiledones de las placentas infectadas se

observaron exudados y engrosamiento fibrinoso. Kersh et al. (2010) describe una

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placentitis en león marino de Steller en la que las células trofoblásticas presentaron gran

cantidad de cocobacilos fuertemente inmunorreactivos con un anticuerpo policlonal de C.

burnetii. Lapointe et al. (1999) describe una placentitis causada por C. burnetii en foca

común. En este caso, el citoplasma de los trofoblastos en las zonas de la membrana

corioalantoidea estaba distendido por grandes formaciones esféricas. Se observó además

una evidente exfoliación de trofoblastos necróticos, acumulación de material

hipereosinofílico con contenido de restos nucleares en la superficie corioalantoidea y

hemorragia multifocal. Las células exfoliadas contenían agregados citoplasmáticos. No

se observó infiltración de células inflamatorias en la placenta.

La infección por bacterias similares a Coxiella en aves psitácidas y en tucán ocasionó una

emaciación leve a moderada (Shivaprarad et al., 2008). El hígado y el bazo aparecieron

gravemente agrandados, pálidos y moteados. Epicardio, endocardio, intersticio pulmonar,

riñones, glándulas suprarrenales, glándulas tiroides, la lámina propia del intestino y, en

algún caso, el cerebro, la bolsa de Frabicio y la médula ósea, mostraron inflamación.

Microscópicamente se describe necrosis multifocal de los hepatocitos con infiltración de

células inflamatorias, entre ellos linfocitos, heterófilos, celulas plasmáticas y macrófagos,

en la mayoría de las aves. Pequeños cocobacilos basófilos fueron evidentes dentro de los

macrófagos de varias aves infectadas. Se observó un aumento de células del sistema

fagocítico mononuclear en el bazo; algunas de estas células también contenían vacuolas

con pequeños cocobacilos. Los bacilos eran evidentes por microscopía electrónica de

transmisión en el hígado, los pulmones y las glándulas tiroideas. Lesiones macroscópicas,

hepatomegalia y esplenomagalia se observaron en loros arco iris (Woc-Colburn et al.,

2008). El examen histopatológico en este último caso reveló microgranulomas

diseminados en el hígado, el bazo y el cerebro. También se observó encefalitis vascular

linfohistiocitaria y vasculitis cefálica. Mediante microscopía electrónica observaron gran

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cantidad de macrófagos en las lesiones cerebrales, revelando organismos procariotas con

forma esférica con una pared celular trilaminar en ellos.

8. Diagnóstico de la infección por Coxiella burnetii y de la fiebre Q

El diagnóstico de las infecciones y enfermedades presentes en la fauna silvestre es

actualmente más complicado que en los animales domésticos y el ser humano (Arricau-

Bouvery & Rodolakis, 2005; Maurin & Raoult, 1999; Angelakis & Raoult, 2010) por

diversos motivos que incluyen el acceso a casos clínicos, el acceso a muestras, la calidad

de las muestras o la existencia de pruebas diagnósticas específicas. Los sistemas de

vigilancia de enfermedades y patógenos de la fauna silvestre no son comparables a los

existentes en el ganado, los animales domésticos y los seres humanos, incluso en países

desarrollados donde hay una percepción más positiva de la salud de la fauna silvestre

como parte integral de la ‘Salud Global’ (Kuiken et al., 2011). Esto es, en parte, causado

por una percepción errónea de la salud de la fauna silvestre como un asunto de poca

relevancia y, por lo tanto, en el que no merece la pena invertir esfuerzos. Diversos factores

contribuyen a esa percepción errónea de la salud de la fauna silvestre, especialmente la

escasez de conocimientos sobre la situación de los patógenos en la fauna silvestre. Una

restricción para el estudio y diagnóstico de la infección por C. burnetii en la fauna

silvestre es el acceso a muestras. Los programas de vigilancia pasiva de la fauna silvestre,

cuando existen y funcionan, recolectan muestras de animales encontrados muertos o

enfermos (MAGRAMA). Habitualmente, los cadéveres de animales muertos se localizan

bastante tiempo después de la muerte del animal, por lo que en la mayor parte de los casos

las muestras son de mala calidad para el diagnóstico. Por otro lado, los programas de

vigilancia activa de la fauna silvestre, cuando existen, suelen proporcionar muestras de

animales recolectadas de forma oportunista y sólo representativas de las poblaciones a

escalas geográficas demasiado grandes como para ser representativas de la situación real.

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Muchos patógenos causantes de enfermedad en animales domésticos y humanos han

evolucionado con la fauna silvestre y son de baja patogenicidad en estas especies. Por

ejemplo, las cepas del virus de la enfermedad de Aujeszky (ADV) que están presentes en

el cerdo doméstico presentan mayor virulencia que las cepas de ADV circulantes en las

poblaciones de jabalí (Muller et al., 2010, 2011). Por lo tanto, mientras que las

manifestaciones clínicas del ADV son más propensas a ser observadas en cerdos

domésticos, estas rara vez se observan en jabalí. Infecciones por patógenos más virulentos

en el jabalí como el virus de la peste porcina africana (Tauscher et al., 2015), son más

evidentes por la mortalidad evidente que conllevan. Algo similar a ADV parece ocurrir

con C. burnetii debido al bajo porcentaje de hembras infectadas que experimentan fallo

reproductivo (Arricau-Bouvery & Rodolakis, 2005).

Por otro lado, la detección de casos clínicos y por lo tanto, la disponibilidad de las

muestras necesarias para el diagnóstico, es más elevada en grupos de animales

controlados por el ser humano. Como ejemplo, los casos de fiebre Q en colecciones

zoológicas son detectados por los cuidadores que revisan el estado de los animales con

frecuencia diaria y pueden detectar síntomas de malestar en los animales o fallos

reproductivos, y con ello acceder rápidamente a muestras en buen estado de conservación.

Por el contrario, y tomando como ejemplo una población de ciervos en producción

extensiva en granja, mucho más vigilada que cualquier población silvestre de ciervos,

detectar fallo reproductivo por fiebre Q y acceder a las muestras (en buena o mala calidad)

es una árdua tarea y suelen pasar desapercibidas (González-Barrio et al., 2015c –

CAPÍTULO III.2). En fauna silvestre en libertad esto resulta aún más complicado, ya

que los restos del parto, de animales mortinatos o de anejos fetales son encontrados muy

rara vez y de forma casual (Ruiz-Fons et al. 2006).

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Finalmente, aunque algunas técnicas diagnósticas son igualmente válidas para humanos,

animales domésticos y silvestres – aislamiento, PCR, immunohistoquímica, etc. – otras

como las técnicas de diagnóstico serológico, son sólo válidas para las especies para las

que están diseñadas debido a la variabilidad en la estructura de los anticuerpos entre

especies. A continuación se recogen las diferentes técnicas disponibles para el diagnóstico

de la infección por C. burnetii y su aplicación en animales silvestres:

Métodos directos

Aislamiento. El aislamiento de C. burnetii se puede realizar mediante modelos animales

in vivo, cultivos celulares o huevos de aves embrionados, siempre que la carga de C.

burnetii en la muestra y la contaminación por otras bacterias lo permitan (Ho et al., 1995).

Los modelos animales in vivo han sido muy utilizados, aunque su uso como modelo de

diagnóstico no es recomendable en la actualidad. La técnica de asilamiento de C. burnetii

en cultivos celulares está basada en la inoculación de la muestra problema sobre células

en cultivo sensibles a la infección por C. burnetii como células Vero o células de

fibroblastos pulmonares de embrión humano - células HEL. El efecto citopático que la

infección por C. burnetii provoca sobre las células de cultivo conduce a la formación de

vacuolas, señal de que la infección ha tenido lugar. La principal ventaja de esta técnica es

su rápidez para el aislamieto de C. burnetii (Spyridaki et al., 2002). La principal

desventaja es la necesidad de instalaciones de alto nivel de seguridad biológica – nivel 3

o superior – para el aislamiento de la bacteria. Esta técnica ha sido utilizada tanto en

muestras procendentes de humanos (Raoult et al., 1991), como de animales domésticos y

silvestres o garrapatas (Psaroulaki et al., 2006; Spyridaki et al., 2002). La principal

dificultad en el uso de esta técnica con muestras de animales silvestres, sobre todo cuando

no se trate de casos clínicos, es que la cantidad de bacterias de C. burnetii en la muestra

no sea la adecuada (CAPÍTULOS II.4 y II.5) y que, por lo tanto, se incremente el

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porcentaje de resultados falsos negativos. En los últimos años se ha descrito la utilidad

de un medio axénico para el aislamiento de C. burnetii en condiciones microaerófilas

(Omsland et al., 2009; Lagier et al., 2015).

El asilamiento en huevos embrionados es una técnica con una elevada sensibilidad para

la detección de C. burnetii y que se puede utilizar con una amplia gama de muestras

provenientes de heces, hisopos y tejidos, entre otros. La especificidad no estan alta en

comparación con su sensibilidad ya que otros agentes presentes en la muestras pueden

crecer también en el huevo embrionado, por este motivo la muestra a analizar debe

presentar un nivel muy bajo de contaminación por otras bacterias. Es una técnica muy

laboriosa y no se recomienda como técnica de rutina de diagnóstico (Klee et al., 2006;

Maurin & Raoult, 1999). Con muestras contaminadas como placentas, descargas

vaginales, heces o leche, es necesario un paso previo de inoculación en animales de

laboratorio, como ratones o cobayas, y luego realizar el cultivo a partir del bazo de estos

animales (Scott et al., 1987).

Tinción. La detección de C. burnetii mediante esta técnica se suele realizar a partir de

improntas de placentas de animales abortados. Esta técnica podría ser útil para animales

silvestre que se encuentran en cautividad y de fácil acceso a muestras, pero no sería de

utilidad para animales en libertad por la dificultad de acceso a muestras con altas cargas

de C. burnetii. Las tinciones de uso más habituales son Stamp, Giménez, Machiavello,

Giemsa o Ziehl-Neelsen modificado (Giménez, 1965; Sanford et al., 1994). Estas

tinciones permiten visualizar al microscopio de manera rápida y sencilla las formas

compatibles con C. burnetii en exudados o en áreas de inflamación de la placenta. Este

método carece de buena especificidad y sensibilidad ya que C. burnetii puede confundirse

en ocasionaes con Chlamydophila abortus o con bacterias del género Brucella. Por este

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motivo es recomendable complementar el diagnóstico con otras técnicas de detección más

específicas de C. burnetii como la PCR.

Histología e inmunohistoquímica. Al igual que con la tinción, la detección de bacterias

compatibles con C. burnetii por técnicas histológicas en tejidos puede ser indicativo de

una potencial infección. Sin embargo, esta técnica necesita de técnicas confirmatorias

posteriores. Las lesiones ocasionadas por C. burnetii no son patognomónicas, aunqeu la

detección de placentitis necrótica supurativ, con infiltado inflamatorio (Lapointe et al.,

1999; Kersh et al., 2010) e hipertrofia de trofoblastos en los que se observan bacterias

intracelulares podría ser indicativo de infección por esta bacteria.

La técnica de inmunohistoquímica se realiza a partir de tejidos includos en parafina o en

frotis fijados con acetona (Raoult et al., 1994). Se basa en la realización de la técnica de

inmunofluorescencia indirecta o la técnica de inmunoperoxidasa usando anticuerpos

policlonales frente a C. burnetii que posteriormente son revelados. La

inmunohistoquímica permite localizar con precisión los tejidos y células donde se localiza

C. burnetii. El inconveniente es que es una técnica cara, laboriosa y además no es lo

suficientemente sensible como para detectar el antígeno en otros órganos distintos a la

placenta (Sánchez et al., 2006) donde la carga bacteriana es más baja. En fauna silvestre

su utilidad estaría restringida a casos clínicos en los que se puedan obtener muestras de

buena calidad, a estudios de patogenia en infecciones experimentales y al estudio de

tejidos obtenidos de animales infectados en sistemas de vigilancia activa. Sin embargo,

otras técnicas complementarias serían necesarias para mejorar la sensibilidad y la

especificidad del diagnóstico.

Técnicas moleculares. El desarrollo de técnicas moleculares ha supuesto un gran salto en

el diagnóstico de patógenos, tanto en la medicina humana como veterinaria, permitiendo

identificar con altos niveles de especificidad y sensibilidad los agentes patógenos

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presentes en las muestras clínicas y ambientales. La técnica molecular más utilizada es la

reacción en cadena de la polimerasa (PCR), basada en la amplificación de fragmentos de

ácido desoxirribonucleico (ADN) que permite generar un número exponencial de copias

de un fragmento específico del patógeno (Sambrook et al., 1989). La PCR es actualmente

la técnica más adecuada para detectar C. burnetii en cualquier tipo de muestra biológica

(Berri et al., 2000), aunque se debe tener en cuenta la presencia de posibles inhibidores

de la reacción que interfieren en el proceso de amplificación (Capuano et al., 2004;

Lorenz et al., 1998). Sin embargo, esto se puede evitar desarrollando protocolos óptimos

para la extracción de ADN. Con la base de la PCR convencional, se han desarrollado

PCRs más sensibles para la detección de C. burnetii. La PCR anidada consiste en

amplificar una secuencia pequeña incluida dentro de una secuencia mayor previamente

amplificada (Parisi et al., 2006; Spyridaki et al., 2002; Zhang et al., 1998). Su principal

desventaja es que se duplica la probabilidad de contaminación ya que hay que manipular

el producto amplificado obtenido en la primera amplificación (Parisi et al., 2006). Otra

variante es la “PCR touchdown”, técnica que se emplea cuando se desconoce la secuencia

exacta de los extremos de la secuencia a amplificar, de modo que se asume que puede

existir alguna base desapareada en el alineamiento cebador-secuencia. Su finalidad es

reducir el fondo no específico bajando gradualmente la temperatura de hibridación a lo

largo del progreso de la PCR. Esta PCR es una de las más utilizadas para la identificación

de C. burnetii (Berri et al., 2000; Willems et al., 1994). La PCR a tiempo real es una

técnica rápida que reduce el riesgo de contaminación y tiene la capacidad de permitir la

cuantificación o semi-cuantificación de la concentración de ADN diana (de Bruin et al.,

2011; Jones et al., 2011; Tilburg et al., 2010). Sus principales ventajas son la elevada

especificidad y sensibilidad, la obtención de resultados en tiempo real (en un espacio

reducido de tiempo) y la posibilidad de automatizar el proceso para el análisis de grandes

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cantidades de muestras. La mayoría de las PCR a tiempo real están basadas en sondas

específicas que utilizan una sonda unida a dos fluorocromos que hibrida en la zona

intermedia entre el cebador directo (forward) y el inverso (reverse). Cuando la sonda está

intacta, presenta una transferencia energética de fluorescencia por resonancia (FRET).

Dicha FRET no se produce cuando la sonda está dañada y los dos fluorocromos están

distantes, producto de la actividad 5'-3' exonucleasa de la ADN polimerasa. Esto permite

monitorizar el cambio del patrón de fluorescencia y deducir el nivel de amplificación del

gen. Para la amplificación y detección de C. burnetii se han empleado diversas dianas o

genes, como com1, que codifica una proteína de 27kDa de la membrana externa (Lockhart

et al., 2011), el gen de la superóxido dismutasa (sodB) (Stein y Raoult, 1992), el operón

de choque térmico que codifica dos proteínas de choque térmico, hspA y hspB (Fournier

& Raoult, 2003), el gen de la isocitrato deshidrogenasa (icd) (Klee et al., 2006; Nguyen

et al., 1999), la proteína potenciadora de la infectividad del macrófago (cbmip) (Klee et

al., 2006; Zhang et al., 1998), la secuencia de inserción en multicopias IS1111 del gen de

la transposasa y sus variantes (IS1111a) (Berri et al., 2000; Lorenz et al., 1998; Willems

et al., 1994, Tilburg et al., 2010). Se han descrito además, otras técnicas moleculares que

ofrecen el aumento de sensibilidad, reducción del equipamiento y del tiempo de obtención

de resultados, además de poner analizar un número elevado de secuencias génicas (Beare

et al., 2006; Jado et al., 2012).

Una vez detectada la bacteria en muestras biológicas, podemos caracterizar el tipo de cepa

presente en dichas muestras biológicas mediante técnicas de caracterización molecular.

La caracterización molecular de C. burnetii mediante genotipado es un instrumento para

el reconocimiento de la diversidad de cepas circulantes. Esta es una herramienta

indispensable para las investigaciones epidemiológicas de brotes de fiebre Q y para su

vigilancia y control. Durante los últimos años varias técnicas de genotipado de C. burnetii

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han sido publicadas (Sidi-Boumedine & Rousset, 2011; Massung et al., 2012). Métodos

como el análisis de la longitud de los polimorfismos mediantes encimas de restricción

(PCR-RFLP) utilizando los genes icd y com 1 (Andoh et al., 2004; Spyridaki et al., 1998;

Stein & Raoult, 1992; Nguyen et al., 1999) y el método de la técnica de campo pulsado

(PFGE), en el que se requiere de una buena separación de los diferentes fragmentos

(Heinzen et al., 1990; Jäger et al., 1998), han sido usados para reconocer los diferentes

grupos de aislados de C. burnetii. La diferenciación de cepas puede incluso conseguirse

por secuencias basadas en la determinación de genes de codificación como Com1 y Mucz,

y otros métodos comparando el genoma completo usando métodos basados en

microarrays descritos en diferentes estudios de plásmidos (Jäger et al., 2002; Samuel et

al., 1985; Hendrix et al., 1991; Jäger et al., 1998; Thiele et al., 1993; Nguyen et al., 1998).

Además, fragmentos de restricción infrecuentes-PCR (IRS-PCR), PCR basada en la

frecuencia de inserción IS1111 y espectrometría de masas acoplada a cromatografía

líquida (LC-MS/MS) han sido desarrollados para tipar los asilados de C. burnetii

(Arricau-Bouvery et al., 2006; Denison et al., 2007; Hernychova et al., 2008). Todos estos

métodos necesitan un cultivo previo de la bacteria en células o huevos embrionados en

condiciones de nivel 3 de bioseguridad antes de poder anilizar las muestras, condiciones

que sólo existen en determinados laboratorios. Sin embargo, existen otros métodos de

genotipado en los se pueden usar las muestras directamente sin tener que desarrollar un

cultivo previo, en particular MST (Multispacer Sequence Typing), técnica basada en la

secuanciación de diferentes regiones intergénicas que permite separar los aislados según

los diferentes tipos de secuencias que muestran en las diferentes regiones. La razón para

secuenciar estas regiones es que son potencialmente variables y están sujetas a una menor

presión que los genes adyacentes. Los genotipos descritos mediante este método se

pueden agrupar en tres grandes grupos (Glazunova et al., 2005). Otro método dentro de

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57

este grupo es MLVA (Multiple Loci Variable number of tandem repeats Analysis) que

permite la detección de los polimorfismos en las secuencias repetidas en tándem en el

ADN. Se han descrito un total de 17 marcadores diferentes para las repeticiones de

minisatélites y microsatélites (Arricau-Bouvery et al., 2006). Otra técnica en la que

también se pueden utilizar las muestras clínicas sin necesidad de preparaciones en

condiciones de cultivo celular es PCR-RLB (Multiplex PCR and Reverse Line Blot

Hybridization) método menos habitual pero que permite agrupar más los genotipos, en

este caso grupos genómicos, que MLVA, y con capacidad para poder comparar mayor

número de cepas (Beare et al., 2006; Jado et al., 2012). Actualmente, se están llevando a

cabo estudios en los que se ha puesto a punto la técnica de tipado conocida como SNP

(Single Nucleotide Polymorphism) (Hermans et al., 2011; Hornstra et al., 2011;

Huijsmans et al., 2011), considerada como una técnica rápida, sensible, fácil de llevar a

cabo y que consiste en la detección de la variación de una sola base en una determinada

secuencia de ADN. Esta técnica se ha usado para tipar directamente C. burnetii en

muestras animales y ha sido aplicada recientemente para establecer los diferentes

genotipos implicados en el brote de fiebre Q humana en Holanda (Huijsmans et al., 2011).

Además, con esta técnica se ha descrito por primera vez la detección en leche de ADN

procedente de la vacuna inactivada en fase I en animales recientemente vacunados

(Hermans et al., 2011). A pesar de que tanto las técnicas MST, MLVA, PCR-RLB y SNP

tienen un alto poder discriminatorio, la técnica MLVA y SNP son superiores (Arricau-

Bouvery et al., 2006, Massung et al., 2012). Además, la técnica MLVA es menos

laboriosa y no necesita de secuenciación posterior. Con estas técnicas se puede analizar

el ADN que ha sido extraído a partir de muestras recogidas de animales, como moco

vaginal, leche, heces y cualquier tejido infectado, sin la necesidad de aislar la cepa

previamente. De esta manera, se puede analizar la circulación de C. burnetii en las

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poblaciones de animales domésticos, fauna silvestre y humanos, permitiendo elucidar

cuales son las cepas predominantes en un área y especie determinada.

Existe poca información de las cepas presentes en la fauna silvestre, lo que puede ser

debido a: i) La dificultad en la detección de animales de especies silvestres con infección

activa por C. burnetii; y ii) Que la carga bacteriana encontrada en fauna silvestre infectada

por C. burnetii no es suficientemente elevada como para poder realizar la caracterización,

ya que algunas técnicas necesitan una cantidad mínima de bacterias para poder

caracterizar por completo la cepa. Por estos motivos los estudios en los que se han

caracterizado cepas de C. burnetii en fauna silvestre son muy reducidos. Entre ellos dos

estudios fueron realizados tras brotes de fiebre Q en humanos, uno en Holanda (Rijks et

al., 2011) y otro en Guayana Francesa (Davoust et al., 2014). En el primer caso el corzo

fue objeto de estudio, analizando corzos de diferentes regiones en los Países Bajos, en los

que se encontró un 23% de infección por C. burnetii; sin embargo a la hora de caracterizar

las cepas presentes en estos animales no se obtuvieron genotipos completos,

probablemente debido a la baja carga bacteriana en las muestras y a la utilización de

MLVA. En otro estudio (Davoust et al., 2014) la técnica utilizada fue MST, detectando

C. burnetii en heces y garrapatas de perezoso de tres dedos. En este caso el genotipo

encontrado tanto en las garrapatas como en las heces del animal coincidía con el genotipo

detectado en personas y en animales domésticos, el único genotipo circulante. Estudios

recientes en fauna silvestre utilizan tanto MLVA como PCR-RLB para estudiar las cepas

de C. burnetii circulantes en humanos y animales (Jado et al., 2012; Cumbassa et al.,

2015; CAPÍTUOS II.4 y II.5).

Métodos indirectos

Técnicas serológicas. Entre las técnicas serológicas más usadas para el diagnóstico de la

fiebre Q tenemos; i) La inmunofluorescencia indirecta (IFA); ii) La fijación del

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complemento (CFT); y iii) El ensayo de inmunoabsorbancia enzimática (ELISA)

(Herremans et al., 2013). Tanto ELISA como CFT son ampliamnete utilizados en el

diagnóstico veterinario de exposición a C. burnetii, mientras que IFA es principlamente

utilizado en medicina humana. La sensibilidad difiere entre las técnicas, siendo IFA y

CFT - especialmente esta última - menos sensibles que el ELISA (Astobiza et al., 2007;

Rousset et al., 2007; Kittelberger et al., 2009). La utilización de ELISA es más común en

estudios epidemiológicos, ya que sus protocolos están estandarizados entre laboratorios.

Actualmente existen varios ELISA comerciales para detectar anticuerpos frente a C.

burnetii en rumiantes domésticos, y que con ciertas modificaciones tambíen pueden

utilizarse en fauna silvestre (González-Barrio et al., 2015a,b – CAPÍTULOS II.1 y II.2).

Se ha demostrado que esta técnica puede mostrar diferentes sensibilidades (Kittelberger

et al., 2009). Así, el ELISA preparado con antígeno de aislados de rumiantes tiene una

mayor sensibilidad que los que se preparan con antígenos procedentes de aislados de

garrapatas (Rodolakis 2006; Rodolakis et al., 2007). En humanos el diagnóstico

serológico de la fiebre Q aguda o crónica se ha basado principalmente en la detección de

anticuerpos de fase I o de fase II mediante IFA, y en la relación entre ambos, ya que esta

varía en función del curso de la infección. En ELISAs comerciales para uso veterinario

no se se hace habitualmente esta diferencia ya que se tapizan los pocillos con antígenos

de fase I y II al tiempo. Sin embargo, sí existen ELISAs comerciales específicos para la

detección de los anticuerpos específicos para cada tipo de antígeno de C. burnetii.

Algunas investigaciones han analizado por separado la presencia de los dos antígenos

(Böttcher et al., 2011; Cooper et al., 2011). La interpretación de los resultados de ELISA

a nivel individual puede resultar dificil ya que hay animales que pueden permanecer

seropostivos durante años tras una infección, eliminando o no la bacteria, pero también

algunos animales infectados no llegan a seroconvertir (Arricau-Bouvery et al., 2003;

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Berri et al., 2001). También se plantea otro problema en la detección de anticuerpos por

ELISA, ya que el ELISA no es capaz de diferenciar anticuerpos vacunales de anticuerpos

debidos a infección. De este modo la manera más adecuada para hacer un diagnóstico

fiable sería combinar varias técnicas, en este caso ELISA y PCR (Arricau-Bouvery y

Rodolakis, 2005).

9. Prevención y control

El elevado impacto de la fiebre Q sobre la salud pública y la sanidad animal ha propiciado

el desarrollo de herramientas para la prevención y control de la enfermedad. En humanos,

el estudio de terapias antibióticas preventivas para el control de la infección por C.

burnetii ha sido ampliamente desarrollado. A la par, se sigue investigando sobre el

desarrollo de vacunas y protocolos de vacunación eficaces en humanos que prevengan la

infección por C. burnetii. Como fuente primordial de infección para el ser humano y por

los problemas que la infección causa en la producción animal, también se han

desarrollado numerosas herramientas preventivas y de control frente a C. burnetii en

animales domésticos, especialmente en especies de rumiantes.

En el ganado las medidas de control se basan en la profilaxis, como mejoras en la higiene,

mejoras en los sistemas de bioseguridad o en el desarrollo de vacunas y protocolos de

vacunación como medida preventiva. Como medidas de control de la infección se han

ensayado algunos tratamientos. Existen algunos tratamientos con antibióticos

(especialmente tetraciclinas) que se pueden utilizar en animales domésticos, si bien su

efectividad es cuestionable (Astobiza et al., 2011b). La oxitetraciclina usada como

tratamiento en los rebaños infectados de ovejas no parece tener un efecto en la reducción

de la excreción ni en el número de animales excretores (Astobiza et al., 2010). Sin

embargo, la vacunación con vacunas inactivadas de fase I después de aplicar el

tratamiento con oxitetraciclina reduce el porcentaje de excretores a largo plazo (Astobiza

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et al., 2013). La vacunación parece ser una de las medidas más eficaces para controlar la

enfermedad en los rumiantes domésticos (Arricau-bouvery et al., 2005). Así, las vacunas

preparadas a partir de la fase antigénica I han demostrado ser más eficaces que las

preparadas con la fase antigénica II (Arricau-bouvery et al., 2005), y se ha demostrado su

eficacia en rebaños de vacas, ovejas y cabras infectados como protectora de la infección

en individuos no infectados (Guatteo et al, 2008; Hogerwerf et al, 2011; Rousset et al,

2009b.) Sin embargo, aunque la vacunación reduce el riesgo de infección en los animales

no infectados (Guatteo et al., 2008), en rebaños altamente infectados la vacunación no

tiene un efecto significativo inmediato y, aunque existe una disminución sucesiva de la

excreción y de la carga bacteriana - también del número de abortos, la seroconversión de

animales no vacunados indica la presencia de infección activa en el rebaño (Astobiza et

al., 2011b). Además no se observan diferencias significativas entre lotes vacunados y no

vacunados a nivel de excreción, sugeriendo que en rebaños con alto nivel de infección la

vacuna a corto plazo no es efectiva (Astobiza et al., 2011b).

Hasta la fecha no se ha analizado ningún protocolo de prevención y control de la infección

por C. burnetii en la fauna silvestre salvo el estudio llevado a cabo en esta Tesis Doctoral

(CAPÍTULO V). Sin embargo, el desarrollo de estrategias de control de patógenos en la

fauna silvestre es una disciplina emergente. La mayor parte de las actuaciones de control

y erradicación de enfermedades en fauna silvestre se ha realizado sobre enfermedades

con impacto en la conservación de especies en peligro o sobre enfermedades compartidas

con los animales domésticos y/o el hombre en las que el papel de la fauna se ha

demostrado como relevante (Gortázar et al., 2011). El control de las enfermedades

compartidas por la fauna silvestre requiere el desarrollo de estrategias para reducir la

transmisión del patógeno individuos, bien sea controlando la proporción de individuos

infectados en la población (eliminación no selectiva, testaje y eliminación, tratamientos,

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etc.), bien sea protegiendo a los individuos susceptibles frente a la infección (vacunas,

medidas de bioseguridad, higiene, etc.) o ambas de forma integral. El control de las

enfermedades en la fauna silvestre a menudo consiste en la intervención en los

ecosistemas naturales, lo que resulta en numerosas ocasiones controvertido (Artois et al.,

2011). Este control de las enfermedades en fauna silvestre ha sido ampliamente descrito

en la literatura y los diferentes métodos estudiados son: i) Acciones preventivas, entre las

que destacan el control del movimiento de animales (Gilbert et al., 2005; Cartersen et al.,

2011) así como el control sanitario previamente al movimiento para evitar la introducción

o re-introducción de patógenos a través de animales infectados o cuando animales

silvestres mantenidos en cautividad son liberados. Otro método de prevención activa es

la utilización de barreras que dificulten el contacto entre animales sanos y animales

infectados (medidas de bioseguridad), como los cercados, que son útiles contra patógenos

de transmisión directa como la fiebre aftosa (Sutmoller et al., 2002; Scheider et al., 2012)

o la tuberculosis bovina (Judge et al., 2011) al impedir el movimiento de los animales

(Owens & Owens, 1980). En el caso de C. burnetii que se puede transmitir a través de

aerosoles las barreras no deben ser muy eficaces; la bacteria puede ser vehiculada a varios

kilometros de distancia por el viento (Nusinovici et al., 2015); ii) El control poblacional

es otra medida eficaz para prevenir la transmisión de patógenos de animales infectados a

sanos al reducir la prevalencia (Boadella et al., 2012a). Los métodos de control

poblacional sin una diana clara en animales infectados pueden ser controvertidos, pero

también se han desarrollado protocolos de testaje y eliminación selectiva de animales

infectados que han resultado ser eficaces (Shury et al., 2015); y iii) La vacunación en

fauna silvestre también puede ser una herramienta útil y complementaria para reducir la

prevalencia de la infección en poblaciones de animales silvestres (Beltrán-Beck et al.,

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2012). Este método ha sido eficaz en el control de la rabia en el zorro rojo (Vulpes vulpes)

en el este de Europa (Monnerot et al., 2015).

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Tabla 1, 2, 3, 4 y 5. Especies de mamíferos, aves, anfibios, reptiles, peces, artrópodos y especies silvestres en cautividad en los que se ha detectado tanto anticuerpos frente a Coxiella burnetii como ADN.

Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Artiodactyla Bovidae

Alpine ibex Capra ibex http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42397

France 5/61 (8.2) CFT Baradel et al., 1988

Switzerland 0/10 (0.0) PCR Marreros et al., 2011

10/551 (1.8) ELISA Marreros et al., 2011

Aoudad Ammotragus lervia http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=1151 Poland 0/1 (0.0) ELISA Rypula et al., 2011

Bighorn sheep Ovis canadensis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=15735 USA 27/268 (10.0) CFT Deforge et al., 2006

Alpine chamois Rupicapra rupicapra http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=39255 France

8/135 (5.9) CFT Baradel et al., 1988

n.a. (0.0-50.0) CFT Jourdain et al., 2005

0/125 (0.0) CFT Pioz et al., 2008a

n.a. (0.0-12.0) CFT Pioz et al., 2008b

Chinkara Gazella bennettii http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=8978 India n.a. ISO Yadav and Sethi, 1980

Common wildebeest Connochaetes taurinus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=5229 Poland 0/1 (0.0) ELISA Rypula et al., 2011

Thinhorn sheep Ovis dalli http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=39250 USA 5/15 (33.3) CFT Zarnke et al., 1983

European bison Bison bonasus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=2814 Poland

0/122 (0.0) SERO Salwa et al., 2007

0/40 (0.0) ELISA Rypula et al., 2011

36/47 (76.6) SERO Skarek et al., 1994

7/60 (11.6) CFT/MAT Kita et al., 1991

Spanish ibex Capra pyrenaica http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=3798 Spain 7/52 (13.4) ELISA Santiago-Moreno et al., 2011

Japanese serow Capricornis crispus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=3811 Japan 0/117 (0.0) ELISA Ejercito et al., 1993

Mouflon Ovis orientalis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=15739

Cyprus 23/74 (31.1) PCR Psaroulaki et al., 2014

23/77 (29.8) PCR Ioannou et al., 2011

Czech Rep. 2/2 (100.0) MAT Hubalez et al., 1993

Spain 4/101 (3.9) ELISA Lopez-Olvera et al., 2009

Muskox Ovibos moschatus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=29684 Canada 5/17 (29.4) SERO Seguin et al., 2008

Nilgai Boselaphus tragocamelus

http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=2893 Poland 0/1 (0.0) ELISA Rypula et al., 2011

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Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Artiodactyla

Bovidae Sitatunga Tragelaphus spekii http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22050 Poland 0/1 (0.0) ELISA Rypula et al., 2011

Yak Bos mutus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=2892 China 75/552 (13.6) ELISA Yin et al., 2015

Cervidae

Moose Alces americanus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=818 Canada n.a. (16.5) IFA Marrie et al., 1993

Black-tailed deer Odocoileus hemionus colombianus

http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42393 USA 5/143 (3.5) ELISA Chomel et al., 1994

California mule deer O. h. californicus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42393 USA 1/26 (3.8) ELISA Chomel et al., 1994

Axis deer Axis axis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41783 Poland 0/2 (0.0) ELISA Rypula et al., 2011

Eurasian elk Alces alces http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41782 Sweden 0/99 (0.0) CFT Ohlson et al., 2014

Fallow deer Dama dama http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42188

Czech Rep. 2/4 (50.0) MAT Hubalek et al., 1993

Hungary 0/22 (0.0) PCR Kreizinger et al., 2015

Italy 3/43 (6.9) CFT Giovannini et al., 1988

Spain 0/13 (0.0) IFA Ruiz-Fons et al., 2008

Sika deer Cervus nippon http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41788 Japan 42/61 (68.8) ELISA Ejercito et al., 1993

0/5 (0.0) IFA Neagary et al., 1998

Wapiti Cervus canadensis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41785 USA n.a (22.0) CFT Enright et al., 1971

n.a. SERO McQuiston et al., 2002

Red deer Cervus elaphus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41785

Czech Rep. 6/24 (25.0) MAT Hubalek et al., 1993

Slovakia 1/3 (33.3) PCR Smetanova et al., 2006

Spain

0/28 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

1/2 (50.0) PCR Ruiz-Fons et al., 2008

2/36 (5.5) IFA Ruiz-Fons et al., 2008

27/460 (5.8) PCR González-Barrio et al., 2015c

41/1151 (3.5) ELISA González-Barrio et al., 2015c

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Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Artiodactyla

Cervidae

Red deer Cervus elaphus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41785 France 1/54 (1.8) CFT Baradel et al., 1988

Hungary 2/36 (5.5) PCR Kreizinger et al., 2015

Reindeer Rangifer tarandus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=29742 Poland 0/2 (0.0) ELISA Rypula et al., 2011

Rocky mountain mule deer

O. h. hemionus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42393 USA 6/60 (10.0) ELISA Chomel et al., 1994

Roe deer Capreolus capreolus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42395

France

25/222 (11.2) ELISA Candela et al., 2014

26/697 (3.7) CFT Baradel et al., 1988

3/175 (1.7) CFT Blancou et al., 1983

Hungary 0/33 (0.0) PCR Kreizinger et al., 2015

Netherl. 18/79 (23.0) PCR Rijks et al., 2011

Poland 0/20 (0.0) ELISA Rypula et al., 2011

Czech Rep. 2/33 (6.0) MAT Hubalek et al., 1993

Slovakia 0/2 (0.0) PCR Smetanova et al., 2006

Spain

0/6 (0.0) PCR Ruiz-Fons et al., 2008

4/78 (5.1) PCR Astobiza et al., 2011

6/39 (15.4) IFA Ruiz-Fons et al., 2008

Southerm mule deer O. h. fuliginatus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42393 USA 0/47 (0.0) ELISA Chomel et al., 1994

White-tailed deer Odocoileus virginianus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42393 Canada n.a. (1.5) IFA Marrie et al., 1993

USA 112/624 (17.9) IFA Kirchgessner et al., 2012

Water deer Hydropotes inermis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=10329 Korea 13/196 (6.6) PCR Shin et al., 2014

18/196 (9.2) ELISA Shin et al., 2014

Suidae Eurasian wild boar Sus scrofa http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41775

Czech Rep. 2/32 (6.2) MAT Hubalek et al., 1993

France 0/209 (0.0) CFT Baradel et al., 1988

Germany n.a. (2.2-8.1) SERO Hening et al., 2015

Germany 6/220 (2.7) SERO Hartung, 2001

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Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Artiodactyla Suidae

Eurasian wild boar

Sus scrofa http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41775

Italy 0/20 (0.0) CFT Giovannini et al., 1988

Japan 0/30 (0.0) ELISA Ejercito et al., 1993

Slovakia 0/18 (0.0) PCR Smetanova et al., 2006

Spain

1/1 (100.0) PCR Jado et al., 2012

1/125 (0.8) ELISA González-Barrio et al., 2015d

4/112 (3.6) PCR González-Barrio et al., 2015d

4/93 (4.3) PCR Astobiza et al., 2011

Wild swine USA 67/135 (50.0) SERO Clark et al., 1983

n.a. CFT Sidwell et al., 1964

Carnivora Canidae

African wild dog Lycaon pictus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=12436 S. Africa 8/29 (27.6) SERO Van Heerden et al., 1995

Coyote Canis latrans http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=3745 USA

n.a. (63.0) MAT Willeberg et al., 1980

n.a. (78.0) CFT Enright et al., 1971

n.a. SERO McQuiston et al., 2002

Darwin´s fox Pseudalopex fulvipes http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41586 Cyprus 0/30 (0.0) PCR Cabello et al., 2013

Japanese racoon dog Nyctereutes procyonoides viverrinus

http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=14925 Japan 0/30 (0.0) IFA Neagary et al., 1998

0/37 (0.0) ELISA Ejercito et al., 1993

Red fox Vulpes vulpes http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=23062

Czech Rep. 1/1 (100.0) MAT Rehacek et al., 1977

Cyprus 9/32 (28.1) PCR Psaroulaki et al., 2014

Portugal 0/4 (0.0) PCR Cumbassá et al., 2015

Spain 0/61 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

UK 32/120 (26.6) ELISA Meredith et al., 2014

USA

n.a. (55.0) CFT Enright et al., 1971

n.a. (63.0) MAT Willeberg et al., 1980

n.a. SERO McQuiston et al., 2002

Felidae Bobcat Lynx rufus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=12521 USA n.a. CFT Enright et al., 1971

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68

Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Carnivora

Felidae

Feral cat Felis silvestris catus USA n.a. CFT Enright et al., 1971

India n.a. (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1980

Tiger Panthera tigris http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=15955 India n.a. (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1980

Wild cat Felis silvestris http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=60354712 Spain 0/6 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Herpestidae Egyptian mongoose Herpestes ichneumon http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41613 Portugal 5/45 (11.1) PCR Cumbassá et al., 2015

Indian grey mongoose Herpestes edwardsii http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41611 India n.a. (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1980

Mephitidae Spotted skunk Spilogale gracilis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=136797 USA

n.a. CFT Enright et al., 1971

n.a. SERO McQuiston et al., 2002

Striped skunk Mephitis mephitis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41635 USA n.a. CFT Enright et al., 1971

Mustelidae

American mink Neovison vison http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41661 Spain 0/3 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Eurasian badger Meles meles http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=29673 Portugal 0/1 (0.0) PCR Cumbassá et al., 2015

Spain 0/74 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Pine marten Martes martes http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=12848 Spain 0/12 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Sea otter Enhydra lutris http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=7750 USA

0/103 (0.0) PCR Duncan et al., 2015

21/105 (20.0) IFA Duncan et al., 2015

0/33 (0.0) CFT White et al., 2013

Stone marten Martes foina http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=29672 Spain 0/25 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Least weasel Mustela nivalis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=14021 Portugal 0/2 (0.0) PCR Cumbassá et al., 2015

Spain 0/5 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Otariidae Northern fur seal Callorhinus ursinus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=3590 USA

0/40 (0.0) PCR Minor et al., 2013

0/400 (0.0) PCR Duncan et al., 2014

109/146 (74.6) PCR Duncan et al., 2012

148/236 (62.7) IFA Minor et al., 2013

Steller sea lion Eumetopias jubatus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=8239 USA 44/74 (59.4) IFA Minor et al., 2013

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69

Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Carnivora

Otariidae Steller sea lion Eumetopias jubatus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=8239 USA 1/2 (50.0) PCR Kersh et al., 2012

Phocidae Harbor seal Phoca vitulina richardsi http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=17013 USA /

Canada

17/27 (63.0) PCR Kersh et al., 2012

73/215 (34.0) IFA Kersh et al., 2012

Procyonidae Northern raccon Procyon lotor http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41686

USA 2/26 (7.7) CFT Enright et al., 1971

Canada n.a. (7.1) IFA Marrie et al., 1993

Japan 0/559 (0.0) SERO Inoue et al., 2011

Spain 15/48 (31.5) PCR González-Barrio et al., unpublished

USA 5/11 (45.4) SERO Randhawa et al. 1977

n.a. SERO McQuiston et al., 2002

Ursidae

Brown bear Ursus arctos http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41688 Croatia 0/13 (0.0) CFT Madic et al., 1993

American black bear Ursus americanus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41687 USA 3/37 (8.1) CFT Dunbar et al., 1998

25/149 (17) MAT Ruppanner et al., 1982

Japanese black bear Ursus thibetanus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22824 Japan 28/36 (77.7) ELISA Ejercito et al., 1993

Viverridae Common genet Genetta genetta http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41698

Portugal 0/3 (0.0) PCR Cumbassá et al., 2015

Spain 0/12 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Masked palm civet Paguma larvata http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41692 Japan 0/10 (0.0) ELISA Ejercito et al., 1993

Cetacea Phocoenidae Harbour porpoise Phocoena phocoena http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=17027 USA 2/6 (33.3) PCR Kersh et al., 2012

Chiroptera

Molossidae Pallas's mastiff bat Molossus molossus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=13648 Fr. Guiana 0/57 (0.0) ELISA Gardon et al., 2001

Phyllostomidae Greater spear-nosed bat

Phyllostomus hastatus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=17218 Fr. Guiana 0/17 (0.0) ELISA Gardon et al., 2001

Pteropodidae Indian flying fox Pteropus giganteus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=18725 India 2/14 (14.3) CAT Yadav and Sethi, 1980

Didelphimorphia Didelphidae Common opossum Didelphis marsupialis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=40501 Fr. Guiana 1/4 (25.0) ELISA Gardon et al., 2001

Gray four-eyed opossum

Philander opossum http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=40516 Fr. Guiana 4/36 (11.1) ELISA Gardon et al., 2001

Diprotodontia Macropodidae

Agile wallaby Macropus agilis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=40560 Australia 1/5 (20.0) ELISA Cooper et al., 2013

Common walloroo Macropus robustus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=40565 Australia 1/3 (33.3) ELISA Cooper et al., 2013

Eastern grey kangaroo

Macropus giganteus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41513 Australia n.a. (12.0) CFT Pope et al., 1960

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70

Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Diprotodontia

Macropodidae

Red kangaroo Macropus rufus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=40567 Australia n.a. (33.0) CFT Pope et al., 1960

1/4 (25.0) ELISA Cooper et al., 2013

Black-striped wallaby Macropus dorsalis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=40562 Australia 1/1 (100.0) ELISA Cooper et al., 2013

Westerm grey kangaroo

Macropus fuliginosus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=40563 Australia

115/343 (33.5) ELISA Banazis et al., 2010

245/1017 (24.1) ELISA Potter et al., 2011

42/1017 (4.1) PCR Potter et al., 2011

42/343 (12.2) PCR Banazis et al., 2010

Phalangeridae Brushtail possum Trichosurus vulpecula http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=40585 Australia 1/2 (50.0) ELISA Cooper et al., 2013

Potoroidae Rufous bettong Aepyprymnus rufescens http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=40558 Australia 0/1 (0.0) ELISA Cooper et al., 2013

Erinaceomorpha Erinaceidae Southern white-breasted hedgehog

Erinaceus concolor http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=40605 Iran n.a. (0.0) SERO/PCR Mostafavi et al., 2012

Eulipotyphla Soricidae

Crowned shrew Sorex coronatus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=29663 Spain 0/14 (0.0) PCR Barandika et al., 2008

White-toothed shrew Crocidura russula http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=29652 Spain 0/16 (0.0) PCR Barandika et al., 2008

Talpidae European mole Talpa europaea http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41481 Spain 0/24 (0.0) PCR Barandika et al., 2008

Lagomorpha Leporidae

Brush rabbit Sylvilagus bachmani http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41302 USA n.a. (53.0) CFT Enright et al., 1971

European hare Lepus europaeus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41280

Czech Rep. 12/263 (4.5) MAT Rehacek et al., 1977

Czech Rep. 0/23 (0.0) MAT Hubalez et al., 1993

Cyprus 15/31 (48.4) PCR Psaroulaki et al., 2014

Spain 2/22 (9.1) PCR Astobiza et al., 2011

European rabbit Oryctolagus cuniculus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41291 Spain

0/6 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

176/464 (37.9) ELISA González-Barrio et al., 2015b

6/136 (4.4) PCR González-Barrio et al., 2015b

White-tailed jackrabbit

Lepus townsendii http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41288 USA n.a. CFT Enright et al., 1971

Japanese hare Lepus brachyurus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41275 Japan 5/8 (62.5) ELISA Ejercito et al., 1993

Snowshoe hare Lepus americanus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41273 Canada n.a. (49.0) IFA Marrie et al., 1993

11/22 (50.0) ELISA Marrie et al., 1986

Peramelemorphia Peramelidae Northern brown bandicoot

Isoodon macrourus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=40552 Australia 6/35 (17.1) ELISA Cooper et al., 2013

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71

Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Pilosa Bradypodidae

Pale-throated three-toed sloth

Bradypus tridactylus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=3037 French Guiana

1/1 (100.0) PCR Davoust et al., 2014

n.a. Ant eater n.a. India n.a. (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1980

Primates Cercopithecidae Japanese macaque Macaca fuscata http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=12552 Japan 15/54 (27.7) ELISA Ejercito et al., 1993

Rodentia Cricetidae

Bank vole Myodes glareolus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=4973

Czech Rep.

1/95 (1.0) MAT Rehacek et al., 1977

2/65 (3.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

n.a. No ISO Syrucek and Raska, 1956

Italy 0/42 (0.0) PCR Pascucci et al., 2015

Slovakia 0/23 (0.0) PCR Smetanova et al., 2006

Spain 0/6 (0.0) PCR Barandika et al., 2008

UK 31/180 (17.2) ELISA Meredith et al., 2014

Brush mouse Peromyscus boylii http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=16652 USA

1/2 (50.0) CFT Enright et al., 1969

24/78 (30.0) CFT Enright et al., 1971

5/306 (1.6) MAT Rieman et al., 1979

n.a. No ISO Enright et al., 1971

Canyon mouse Peromyscus crinitus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=16656 USA 0/40 (0.0) CFT Stoenner et al., 1960

Common vole Microtus arvalis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=13488

Czech Rep.

0/31 (0.0) MAT Rehacek et al., 1977

1/82 (1.2) CFT Syrucek and Raska, 1956

n.a. No ISO Syrucek and Raska, 1956

Germany 0/119 (0.0) PCR Pluta et al., 2010

Slovakia 0/3 (0.0) PCR Smetanova et al., 2006

North American deermouse

Peromyscus maniculatus

http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=16672

Canada n.a. (76.1) PCR Thompson et al., 2012

USA

0/364 (0.0) CFT Stoenner et al., 1960

5/306 (1.6) MAT Rieman et al., 1979

6/24 (25.0) CFT Enright et al., 1969

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72

Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Rodentia Cricetidae

North American deermouse

Peromyscus maniculatus

http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=16672 USA 72/291 (24.7)

CFT Enright et al., 1971

No ISO Enright et al., 1971

ISO Stoenner et al., 1960

Desert wood rat Neotoma lepida http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=14589 USA 0/107 (0.0) CFT Stoenner et al., 1960

Dusky-footed wood rat

Neotoma fuscipes http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=14587 USA

1/21 (4.7) MAT Rieman et al., 1979

2/31 (6.4) CFT Enright et al., 1969

9/311 (2.9) CFT Enright et al., 1971

n.a. ISO Burgdorfer et al., 1963

n.a. No ISO Enright et al., 1971

European pine vole Microtus subterraneus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=13489 Czech Rep. 0/1 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

European water vole Arvicola amphibius http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=2149 Czech Rep. 1/6 (16.6) CFT Syrucek and Raska, 1956

n.a. No ISO Syrucek and Raska, 1956

Field vole Microtus agrestis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=13426

Czech Rep. 0/11 (0.0) MAT Rehacek et al., 1977

0/3 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Poland n.a. ISO Tylewska-Wierzbanowska et al., 1991

UK 59/309 (19.1) ELISA Meredith et al., 2014

Gray dwarf hamster Cricetulus migratorius http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=5528

Czech Rep. n.a. ISO Proreshnaya et al., 1960

Former USSR

0/1 (0.0) CFT Yevdoshenko and Proreshnaya, 1961

n.a. ISO Yevdoshenko and Proreshnaya, 1961

Southern marsh harvest mouse

Reithrodontomys megalotis

http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=19410 USA

0/8 (0.0) MAT Rieman et al., 1979

3/28 (10.7) CFT Enright et al., 1971

3/28 (10.7) CFT Stoenner et al., 1960

n.a. No ISO Enright et al., 1971

Chihuahua vole Microtus pennsylvanicus

http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=13452 USA 0/12 (0.0) MAT Rieman et al., 1979

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73

Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Rodentia

Cricetidae

Chihuahua vole Microtus pennsylvanicus

http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=13452 USA

1/5 (20.0) CFT Enright et al., 1969

20/100 (20.0) CFT Enright et al., 1971

n.a. No ISO Enright et al., 1971

Musk rat Ondatra zibethicus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=15324

Czech Rep. 0/1 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Former USSR

0/6 (0.0) CFT Yevdoshenko and Proreshnaya, 1961

n.a. No ISO Yevdoshenko and Proreshnaya, 1961

USA 2/19 (10.5) MAT Rieman et al., 1979

Northern grasshopper mouse

Onychomys leucogaster http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=15338 USA 1/5 (20.0) CFT Stoenner et al., 1960

Pinyon mouse Peromyscus truei http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=16694 USA

12/128 (9.3) CFT Enright et al., 1971

n.a. No ISO Enright et al., 1971

0/11 (0.0) CFT Stoenner et al., 1960

Revillagigedo Island ded-backed vole

Myodes gapperi http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42617 Canada n.a. (18.0) PCR Thompson et al., 2012

Dipodidae

Small five-toed jerboa Allactaga elater http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=853 Czech Rep. n.a. ISO Proreshnaya et al.,1961

Woodland jumping mouse

Napaeozapus insignis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42612 Canada n.a. (83.3) PCR Thompson et al., 2012

Echimyidae Cuvier's/Cayenne spiny rat

Proechimys cuvieri/ cayenne

http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22712110 Fr. Guiana 4/26 (15.4) IFA Gardon et al., 2001

Erethizontidae North American porcupine

Erethizon dorsatum http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=8004 USA 0/3 (0.0) CFT Stoenner et al., 1960

0/6 (0.0) MAT Rieman et al., 1979

Gliridae

Hazel dormouse Muscardinus avellanarius

http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=13992 Czech Rep. 0/1 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Garden dormouse Eliomys quercinus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=7618 Czech Rep. 0/1 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Spain n.a. ISO Perez Gallardo et al., 1952

Heteromyidae Houserock chisel-toothed kangaroo rat

Dipodomys microps http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42603 USA 5/189 (2.6) CFT Stoenner et al., 1960

n.a. ISO Stoenner et al., 1960

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Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Rodentia

Heteromyidae

Owyhee river kangaroo mouse

Microdipodops megacephalus

http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42606 USA 0/2 (0.0) CFT Stoenner et al., 1960

Great-basin pocket mouse

Perognathus parvus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42610 USA 0/14 (0.0) CFT Stoenner et al., 1960

0/22 (0.0) MAT Rieman et al., 1979

Heermani's kangaroo rat

Dipodomys heermanni http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42600 USA

0/17 (0.0) MAT Rieman et al., 1979

0/2 (0.0) CFT Enright et al., 1969

1/59 (1.7) CFT Enright et al., 1971

n.a. No ISO Enright et al., 1971

Long-tailed pocket mouse

Chaetodipus formosus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=4331 USA 0/47 (0.0) CFT Stoenner et al., 1960

Ord's kangaroo rat Dipodomys ordii http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=6691 USA 16/312 (5.1) CFT Stoenner et al., 1960

n.a. ISO Stoenner et al., 1960

Muridae

Lesser bandicoot rat Bandicota bengalensis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=2540 India n.a. ISO Yadav and Sethi, 1980

Black rat Rattus rattus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=19360

Czech Rep. 1/15 (6.6) CFT Syrucek and Raska, 1956

n.a. No ISO Syrucek and Raska, 1956

Fr. Guiana 0/17 (0.0) ELISA Gardon et al., 2001

Netherl. 0/56 (0.0) ELISA Reusken et al., 2011

5/166 (3.0) PCR Reusken et al., 2011

Brown / black rat R. norvegicus/R. rattus Cyprus 32/136 (23.5) PCR Psaroulaki et al., 2014

63/494 (12.7) IFA Psaroulaki et al., 2010

Brown rat Rattus norvegicus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=19353

Czech Rep. 41/286 (14.3) CFT Syrucek and Raska, 1956

n.a. ISO Syrucek and Raska, 1956

Germany 7/524 (1.3) PCR Runge et al., 2013

India 2/21 (9.5) ISO Yadav and Sethi, 1980

3/21 (14.3) CAT Yadav and Sethi, 1980

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Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Rodentia Muridae

Brown rat Rattus norvegicus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=19353

Japan 0/54 (0.0) ELISA Ejercito et al., 1993

Netherl. 23/146 (15.7) ELISA Reusken et al., 2011

8/164 (4.8) PCR Reusken et al., 2011

UK n.a. (7.0-53.0) ELISA Webster et al., 1995

USA 3/30 (10%) MAT Rieman et al., 1979

Great gerbil Rhombomys opimus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=19686 F.USSR n.a. ISO Zhmaeva et al., 1955

House mouse Mus musculus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=13972

Czech Rep.

1/78 (1.3) MAT Rehacek et al., 1977

14/155 (9) CFT Syrucek and Raska, 1956

n.a. ISO Proreshnaya et al., 1960

n.a. ISO Syrucek and Raska, 1956

F. USSR 1/6 (16.6) CFT Yevdoshenko and Proreshnaya, 1961

n.a. ISO Yevdoshenko and Proreshnaya, 1961

Fr. Guiana 0/58 (0.0) IFA Gardon et al., 2001

India 0/4 (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1980

n.a. No ISO Yadav and Sethi, 1980

Spain 2/28 (7.1) PCR Barandika et al., 2008

USA 0/83 (0.0) MAT Rieman et al., 1979

Rat Rattus spp. http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=19360 Spain 3/3 (100.0) PCR Jado et al., 2012

Shaw's jird Meriones shawi http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42666 Morocco n.a. ISO Blanc et al., 1947

Tamarisk gerbil Meriones tamariscinus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=13169 F. USSR 0/16 (0.0) CFT Yevdoshenko and Proreshnaya, 1961

n.a. No ISO Yevdoshenko and Proreshnaya, 1961

Long-tailed field mouse

Apodemus sylvaticus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=1904

Czech Rep. n.a. No ISO Syrucek and Raska, 1956

Italy 2/101 (19.8) PCR Pascucci et al., 2015

Slovakia 0/3 (0.0) PCR Smetanova et al., 2006

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Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Rodentia

Muridae

Long-tailed field mouse

Apodemus sylvaticus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=1904 Spain 1/162 (0.6) PCR Barandika et al., 2008

UK 48/307 (15.6) ELISA Meredith et al., 2014

Yellow-necked field mouse

Apodemus flavicollis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=1892

Czech Rep. 1/202 (0.5) MAT Rehacek et al., 1977

11/212 (5.2) CFT Syrucek and Raska, 1956

Slovakia 1/38 (2.6) PCR Smetanova et al., 2006

Spain 0/3 (0.0) PCR Barandika et al., 2008

Barbary striped grass mouse

Lemniscomys barbarus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=11487 Kenya n.a. ISO Heisch, 1960

Morocco n.a. ISO Blanc and Bruneau, 1956

Myocastoridae Coypu Myocastor coypus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=14085 Japan 4/32 (12.5) ELISA Ejercito et al., 1993

Sciuridae

Yellow-pine chipmunk Tamias amoenus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42569 USA n.a. ISO Burgdorfer et al., 1963

1/85 (1.2) MAT Rieman et al., 1979

California ground squirrel

Spermophilus beecheyi http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=20481 USA

19/145 (13.1) CFT Enright et al., 1971

6/26 (23.0) CFT Enright et al., 1969

7/112 (6.2) MAT Rieman et al., 1979

n.a. ISO Enright et al., 1971

Arizona black-tailed prairie dog

Cynomys ludovicianus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=6091 USA n.a. CFT Enright et al., 1971

Cliff chipmunk Tamias dorsalis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42571 USA 0/2 (0.0) CFT Stoenner et al., 1960

Colorado chipmunk Tamias quadrivittatus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42576 USA 0/1 (0.0) CFT Stoenner et al., 1960

Douglas squirrel Tamiasciurus douglasii http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42586 USA 2/3 (66.6) MAT Rieman et al., 1979

Eastern chipmunks Tamias striatus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42583 Canada 0/12 (0.0) PCR Thompson et al., 2012

Golden-mantled ground squirrel

Spermophilus lateralis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42468 USA 0/34 (0.0) MAT Rieman et al., 1979

n.a. ISO Burgdorfer et al., 1963

Eastern gray squirrel Sciurus carolinensis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42462 USA 4/72 (5.5) CFT Enright et al., 1971

n.a. No ISO Enright et al., 1971

New Mexico least chipmunk

Tamias minimus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42572 1/8 (12.5) CFT Stoenner et al., 1960

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Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Rodentia Sciuridae

Long-clawed ground squirrel

Spermophilopsis leptodactylus

http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=20471 Former USSR

n.a. ISO Zhmaeva et al., 1955

Red squirrel Tamiasciurus hudsonicus

http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42587 Canada n.a. (40.0) PCR Thompson et al., 2012

Carolina flying squirrel

Glaucomys sabrinus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=39553 Canada n.a. (38.0) PCR Thompson et al., 2012

Eurasian red squirrel Sciurus vulgaris http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=20025 Czech Rep. 0/2 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Tien Shan ground squirrel

Spermophilus relictus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=20491

Czech Rep. n.a. ISO Proreshnaya et al., 1960

Former USSR

12/182 (6.6) CFT Yevdoshenko and Proreshnaya, 1961

Czech Rep. n.a. ISO Yevdoshenko and Proreshnaya, 1961

Rock squirrel Spermophilus variegatus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=20495 USA 0/1 (0%) CFT Stoenner et al., 1960

Sonoma chipmunk Tamias sonomae http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42581 USA 2/9 (22.2%) CFT Enright et al., 1971

n.a. No ISO Enright et al., 1971

Southern flying squirrel

Glaucomys volans http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=9240 Canada n.a. (65.0) PCR Thompson et al., 2012

Townsend's ground squirrel

Spermophilus townsendii

http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=20476 USA 0/1 (0.0) CFT Stoenner et al., 1960

Western gray squirrel Sciurus griseus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=20011 USA 0/1 (0.0) MAT Rieman et al., 1979

White-tailed antelope squirrel

Ammospermophilus leucurus

http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=42452 USA 0/104 (0.0) CFT Stoenner et al., 1960

Soricomorpha Soricidae

Asian house shrew Suncus murinus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41440 India 1/24 (4.1) CAT Yadav and Sethi, 1980

Bicoloured white-toothed shrew

Crocidura leucodon http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=29651 Czech Rep. 0/2 (0.0) MAT Rehacek et al., 1977

Common shrew Sorex araneus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=29661 Czech Rep. 3/14 (21.4) MAT Rehacek et al., 1977

Eurasian pygmy shrew Sorex minutus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=29667 Czech Rep. 0/3 (0.0) MAT Rehacek et al., 1977

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Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Accipitriformes Accipitridae

Black kite Milvus migrans http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22734972 Spain 1/7 (14.0) PCR Astobiza et al., 2011

Bonelli's eagle Aquila fasciata http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22696076 Cyprus 1/1 (100.0) PCR Psaroulaki et al., 2014*

1/2 (50.0) PCR Ioannou et al., 2009*

Brahminy kite Haliastur indus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22695094 India n.a. (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1980

Eurasian buzzard Buteo buteo http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=61695117 Cyprus 1/2 (50.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

1/4 (25.0) PCR Ioannou et al., 2009

Eurasian griffon vulture

Gyps fulvus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22695219 Portugal 0/19 (0.0) PCR Cumbassá et al., 2015

Spain 1/9 (11.0) PCR Astobiza et al., 2011

Eurasian sparrowhawk

Accipiter nisus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22695624 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

0/2 (50.0) PCR Ioannou et al., 2009

European honey buzzard

Pernis apivorus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22694989 Cyprus 1/3 (33.3) PCR Ioannou et al., 2009

4/4 (100.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Hen harrier Circus cyaneus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22727733 Cyprus 1/1 (100.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

2/3 (66.6) PCR Ioannou et al., 2009

Long-legged buzzard Buteo rufinus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22736562 Cyprus

1/2 (50.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

1/3 (66.6) PCR Ioannou et al., 2009

India n.a. (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1980

Northern goshawk Accipiter gentilis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22695683 Cyprus 1/1 (100.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

3/3 (100.0) PCR Ioannou et al., 2009

Red-tailed hawk Buteo jamaicensis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22695933 USA 1/1 (100.0) MAT Rieman et al., 1979

Western marsh harrier Circus aeruginosus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22695344 Cyprus 0/5 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Anseriformes Anatidae

Canada goose Branta canadensis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22679935 USA 0/1 (0.0) MAT Rieman et al., 1979

Cinnamon teal Spatula cyanoptera http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22680233 USA 1/4 (25.0) MAT Rieman et al., 1979

Common teal Anas crecca http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22729717 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Gadwall Mareca strepera http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22680149 USA 1/1 (100.0) MAT Rieman et al., 1979

Mallard Anas platyrhynchos http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22680186

Cyprus 1/1 (100.0) PCR Ioannou et al., 2009

1/2 (50.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

India n.a. (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1980

Japan n.a. (0.0) PCR To et al., 1998

0/101 (0.0) MAT To et al., 1998

Spain 0/3 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

USA 1/14 (7.1) MAT Rieman et al., 1979

Pintail Anas acuta http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22680301 USA 0/5 (0.0) MAT Rieman et al., 1979

Tundra swan Cygnus columbianus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22679862 USA 1/1 (100.0) MAT Rieman et al., 1979

Whooper swan Cygnus cygnus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22679856 Japan n.a. (0.0) PCR To et al., 1998

0/10 (0.0) MAT To et al., 1998

Bucerotiformes Upupidae Common hoopoe Upupa epops http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22682655 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Page 79: Coxiella burnetii) en fauna silvestre ibérica.digital.csic.es/bitstream/10261/147408/1/fiebreQburnetti.pdf · C. burnetii en diferentes especies de fauna silvestre ibérica, concretamente

79

Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Caprimulgiformes Caprimulgidae European nightjar Caprimulgus europaeus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22689887 Cyprus 1/1 (100.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Cathartiformes Cathartidae Turkey vulture Cathartes aura http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22697627 USA 2/4 (50.0) MAT Rieman et al., 1979

Charadriiformes

Alcidae n.a. n.a. Spain 0/3 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Burhinidae n.a. n.a. Spain 0/1 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Charadriidae n.a. n.a. Spain 0/5 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Laridae n.a. n.a. Spain 0/1 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Burhinidae Eurasian thick-knee Burhinus oedicnemus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=45111439 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Laridae

Black-headed gull Larus ridibundus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22694420 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

0/2 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Caspian gull Larus cachinnans http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22735929 Cyprus 1/4 (25.0) PCR Ioannou et al., 2009

2/3 (66.6) PCR Psaroulaki et al., 2014

Lesser black-backed gull

Larus fuscus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22694373 Cyprus 1/1 (100.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

1/2 (50.0) PCR Ioannou et al., 2009

Recurvirostridae Black-winged stilt Himantopus himantopus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22727969 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Scolopacidae Eurasian woodcock Scolopax rusticola http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22693052 Cyprus 0/2 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

Ciconiiformes Ciconiidae White stork Ciconia ciconia http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22697691 Cyprus

1/1 (100.0) PCR Ioannou et al., 2009

1/1 (100.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Spain 0/5 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Columbiformes Columbidae

Band-tailed pigeon Patagioenas fasciata http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22725264 USA 3/31 (9.6) MAT Rieman et al., 1979

Common woodpigeon Columba palumbus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22690103 Cyprus 3/10 (30.0) PCR Ioannou et al., 2009

8/15 (53.3) PCR Psaroulaki et al., 2014

European turtle-dove Streptopelia turtur http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22690419 Cyprus 1/7 (14.3) PCR Ioannou et al., 2009

Laughing turtle-Dove Spilopelia senegalensis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22690445 India n.a. (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1980

Mourning dove Zenaida macroura http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22690736 USA 0/9 (0.0) MAT Rieman et al., 1979

Rock dove Columba livia http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22690066

India 1/11 (9.0) CAT Yadav and Sethi, 1980

Iran n.a. (7.9) n.a. Mostafavi et al., 2012

France n.a. ISO Stein et al., 1999

Japan n.a. (0.0) PCR To et al., 1998

4/100 (4.0) MAT To et al., 1998

Coraciiformes

Alcedinidae Common kingfisher Alcedo atthis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22683027 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

0/2 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

Meropidae European bee-eater Merops apiaster http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22683756 Cyprus 0/2 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

0/2 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Page 80: Coxiella burnetii) en fauna silvestre ibérica.digital.csic.es/bitstream/10261/147408/1/fiebreQburnetti.pdf · C. burnetii en diferentes especies de fauna silvestre ibérica, concretamente

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Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Falcnoniformes

Acciprinidae Indian vulture Gyps indicus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22729731 India n.a. (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1980

Falconidae

n.a. n.a. Spain 0/15 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Common kestrel Falco tinnunculus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22696362 Cyprus

4/11 (36.3) PCR Ioannou et al., 2009

9/19 (47.3) PCR Psaroulaki et al., 2014

Czech Rep. 0/1 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Eleonora's falcon Falco eleonorae http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22696442 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Eurasian hobby Falco subbuteo http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22696460 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Peregrine falcon Falco peregrinus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=45354964 Cyprus 1/1 (100.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

2/4 (50.0) PCR Ioannou et al., 2009

Red-footed falcon Falco vespertinus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22696432 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

0/2 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Saker falcon Falco cherrug http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22696495 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Galliformes Phasianidae

Black francolin Francolinus francolinus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22678719 Cyprus 0/2 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

0/2 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Chukar Alectoris chukar http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22678691 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

0/2 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

Common quail Coturnix coturnix http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22678944 Cyprus 0/3 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

1/2 (50.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Grey partridge Perdix perdix http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22678911 Czech Rep. 0/5 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Peacock n.a. India n.a. (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1980

Guinea fowl n.a. India n.a. (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1980

Common pheasant Phasianus colchicus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=45100023 Czech Rep. 0/3 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Spain 0/5 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Odontophoridae Mountain quail Oreortyx pictus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22679591 USA 0/6 (0.0) MAT Rieman et al., 1979

Gruiformes

Gruidae Common crane Grus grus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22692146 Cyprus 1/1 (100.0) PCR Ioannou et al., 2009

1/1 (100.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Rallidae

American coot Fulica americana http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=62169677 USA 15/33 (45.4) MAT Rieman et al., 1979

Common coot Fulica atra http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22692913 Cyprus 1/5 (20.0) PCR Ioannou et al., 2009

3/4 (75.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Common moorhen Gallinula chloropus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=62120190 Cyprus 1/5 (20.0) PCR Ioannou et al., 2009

5/7 (71.4) PCR Psaroulaki et al., 2014

Corncrake Crex crex http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22692543 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

0/2 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

n.a. n.a. Spain 0/3 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Western water rail Rallus aquaticus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22725141 Cyprus 0/2 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

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Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Passeriformes

Aegithalidae American bushtit Psaltriparus minimus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22712028 USA 0/3 (0.0) MAT Rieman et al., 1979

Alaudidae Eurasian skylark Alauda arvensis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22717415 Czech Rep. 0/2 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Certhiidae Eurasian treecreeper Certhia familiaris http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22735060 Czech Rep. 0/2 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Corvidae

American crow Corvus brachyrhynchos http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22705990 USA 12/41 (29.2) MAT Rieman et al., 1979

Western scrub jay Aphelocoma californica http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22705623 USA 1/6 (16.6) MAT Rieman et al., 1979

Carrion crow Corvus corone http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22706016

Czech Rep. 0/2 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

India n.a. ISO Yadav and Sethi, 1980

Japan 13/173 (7.5.0) PCR To et al., 1998

64/173 (37.0) MAT To et al., 1998

Spain 0/6 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Common raven Corvus corax http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22706068 Poland n.a. ISO Tylewska-Wierzbanowska et al., 1991

USA 1/2 (50.0) MAT Rieman et al., 1979

Eurasian jay Garrulus glandarius http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22705764 Czech Rep. 0/5 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Jungle crow Corvus macrorhynchos http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22706019 Japan 5/41 (12.2) PCR To et al., 1998

91/258 (35.3) MAT To et al., 1998

Black-billed magpie Pica pica hudsoni http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22705865 USA 0/3 (0.0) MAT Rieman et al., 1979

Rook Corvus frugilegus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22706016 Czech Rep. 0/21 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Spotted nutcracker Nucifraga caryocatactes http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22705912 Czech Rep. 0/1 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Steller´s jay Cyanocitta stelleri http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22705614 USA 0/9 (0.0) MAT Rieman et al., 1979

Emberizidae

Canyon towhee Melozone fuscus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22721331 USA 0/4 (0.0) MAT Rieman et al., 1979

Golden-crowned sparrow

Zonotrichia atricapilla http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22721091 USA 8/10 (80.0) MAT Rieman et al., 1979

Dark-eyed junco Junco hyemalis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22735032 USA 1/2 (50.0) MAT Rieman et al., 1979

White-crowned sparrow

Zonotrichia leucophrys http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22721088 USA 34/48 (70.8) MAT Rieman et al., 1979

Yellowhammer Emberiza citrinella http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22720878 Czech Rep. 1/29 (3.4) CFT Syrucek and Raska, 1956

Fringillidae

Eurasian bullfinch Pyrrhula pyrrhula http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22720671 Czech Rep. 0/3 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Eurasian chaffinch Fringilla coelebs http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22720030 Czech Rep. 1/45 (2.2) CFT Syrucek and Raska, 1956

Eurasian siskin Carduelis spinus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22720354 Czech Rep. 0/8 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

European goldfinch Carduelis carduelis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22720419 Czech Rep. 0/1 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

European greenfinch Carduelis chloris http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22720330 Czech Rep. 0/8 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Island canary Serinus canaria http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22720056 Czech Rep. 0/3 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

House finch Carpodacus mexicanus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22720563 USA 0/82 (0.0) MAT Rieman et al., 1979

Red crossbill Loxia curvirostra http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22720646 Czech Rep. 0/4 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

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Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Passeriformes

Hirundinidae

Barn swallow Hirundo rustica http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22712252 Czech Rep. 8/87 (9.2) CFT Syrucek and Raska, 1956 N. house martin Delichon urbicum http://www.iucnredlist.org/details/22712477/0 Czech Rep. 14/53 (26.4) CFT Syrucek and Raska, 1956

Swallow n.a. India 1/200 (0.5) ISO Yadav and Sethi, 1980

India 6/200 (3.0) CAT Yadav and Sethi, 1980

Icteridae Brewer´s blackbird Euphagus

cyanocephalus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22724332 USA 6/18 (33.3) MAT Rieman et al., 1979

Western meadowlark Sturnella neglecta http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22724256 USA 1/2 (50.0) MAT Rieman et al., 1979 Red-winged blackbird Agelaius phoeniceus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22724191 USA 0/4 (0.0) MAT Rieman et al., 1979

Laniidae Lesser grey shrike Lanius minor http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22705038 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009 0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Red-backed shrike Lanius collurio http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22705001 Czech Rep. 0/2 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Motacillidae Grey wagtail Motacilla cinerea http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22718392 Czech Rep. 0/2 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956 Tree pipit Anthus trivialis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22718546 Czech Rep. 0/2 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956 White wagtail Motacilla alba http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22718348 Czech Rep. 1/15 (6.6) CFT Syrucek and Raska, 1956

Muscicapidae

Black redstart Phoenicurus ochruros http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22710051 Czech Rep. 2/22 (9.0) CFT Syrucek and Raska, 1956 Common redstart Phoenicurus phoenicurus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22710055 Czech Rep. 0/1 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956 European robin Erithacus rubecula http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22709675 Czech Rep. 0/3 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Spotted flycatcher Muscicapa striata http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22709192 Czech Rep. 0/7 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Paridae

Black-capped chickadee

Parus atricapillus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22711716 Czech Rep. 0/2 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Blue tit Parus caeruleus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22711944 Czech Rep. 0/3 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Coal tit Parus ater http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22735965 Czech Rep. 0/7 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Crested tit Parus cristatus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22711810 Czech Rep. 0/6 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Great tit Parus major http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22735990 Czech Rep. 1/7 (14.3) CFT Syrucek and Raska, 1956

Passeridae

Eurasian tree sparrow Passer montanus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22718270 Czech Rep. 0/8 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

House sparrow Passer domesticus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22718174 Czech Rep. 5/31 (16.1) CFT Syrucek and Raska, 1956

India n.a. (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1980

USA 7/14 (50.0) MAT Rieman et al., 1979

Ploceidae n.a. n.a. n.a. Spain 0/1 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Reguliidae Goldcrest Regulus regulus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22734997 Czech Rep. 0/2 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Sturnidae Common myna Acridotheres tristis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22710921 India 19/69 (27.5) CAT Yadav and Sethi, 1980

3/69 (4.3) ISO Yadav and Sethi, 1980

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Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Passeriformes

Sturnidae

n.a. n.a. Spain 0/4 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Common starling Sturnus vulgaris http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22710886 Czech Rep. 0/10 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

USA 18/157 (11.4) MAT Rieman et al., 1979

Sylviidae

Common chiffchaff Phylloscopus collybita http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22715244 Czech Rep. 0/1 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Icterine warbler Hippolais icterina http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=2271491 Czech Rep. 0/1 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

n.a. n.a. Spain 0/1 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Warbler Sylvia sp. Czech Rep. 0/10 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Troglodytidae Winter wren Troglodytes troglodytes http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22711483 Czech Rep. 1/2 (50.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Turdidae

Eurasian blackbird Turdus merula http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=2270877 Czech Rep. 0/2 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Fieldfare Turdus pilaris http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22708816 Czech Rep. 0/2 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Mistle thrush Turdus viscivorus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22708829 Czech Rep. 0/1 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

American robin Turdus migratorius http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22708958 USA 3/19 (15.8) MAT Rieman et al., 1979

Song thrush Turdus philomelos http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22708822 Czech Rep. 0/1 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Pelecaniformes Ardeidae

Black-crowned night-heron

Nycticorax nycticorax http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22697211 Cyprus 1/1 (100.0) PCR Ioannou et al., 2009

1/1 (100.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Common little bittern Ixobrychus minutus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22735766 Cyprus 1/1 (100.0) PCR Ioannou et al., 2009

1/1 (100.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Eurasian bittern Botaurus stellaris http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22697346 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

Grey heron Ardea cinerea http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22696993 Cyprus 1/2 (50.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

1/4 (25.0) PCR Ioannou et al., 2009

Indian pond heron Ardeola grayii http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22697128 India n.a. (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1980

Little egret Egretta garzetta http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=62774969 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

n.a. n.a. Spain 0/12 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Purple heron Ardea purpurea http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22697031 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Phoenicopteriformes Phoenicopteridae American flamingo Phoenicopterus ruber http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22729706 Cyprus 1/2 (50.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

1/3 (33.3) PCR Ioannou et al., 2009

Piciformes Picidae

Great spotted woodpecker

Dendrocopos major http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22681124 Czech Rep. 0/7 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Grey-faced woodpecker

Picus canus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22726503 Czech Rep. 0/1 (0.0) CFT Syrucek and Raska, 1956

Podicipediformes Podicipedidae

Great crested grebe Podiceps cristatus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22696602 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

Little grebe Tachybaptus ruficollis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22696545 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

0/2 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

n.a. n.a. Spain 0/1 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Procellariiformes Procellariidae n.a. n.a. Spain 0/3 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

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Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Psittaciformes Psittacidae Rose-ringed parakeet Psittacula krameri http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22685441 India 1/56 (1.8) ISO Yadav and Sethi 1980

13/56 (23.2) CAT Yadav and Sethi 1980

Strigiformes

Strigidae

Great horned owl Bubo virginianus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=61752071 USA 0/1 (0.0) MAT Rieman et al., 1979

Little owl Athene noctua http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22689328 Cyprus 0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

0/2 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

n.a. n.a. Spain 0/14 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Northern long-eared owl

Asio otus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22689507 Cyprus 1/4 (25.0) PCR Ioannou et al., 2009

2/3 (66.6) PCR Psaroulaki et al., 2014

Spotted owlet Athene brama http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22689332 India 1/6 (16.6) CAT Yadav and Sethi 1980

Tytonidae Common barn owl Tyto alba http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22688504 Cyprus

2/5 (40.0) PCR Ioannou et al., 2009

3/5 (60.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

n.a. n.a. Spain 0/23 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Suliformes Phalacrocoracidae

Great cormorant Phalacrocorax carbo http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=22696792 Cyprus 0/3 (0.0) PCR Ioannou et al., 2009

0/5 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014

n.a. n.a. Spain 0/2 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Sulidae n.a. n.a. Spain 0/1 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

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Clase Order Family Common name Scientific name Distribution Country Pos/N (Prev.) Method Reference

Amphibia Anura

Bufonidae Cane toad Rhinella marina http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=41065 Fr. Guiana 0/21 (0.0) ELISA Gardon et al., 2001

Toads Bufo spp. India 0/66 (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1979

Dicroglossidae Rana tigerina Hoplobatrachus tigerinus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=58301 India 0/7 (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1979

Leptodactylidae Smoky jungle frog Leptodactylus pentadactylus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=57154 Fr. Guiana 0/20 (0.0) ELISA Gardon et al., 2001

Sauropsida

Squamata

Natricidae Snakes Natrix natrix & Naja naja http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=14368 India 11/20 (55.0) PCR Yadav and Sethi, 1979

11/48 (23.0) CAT Yadav and Sethi, 1979

Colubridae Chinese rat snake Ptyas korros http://www.catalogueoflife.org/col/details/species India

1/2 (50.0) PCR Yadav and Sethi, 1979

2/5 (40.0) CAT Yadav and Sethi, 1979

7/23 (30.4) CAT Yadav and Sethi, 1980

n.a. ISO Yadav and Sethi, 1980

Varanidae Indian monitor Varanus indicus http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=178416

India

1/1 (100.0) PCR Yadav and Sethi, 1979

n.a. (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1980

Testudines Geoemydidae Tortoise

Pangshura tecta http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=46370 India n.a. (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1980

Kachuga spp. http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=46370 India 2/16 (12.5) CAT Yadav and Sethi, 1979

4/7 (57.1) PCR Yadav and Sethi, 1979

Actinopterygii

Anguilliformes Anguillidae Indian mottled eel Anguilla bengalensis http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=61668607 India n.a. (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1980

Cypriniformes Cyprinidae Mrigal Cirrhinus mrigala http://maps.iucnredlist.org/map.html?id=166146 India 0/15 (0.0) CAT Yadav and Sethi, 1979

2/2 (100.0) PCR Yadav and Sethi, 1979

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Scientific Name Host Host scientific name Country Pos/N (Prev) Method Reference

Amblyomma americanum Questing USA n.a. (+) PCR Klyachko et al., 2007

Brazil n.a. (+) PCR Machado-Ferreira et al., 2011

Amblyomma geayi Three toed sloth Bradypus tridactylus French Guiana 14/16 (87.5) PCR Davoust et al., 2014

Amblyomma latum Python Python sp. Spain 0/1 (0.0) PCR/RLB Toledo et al., 2009

Questing Spain 0/1 (0.0) PCR/RLB Toledo et al., 2009

Amblyomma triguttatum

Agile wallaby Macropus agilis Australia 0/6 (0.0) PCR Cooper et al., 2013

Common wallaroo Macropus robustus Australia 0/4 (0.0) PCR Cooper et al., 2013

Eastern grey kangaroo Macropus giganteus Australia 14/43 (28.0) PCR Cooper et al., 2013

Kangaroos Macropus rufus, M. giganteus Australia 13/3000 (0.4) ISO Pope et al., 1960

Rufous bettong Aepyprymmus rufescens Australia 0/2 (0.0) PCR Cooper et al., 2013

Dermacentor marginatus

Questing

Slovakia ISO Rehacek et al., 1991

0/16 (0) PCR Smetanova et al., 2006

Slovakia & Hungary 2/43 (4.6) PCR Spitalska et al., 2003

Spain 18/265 (27.7) PCR/RLB Toledo et al., 2009

Red deer Cervus elaphus Spain 0/2 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Wild boar Sus scrofa Spain 0/6 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Wild mammals (red deer, wild boar, red fox, European hedgehog, beech marten)

Cervus elaphus, Sus scrofa, Vulpes vulpes, Erinaceus europaeus, Martes foina

Spain 0/23 (0.0) PCR/RLB Toledo et al., 2009

Dermacentor reticulatus

European badger Meles meles Spain 0/3 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Questing Slovakia

ISO Rehacek et al., 1991

0/9 (0.0) PCR Smetanova et al., 2006

Slovakia & Hungary 0/1 (0.0) PCR Spitalska et al., 2003

Red deer Cervus elaphus Spain 0/7 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Red fox Vulpes vulpes Spain 0/28 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Wild boar Sus scrofa Spain 0/5 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

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Scientific Name Host Name scientific host Country Pos./N (Prev.) Method Reference

Dermacentor spp. Questing Germany 0/666 (0.0) PCR Pluta et al., 2010

Haemaphysalis concinna Questing

Spain n.a. (0.0) PCR Barandika et al., 2008

Slovakia n.a. (+) ISO Rehacek et al., 1991

Slovakia & Hungary 0/26 (0.0) PCR Spitalska et al., 2003

Red fox Vulpes vulpes Spain 0/2 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Haemaphysalis hispanica European hare & rabbit

Lepus europaeus, Oryctolagus cuniculus

Spain 0/5 (0.0) PCR/RLB Toledo et al., 2009

Questing Spain 0/1 (0.0) PCR/RLB Toledo et al., 2009

Haemaphysalis humerosa Common northern bandicoot

Isoodon macrourus Australia 0/250 (0.0) PCR Cooper et al., 2013

Haemaphysalis inermis

Questing Slovakia n.a. (+) ISO Rehacek et al., 1991

Slovakia & Hungary 0/7 (0.0) PCR Spitalska et al., 2003

Red deer Cervus elaphus Spain 0/24 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Roe deer Capreolus capreolus Spain 0/4 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Haemaphysalis punctata

Cypriot mouflon Ovis orientalis ophion Cyprus 2/2 (100.0) PCR Ioannou et al., 2011*

2/2 (100.0) PCR Psaroulaki et al., 2014a

Questing

Slovakia n.a. (+) ISO Rehacek et al., 1991

Spain n.a. (+) PCR Barandika et al., 2008

0/1 (0.0) PCR/RLB Toledo et al., 2009

Red deer Cervus elaphus Spain 0/1 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Red fox Vulpes vulpes Spain 0/2 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Roe deer Capreolus capreolus Spain 0/6 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Haemaphysalis sulcata Cypriot mouflon Ovis orientalis ophion Cyprus 5/41 (12.2) PCR Ioannou et al., 2011

5/41 (12.2) PCR Psaroulaki et al., 2014a

Haemaphysalis sp. House sparrow Passer domesticus France 0/1 (0.0) PCR Socolovschi et al., 2012

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Scientific Name Host Name scientific host Country Pos./N (Prev.) Method Reference

Hyalomma excavatum Cypriot mouflon Ovis orientalis ophion Cyprus 2/15 (13.3) PCR Ioannou et al., 2011

2/15 (13.3) PCR Psaroulaki et al., 2014a

Hyalomma lusitanicum

Birds (Booted eagle, common buzzard, red kite)

Hieraaetus pennatus, Buteo buteo, Milvus milvus

Spain 0/1 (0.0) PCR/RLB Toledo et al., 2009

Questing Spain 61/701 (8.7) PCR/RLB Toledo et al., 2009

Red deer Cervus elaphus Spain 3/10 (30.0) PCR/RLB Toledo et al., 2009

Wild mammals (wild boar, red fox, European hedgehog, beech marten)

Sus scrofa, Vulpes vulpes, Erinaceus europaeus, Martes foina

Spain 0/11 (0.0) PCR/RLB Toledo et al., 2009

Hyalomma marginatum

Birds (Booted eagle, common buzzard, red kite)

Hieraaetus pennatus, Buteo buteo, Milvus milvus

Spain 0/1 (0.0) PCR/RLB Toledo et al., 2009

Common blackbird, blackcap, common Redstart, whinchat, whitethroat, nightingale, European honey buzzard

Turdus merula, Sylvia atricapilla, Phoenicurus phoenicurus, Saxicola rubetra, Sylvia communis, Luscinia megarhynchos, Pernis apivorus

Italy 10/37 (27.0) PCR Toma et al., 2014

Cypriot mouflon Ovis orientalis ophion Cyprus 0/1 (0.0) PCR Ioannou et al., 2011

0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014a

Hyalomma rufipes

Common blackbird, blackcap, common Redstart, whinchat, whitethroat, nightingale, European honey buzzard

Turdus merula, Sylvia atricapilla, Phoenicurus phoenicurus, Saxicola rubetra, Sylvia communis, Luscinia megarhynchos, Pernis apivorus

Italy 29/71 (40.0) PCR Toma et al., 2014

Hyalomma spp.

Eurasian reed warbler Acrocephalus scirpaceus France 0/1 (0.0) PCR Socolovschi et al., 2012

Common blackbird, blackcap, common Redstart, whinchat, whitethroat, nightingale, European honey buzzard

Turdus merula, Sylvia atricapilla, Phoenicurus phoenicurus, Saxicola rubetra, Sylvia communis, Luscinia megarhynchos, Pernis apivorus

Italy 29/71 (40.0) PCR Toma et al., 2014

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Scientific Name Host Name scientific host Country Pos./N (Prev.) Method Reference

Ixodes acuminatus Bank vole Myodes glareolus Italy 2/88 (2.2) PCR Pascucci et al., 2015*

Wood mouse Apodemus sylvaticus Italy 4/88 (4.5) PCR Pascucci et al., 2015*

Ixodes canisuga European badger Meles meles Spain 0/18 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Red fox Vulpes vulpes Spain 0/6 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Ixodes frontalis Song thrush Turdus philomelos Spain 0/2 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Ixodes gibossus

Cypriot mouflon Ovis orientalis ophion Cyprus 0/3 (0.0) PCR Ioannou et al., 2011

0/3 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014a

European hare Lepus europaeus Cyprus 0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014a

Red fox Vulpes vulpes indutus Cyprus 0/3 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014a

Ixodes hexagonus

American mink Neovison vison Spain 0/3 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

European badger Meles meles Spain 0/23 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Genet Genetta genetta Spain 0/1 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Questing Spain n.a. (0.0) PCR Barandika et al., 2008

Red fox Vulpes vulpes Spain 0/7 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Stone marten Martes foina Spain 0/3(0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Weasel Mustela nivalis Spain 0/1 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Ixodes holocyclus Common northern bandicoot

Isoodon macrourus Australia 10/30 (33.3) PCR Cooper et al., 2013

Ixodes ricinus

Bank vole Myodes glareolus Italy n.a. (0.0) PCR Pascucci et al., 2015

European badger Meles meles Spain 0/19 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

European hare Lepus europaeus Spain 0/1 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

European pine marten Martes martes Spain 0/1 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

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Scientific Name Host Name scientific host Country Pos./N (Prev.) Method Reference

Ixodes ricinus

Questing

Spain n. a. (0.0) PCR Barandika et al., 2008

Germany 19/1000 (1.9) PCR Hildebrandt et al., 2011

Slovakia n.a. (+) ISO Rehacek et al., 1991

Germany 0/1716 (0.0) PCR Rehacek et al., 1993

Austria 2/298 (0.6) CFT Rehacek et al., 1994

Luxembourg 0/1394 (0.0) PCR Reye et al., 2010

Belarus 5/453 (1.1) PCR Reye et al., 2013

Slovakia 1/327 (0.3) PCR Smetanova et al., 2006

Slovakia & Hungary 4/158 (2.5) PCR Spitalska et al., 2003

Poland 191/1200 (15.9) PCR Szymańska-Czerwińska et al., 2013

Spain 0/8 (0.0) PCR/RLB Toledo et al., 2009

Netherlands 0/1891 (0.0) PCR Sprong et a., 2012

Red deer Cervus elaphus Spain 0/40 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Netherlands 0/176 (0.0) PCR Sprong et al., 2012

Red fox Vulpes vulpes Spain 0/18 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Roe deer Capreolus capreolus Spain 0/404 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Small mammals n.a. Germany 0/892 (0.0) PCR Rehacek et al., 1993

Wood mouse Apodemus spp Italy 4/88 (4.5) PCR Pascucci et al., 2015

Ixodes spp.

Bank vole Myodes glareolus Italy n.a. (0.0) PCR Pascucci et al., 2015

Common blackbird, blackcap, common redstart, whinchat, whitethroat, nightingale, European honey buzzard

Turdus merula, Sylvia atricapilla, Phoenicurus phoenicurus, Saxicola rubetra, Sylvia communis, Luscinia megarhynchos, Pernis apivorus

Italy 1/6 (16.6) PCR Toma et al., 2014

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Scientific Name Host Name scientific host Country Pos./N (Prev.) Method Reference

Ixodes spp.

Eurasian blackbird Turdus merula France 0/4 (0.0) PCR Socolovschi et al., 2012

Eurasian blackcap Sylvia atricapilla France 0/3 (0.0) PCR Socolovschi et al., 2012

European robin Erithacus rubecula France 0/4 (0.0) PCR Socolovschi et al., 2012

Field mouse Apodemus spp. Italy 1/88 (1.1) PCR Pascucci et al., 2015

Brünnich’s guillemot Uria lomvia Norway 0/20 (0.0) PCR Duron et al., 2014

King penguin Aptenodytes patagonicus Crozet Archipelago 0/20 (0.0) PCR Duron et al., 2014

Red-faced cormorant Phalacrocorax urile Russia 0/20 (0.0) PCR Duron et al., 2014

Rhinoceros auklet Cerorhinca monocerata Canada 7/14 (50.0) PCR Duron et al., 2014

Tufted puffin, Brünnich’s guillemot

Fratercula cirrhata, Uria lomvia

USA 0/20 (0.0) PCR Duron et al., 2014

Ixodes ventalloi

Chukar partridge Alectoris chukar Cyprus 3/15 (20.0) PCR Ioannou et al., 2009

Cyprus 2/2 (100.0) PCR Psaroulaki et al., 2014a

European hare Lepus europaeus Cyprus 5/9 (55.5) PCR Psaroulaki et al., 2014a

Red fox Vulpes vulpes Cyprus 0/3 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014a

Rhipicephalus bursa

Cypriot mouflon Ovis orientalis ophion Cyprus 14/35 (40.0) PCR Ioannou et al., 2011

14/35 (40.0) PCR Psaroulaki et al., 2014a

Questing Spain n.a. (0.0) PCR Barandika et al., 2008

0/16 (0.0) PCR/RLB Toledo et al., 2009

Wild boar Sus scrofa Spain 0/2 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

European hare Lepus europaeus Cyprus 0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014a

Rhipicephalus pusillus

Birds H. pennatus, B. buteo, M. milvus

Spain 0/1 (0.0) PCR/RLB Toledo et al., 2009

European badger Meles meles Spain 0/14 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

European hare Lepus europaeus Cyprus 0/3 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014a

European hare & rabbit L. europaeus, O. cuniculus Spain 0/22 (0.0) PCR/RLB Toledo et al., 2009

Questing Spain 1/47 (2.1) PCR/RLB Toledo et al., 2009

Wild mammals C. elaphus, S. scrofa, V. vulpes, E. europaeus, M. foina

Spain 0/28 (0.0) PCR/RLB Toledo et al., 2009

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Scientific Name Host Name scientific host Country Pos./N (Prev.) Method Reference

Rhipicephalus sanguineus

Cypriot mouflon Ovis orientalis ophion Cyprus 2/2 (100.0) PCR Ioannou et al., 2011

House sparrow Passer domesticus France 0/3 (0.0) PCR Socolovschi et al., 2012

European hare & rabbit L. europaeus, O. cuniculus Spain 0/1 (0.0) PCR/RLB Toledo et al., 2009

European hare Lepus europaeus Cyprus 9/14 (64.2) PCR Psaroulaki et al., 2014a

Questing Spain n.a. (0.0) PCR Barandika et al., 2008

Red fox Vulpes vulpes Spain 2/14 (14.3) PCR/RLB Toledo et al., 2009

Cyprus 0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014a

Roe deer Capreolus capreolus Spain 0/1 (0.0) PCR Astobiza et al., 2011

Wild mammals (red deer, wild boar, European hedgehog, beech marten)

C. elaphus, S. scrofa, E. europaeus, M.es foina

Spain 0/24 (0.0) PCR/RLB Toledo et al., 2009

Rhipicephalus turanicus

Bank vole Myodes glareolus Italy n.a. (0.0) PCR Pascucci et al., 2015

Wood mouse Apodemus spp. Italy n.a. (0.0) PCR Pascucci et al., 2015

Cypriot mouflon Ovis orientalis ophion Cyprus 4/10 (40.0) PCR Ioannou et al., 2011

Bank vole Myodes glareolus Italy 4/10 (40.0) PCR Psaroulaki et al., 2014a

European hare Lepus europaeus Cyprus 10/32 (31.0) PCR Psaroulaki et al., 2014a

Red fox Vulpes vulpes indutus Cyprus 3/19 (15.7) PCR Psaroulaki et al., 2014a

Ticks (n.a.) Poland n.a. (+) ISO Tylewska-Wierzbanowska et al., 1991

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Scientific Name Host Name scientific host Country Pos./N (Prev.) Method Reference

Argas reflexus Pigeon tower Columba sp. France 6/20 (30.0) PCR Stein et al., 1999

Carios capensis Brown pelican Pelecanus occidentalis USA 64/64 (100.0) PCR Reeves et al., 2006

Ornithodoros capensis s.l.

Cape Verde shearwater, brown booby

Calonectris edwardsii, Sula leucogaster

Cape Verde 16/16 (100.0) PCR Duron et al., 2014

Humboldt penguin Spheniscus humboldti Chile 3/3 (100.0) PCR Duron et al., 2014

Peruvian pelican, Peruvian booby

Pelecanus thagus, Sula variegata

Peru 5/5 (100.0) PCR Duron et al., 2014

Sooty tern Onychoprion fuscatus Mozambique 28/28 (100.0) PCR Duron et al., 2014

Yellow-legged gull Larus michahellis Spain 20/20 (100.0) PCR Duron et al., 2014

Tunisia 20/20 (100.0) PCR Duron et al., 2014

Ctenocephalides canis

European hare Lepus europaeus Cyprus 0/2 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014b*

Rats Rattus sp. Cyprus 0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014b

Red fox Vulpes vulpes Cyprus 8/18 (44.4) PCR Psaroulaki et al., 2014b

Ctenocephalides felis

European hare Lepus europaeus Cyprus 0/4 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014b

Rats Rattus sp. Cyprus 6/41 (14.6) PCR Psaroulaki et al., 2014b

Red fox Vulpes vulpes Cyprus 2/3 (66.6) PCR Psaroulaki et al., 2014b

Xenopsylla cheopis European hare Lepus europaeus Cyprus 0/1 (0.0) PCR Psaroulaki et al., 2014b

Rats Rattus sp. Cyprus 9/83 (10.3) PCR Psaroulaki et al., 2014b

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Order Family Common name Scientific name Country Origin Pos/N (Prev.) Method Reference

Artiodactyla Bovidae

Arabian Oryx Oryx leucoryx

Arab Emirates C 7/170 (4.1) ELISA Chaver et al., 2012

Jordan C 0/10 (0.0) CFT Greth at al., 1992

Barhain C 0/2 (0.0) CFT Greth at al., 1992

USA C 0/8 (0.0) CFT Greth at al., 1992

Qatar C 1/2 (50.0) CFT Greth at al., 1992

Saudi Arabia C 18/189 (9.5) CFT Greth at al., 1992

C 45/96 (46.9) ELISA Hussein et al., 2012

Black buck Antilope cervicapra Arab Emirates C 2/36 (5.5) ELISA Chaver et al., 2012

Blackfaced impala Aepyceros melampus petersi Portugal Z 0/1 (0.0) PCR Cumbassá et al., 2015

Dama gazelle Nanger dama Arab Emirates C Patology Lloyd et al., 2010

Dorcas gazelle Gazella dorcas Arab Emirates C 1/3 (33.3) ELISA Chaver et al., 2012

Grant´s gazelle Nanger granti Arab Emirates C 1/15 (6.6) ELISA Chaver et al., 2012

Impala Aepyceros melampus Arab Emirates C 0/7 (0.0) ELISA Chaver et al., 2012

Kafue lechwe Kobus leche kafuensis Zambia F + Krauss et al., 1986

Laristan sheep Ovis laristanicus Arab Emirates C 0/3 (0.0) ELISA Chaver et al., 2012

Lessur kudu Tragelaphus imberbis Arab Emirates C 1/20 (5.0) ELISA Chaver et al., 2012

Mouflon Ovis orientalis musimon Slovakia Z 1/4 (25.0) ELISA Dorko et al., 2009

Mountain gazelle Gazella gazella Arab Emirates C 0/3 (0.0) ELISA Chaver et al., 2012

Saudi Arabia C 17/232 (7.3) ELISA Hussein et al., 2012

Muskox Ovibos moschatus Germany Z + CFT Schroder et al., 1998

Roan antelope Hippotragus niger niger Portugal Z + PCR Clemente et al., 2008

Sand gazelle Gazella leptoceros Arab Emirates C 2/6 (33.3) ELISA Chaver et al., 2012

Saudi Arabia C 37/227 (18.3) ELISA Hussein et al., 2012

Speke´s gazelle Gazella spekei Arab Emirates C 6/70 (8.6) ELISA Chaver et al., 2012

Watebuck Kobus ellipsiprymnus Portugal Z + PCR Clemente et al., 2008

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Order Family Common name Scientific name Country Origin Pos/N (Prev.) Method Reference

Artiodactyla

Bovidae Water buffalo Bubalus bubalis Italy F

12/1012 (1.2) SERO Galiero et al., 1996

14/164 (17.5) PCR Perugini et al., 2009

White antelope Addax nasomaculatus Portugal Z 2/15 (13.3) PCR Cumbassá et al., 2015

Cervidae

Fallow deer Dama dama Slovakia Z 20/60 (33.3) ELISA Dorko et al., 2009

Germany F + CFT/ELISA Simmert et al., 1998

Sika deer Cervus nippon Korea C 0/30 (0.0) ELISA Jang et al., 2011

China F 166_1347 (12.3) ELISA Cong et al., 2015

Pampas deer Ozotoceros bezoarticus Uruguay E 5/22 (22.0) ELISA Hernández et al., 2007

Red deer Cervus elaphus

Portugal Z 0/1 (0.0) PCR Cumbassá et al., 2015

Spain

F 6/23 (26.1) PCR González-Barrio et al., 2015

F 9/25 (36.0) ELISA González-Barrio et al., 2015

F 1/29 (3.4) PCR González-Barrio et al., 2015

F 173/600 (28.8) ELISA González-Barrio et al., 2015

F 32/80 (40.0) IFA Ruiz-Fons et al., 2008

F 4/32 (12.5) PCR Ruiz-Fons et al., 2008

Wapiti Cervus canadensis Germany Z + n.a. Gaukler and Krauss, 1974

Korea F 10/604 (1.7) ELISA Jang et al., 2011

Carnivora Felidae Lion Panthera leo Italy S

1/8 (12.5) PCR Laricchiuta et al., 2009

2/8 (25.0) IFA Laricchiuta et al., 2009

n.a. (10.0) IFA Torina et al., 2007

Ursidae Brown bear Ursus arctos Croatia C 2/9 (22.2) CFT Madic et al., 1993

Cetartiodactyla Giraffidae Giraffe Giraffa camelopardalis Portugal Z 1/1 (100.0) PCR Cumbassá et al., 2015

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Order Family Common name Scientific name Country Origin Pos/N (Prev.) Method Reference

Columbiformes Columbidae Rock dove Columba livia Slovakia SD

2/97 (2.0) MAT Kocianova et al., 1993

12/67 (17.9) MAT Kocianova et al., 1993

16/97 (16.5) MAT Kocianova et al., 1993

Galliformes Phasianidae Common quail Coturnix coturnix Germany E + MAT Schatmz et al., 1977

n.a. ISO Schatmz et al., 1977

Lagomorpha Leporidae European rabbit Oryctolagus cuniculus Spain F 9/108 (8.3) ELISA González-Barrio et al., 2015

n.a. n.a. Marine mammals n.a. Germany Z + n.a. Jurczynski et al., 2005

Perissodactyla Equidae Plains zebra Equus quagga Portugal Z 0/2 (0.0) PCR Cumbassá et al., 2015

Perissodactyla Rhinocerotidae White rhinoceros Ceratotherium simum Portugal Z 0/1 (0.0) PCR Cumbassá et al., 2015

Piciformes Ramphastidae Toucan Ramphastos toco USA C Pathology PCR Shivaprarad et al., 2008

Cacatuidae Cockatiel Nymphicus hollandicus USA C Pathology PCR Shivaprarad et al., 2008

Psittaciformes

Psittacidae Canary-winged parakeet Brotogeris chiriri USA C Pathology PCR Shivaprarad et al., 2008

Psittaculidae

Hawk-headed parrot Deroptyus accipitrinus USA C Pathology PCR Shivaprarad et al., 2008

Red-fronted parakeet Cyanoramphus novaezelandiae USA C Pathology PCR Shivaprarad et al., 2008

Golden mantle rosella Platycercus eximius USA C Pathology PCR Shivaprarad et al., 2008

Swainson's Blue Mountain rainbow lorikeets Trichoglossus haematodus moluccanus USA Z Pathology n.a. Woc-Colburn et a.l, 2008

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Objetivos

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El Objetivo Principal de esta Tesis Doctoral es estimar cuál es el papel que juega la

fauna silvestre ibérica en la ecología de Coxiella burnetii y evaluar potenciales métodos

para su control en poblaciones de fauna silvestre.

Los Objetivos Específicos para abordar el objetivo general son:

1.- Determinar el papel como reservorio de C. burnetii de varias especies de fauna

silvestre, en concreto del ciervo rojo y del conejo de monte; así como el estado de C.

burnetii en sus poblaciones y los factores de riesgo que modulan la exposición al

patógeno.

2.- Evaluar la dinámica de exposición a C. burnetii en el tiempo en una población de

ciervo rojo en la que C. burnetii es endémica y caracterizar la epidemiología del

patógeno en este tipo de escenarios.

3.- Caracterizar los factores que modulan en el tiempo la exposición a C. burnetii en

ciervo rojo.

4.- Caracterizar los genotipos de C. burnetii que infectan a la fauna silvestre y

compararlos con aquellos descritos en ganado doméstico, garrapatas y casos clínicos de

fiebre Q humanos.

5.- Determinar cuáles son las vías de excreción de C. burnetii en ciervo rojo, conejo de

monte y jabalí.

6.- Diseñar y evaluar la eficacia de programas de vacunación con vacunas inactivadas

de fase I como método de control en poblaciones de ciervo rojo.

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Capítulo II. Epidemiología

de Coxiella burnetii en

fauna silvestre ibérica

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Capítulo II. 1

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Estado de Coxiella burnetii en las poblaciones de ciervo rojo (Cervus

elaphus) en la península ibérica y factores de riesgo asociados

Host and Environmental Factors Modulate the Exposure of Free-Ranging and

Farmed Red Deer (Cervus elaphus) to Coxiella burnetii

David González-Barrio, Ana Luisa Velasco Ávila, Mariana Boadella, Beatriz Beltrán-

Beck, José Ángel Barasona, João P. V. Santos, João Queirós, Ana L. García-Pérez,

Marta Barral, Francisco Ruiz-Fons

Applied and Environmental Microbiology. 2015. 81 (18): 6223-6231

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Resumen

El control de patógenos multihospedadores como Coxiella burnetii debe contar con la

información precisa sobre el papel desempeñado por los principales reservorios. El

objetivo de este trabajo fue determinar la implicación del ciervo rojo (Cervus elaphus) en

la ecología de Coxiella burnetii. Suponiendo que las poblaciones de ciervos de amplias

zonas geográficas dentro de un contexto europeo estarían expuestos a Coxiella burnetii,

y por lo tanto, formulamos la hipótesis de que una serie de factores podría modular esta

la exposición de los ciervos a Coxiella burnetii. Para testar esta hipótesis, diseñamos un

estudio retrospectivo de 47 poblaciones de ciervo en la Peninsula Ibérica, en las cuales

1751 sueros y 489 muestras de bazos fueron tomados. Los sueros fueron analizados por

ensayo por inmunoadsorción ligado a enzimas (ELISA) con el fin de estimar la exposición

a Coxiella burnetii, y las muestras de bazo fueron analizadas por medio de PCR con el

fin de estimar la prevalencia de infección sistémica. A continuación, reunimos 23

variables - dentro de factores ambientales, factores propios del hospedador y factores de

manejo – potencialmente moduladores del riesgo de exposición del ciervo a Coxiella

burnetii, y se realizaron análisis estadísticos multivariados para identificar los principales

factores de riesgo. Veintitres poblaciones fueros seropositivas (48,9%), y el ADN de

Coxiella burnetii en bazo fue detectado en el 50% de las poblaciones analizadas. El

análisis estadístico refleja la complejidad de la ecología de Coxiella burnetii y sugiere

que a pesar de que el ciervo puede mantener la circulación de C. burnetii sin terceras

especies, probablemente se incluyan otras especies de reservorios silvestres y domésticos

en el ciclo de vida de Coxiella burnetii.

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Abstract

The control of multihost pathogens, such as Coxiella burnetii, should rely on accurate

information about the roles played by the main hosts. We aimed to determine the

involvement of the red deer (Cervus elaphus) in the ecology of C. burnetii. We predicted

that red deer populations from broad geographic areas within a European context would

be exposed to C. burnetii, and therefore, we hypothesized that a series of factors would

modulate the exposure of red deer to C. burnetii. To test this hypothesis, we designed a

retrospective survey of 47 Iberian red deer populations from which 1,751 serum samples

and 489 spleen samples were collected. Sera were analyzed by enzyme-linked

immunosorbent assays (ELISA) in order to estimate exposure to C. burnetii, and spleen

samples were analyzed by PCR in order to estimate the prevalence of systemic infections.

Thereafter, we gathered 23 variables— within environmental, host, and management

factors—potentially modulating the risk of exposure of deer to C. burnetii, and we

performed multivariate statistical analyses to identify the main risk factors. Twenty-three

populations were seropositive (48.9%), and C. burnetii DNA in the spleen was detected

in 50% of the populations analyzed. The statistical analyses reflect the complexity of C.

burnetii ecology and suggest that although red deer may maintain the circulation of C.

burnetii without third species, the most frequent scenario probably includes other wild

and domestic host species. These findings, taken together with previous evidence of C.

burnetii shedding by naturally infected red deer, point at this wild ungulate as a true

reservoir for C. burnetii and an important node in the life cycle of C. burnetii, at least in

the Iberian Peninsula.

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Introduction

Coxiella burnetii is a Gram-negative intracellular bacterium that causes Q fever, a disease

that affects both humans and animals. Whereas the epidemiological status of C. burnetii

in European domestic ruminants is well known (Angelakis & Raoult, 2010), information

for wildlife is mostly local and scattered (EFSA, 2010; Ruiz-Fons, 2012). Although the

majority of human Q fever outbreaks are linked to the transmission of C. burnetii from

domestic ruminants (Roest et al., 2011a; Georgiev et al., 2013), the ability of C. burnetii

to infect wild hosts (Ruiz-Fons, 2012; Badubieri, 1959) and its high environmental

resistance (Angelakis & Raoult, 2010) make wildlife species potential reservoirs of C.

burnetii. Based on this hypothesis, wildlife could maintain C. burnetii and transmit it to

wildlife (González-Barrio et al., 2015c), domestic animals (Jado et al., 2012), or humans

(Tozer et al., 2014). It is therefore of paramount relevance (i) to identify those potential

wild reservoir species that could, through direct and indirect interactions, transmit C.

burnetii to target species (domestic animals and humans) and (ii) to determine which

environmental factors are the main drivers of C. burnetii within the most relevant wild

reservoirs. Efficient prevention of C. burnetii transmission at the wildlife– domestic-

animal–human interface can be approached only once the main reservoirs have been

identified and the driving risk factors are known (Viana et al., 2014).

Several wild ruminant species are present and well distributed in Europe; on the premise

that they are susceptible to infection by C. burnetii, these could constitute important wild

reservoirs of C. burnetii. However, among European wild ruminants, the red deer (Cervus

elaphus) could perhaps constitute a potential wild reservoir for C. burnetii due to its

geographic distribution, demographic status, importance as game, and behavior. The red

deer displays broad global (Flueck et al., 2003; Ludt et al., 2004) and European (Zachos

& Hartl, 2011) geographic distribution, with trends to increasing distribution and density

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(Acevedo et al., 2008; Apollonio et al., 2010). It is currently one of the most important

game species among European large mammals (Milner et al., 2007). Many red deer

populations in Europe are subjected to management for hunting (Vicente et al., 2006),

and red deer farming has expanded in recent decades as a consequence of the demand for

venison and live individuals for population-restocking programs (Hoffman & Wiklund,

2006). Additionally, the gregarious behavior of the red deer (Clutton-Brock et al., 1982;

Vander Wal et al., 2013) promotes the aggregation of individuals. In domestic animals,

host density and aggregation are important drivers of C. burnetii transmission (Álvarez

et al., 2012; Piñero et al., 2014), and some Iberian red deer populations reach densities

higher than 70 deer/km2 (Acevedo et al., 2008). Increasing red deer densities, deer

management (including artificial feeding), and gregarious behavior constitute the main

factors favoring the transmission of circulating pathogens in red deer populations (Ruiz-

Fons et al., 2008a; Boadella et al., 2010).

Taken together, distribution, demography, management, and behavior point at red deer as

one of the most concerning reservoirs of shared pathogens among European wild

ruminants; e.g., 44% of red deer in Italy were found to be infected by piroplasms (Zanet

et al., 2014), and 60% of Slovakian red deer carried Anaplasma spp. (Vichová et al.,

2014). Therefore, we predicted that C. burnetii would be circulating in red deer

populations in Iberia, and we hypothesized that particular environmental, management,

and host factors would contribute to the exposure of red deer to C. burnetii. To test these

hypotheses, we designed a retrospective epidemiological survey targeting Iberian

(Spanish and Portuguese) red deer populations within their geographic distribution range.

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Materials and methods

Survey design. Sera from 47 red deer populations were collected from 2000 to 2012 in

mainland Spain and Portugal (Fig. 1). Study populations were selected on the basis of (i)

management systems, including unmanaged, naturally free-ranging populations (in game

Figure 1. Spatial distribution of Coxiella burnetii seroprevalence in Iberian red deer and presence

of C. burnetii DNA in spleen samples. Each dot represents a surveyed red deer population.

Current geographic distribution of the red deer in the Iberian Peninsula is shown in pale orange

(Salazar, 2009; Palomo et al., 2007). The number of sera analyzed per population is displayed in

numbers. A red asterisk within the sampling size indicates red deer farms. The map of Spain has

been split according to bioregions established in the current Spanish wildlife disease surveillance

program (Muñoz et al., 2010).

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reserves and natural and national parks), managed free-ranging populations, and farms,

(ii) geographic location (location within the different bioregions established for wildlife

disease surveillance schemes in mainland Spain (Muñoz et al., 2010) and from different

regions in mainland Portugal), and (iii) the range of geographic distribution of red deer

(Fig. 1), in order to obtain spatial representativeness.

Serological analyses. The presence of specific antibodies against C. burnetii phase I and

II antigens in deer sera was analyzed with a comercial indirect enzyme-linked

immunosorbent assay (ELISA) (LSIVet Ruminant Q Fever Serum/Milk ELISA kit; Life

Technologies, USA) with an in-house modification in the secondary antibody (protein G-

horseradish peroxidase; Sigma-Aldrich, USA) (Stöbel et al., 2002) that was previously

validated for wild and domestic ungulates (Ruiz-Fons et al., 2010a). Briefly, for

validation, we employed positive (n=8) and negative (n=6) red and roe deer sera analyzed

by indirect immunofluorescence assay (IFA), as well as ELISA-positive, PCR-positive

and ELISA-negative, PCR-negative cattle (n, 14 and 12, respectively) and sheep (n, 16

and 17, respectively) sera. For each sample, the sample-to-positive-control (SP) ratio was

calculated as ((ODs-ODnc)/(ODpc-ODnc))*100, where ODs is the optical density of the

sample as measured using a dual-wavelength spectrophotometer (first at 450 nm and then

at 620 nm), ODnc is the optical density of the negative control, and ODpc is the optical

density of the positive control. All SP values of 40% were considered negative, whereas

SP values of 40% were considered positive.

PCR analyses. Spleen samples were collected from a subset of the populations studied

during necropsies performed on hunter-harvested or euthanized farmed deer. Spleen

samples from seropositive and seronegative deer were selected for PCR analyses. Total

DNA from spleen samples was purified with the DNeasy blood and tissue kit (Qiagen,

Germany) according to the manufacturer’s protocol

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(http://mvz.berkeley.edu/egl/inserts/DNeasy_Blood_&_Tissue_Handbook.pdf). The

DNA concentration in aliquots was quantified (NanoDrop 2000c/2000

spectrophotometer; Thermo Scientific, USA), and aliquots were frozen at -20°C until the

PCR was performed. Sample cross-contamination during DNA extraction was excluded

by including negative controls (nuclease-free water; Promega, USA) that were also tested

by PCR. DNA samples were analyzed by a quantitative real-time PCR (qPCR) targeting

a transposon-like repetitive region of C. burnetii as described previously (Table 1)

(Tilburg et al., 2010). SsoAdvanced universal probes supermix (Bio- Rad, USA) was used

in qPCR according to the specifications of the manufacturers. DNA extraction and PCR

were performed in separate laboratorios under biosafety level II conditions (Bio II A

cabinet; Telstar, Spain) to avoid cross-contamination. As a positive control in this real-

time PCR, we used a DNA extract of Coxiella burnetii from the Coxevac vaccine (CEVA

Santé Animale, France). We considered a sample to be positive at a threshold cycle (CT)

value below 40 (Tilburg et al., 2010).

Risk predictor variables. In order to identify factors modulating the risk of exposure of

individual red deer to C. burnetii infection, a set of abiotic and biotic variables within

three main factors- environment, management, and host (Table 2) -were gathered on the

basis of their potential impact on C. burnetii ecology.

aLocation in positions of the whole genome sequence of C. burnetii RSA493 (Gen Bank

accession number AE016828), encoding the transposase gene of the C. burnetii-specific IS1111a

insertion element.

Table 1. Primers and probe used in the qPCR.

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(i) Environmental factors. Both spatial and meteorology-related variables were

considered for risk factor modeling. Longitude (X) and latitude (Y) were considered as

spatial factors to control for any potential spatial autocorrelation of data. Coordinates

were recorded at the sampling-site level with portable global-positioning-system (GPS)

devices (Garmin Ltd., Cayman Islands), so all deer from a sampling site were assigned

the same X and Y values. The average spring temperature (AvSpT) and the season (Se)

in which deer were surveyed (4 categorical classes: spring [Sp], April to June; summer

[Su], July to September; autumn [Au], October to December; and winter [Wi], January to

March) were considered as meteorology- related variables. AvSpT was considered as a

potential proxy for C. burnetii environmental survival and as a potential driver of airborne

transmission of C. burnetii—probably dependent on air moisture, which is highly

correlated with temperature (Ruiz-Fons et al., 2010b) — in the expected shedding season.

The prevalence of C. burnetii shedding is expected to be higher in the spring, when

calving takes place, as a recent study suggests (González-Barrio et al., 2014). The season

was considered as a proxy of potential year-round variability in infection risk because of

the expected predominance of C. burnetii shedding in the spring.

(ii) Management factors. Human interference in deer ecology and behavior was

considered on the basis of deer population management systems: (i) unmanaged free-

ranging deer populations (Um), (ii) freeranging deer populations managed for hunting

purposes (Mg) (high-wire fencing restriction and year-round supplementary feeding), and

(iii) farmed deer populations (Fd) (extensively produced red deer in 6- to 10-ha

enclosures).

(iii) Host factors. Different host population and individual host variables were considered,

because C. burnetii is a multihost pathogen (Maurin & Raoult, 1999):

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Factor Variable

codea

Variable description (measure unit)

Environment X* Longitude (m)

Y* Latitude (m)

Se* Season (Sp: spring; Su: summer; Au: autumn; Wi:

winter)

AvSpT* Average spring temperature (ºC)

Managementa EsT*b Estate type (Um: unmanaged free-ranging; Mg: managed

free-ranging; Fd: Farmed)

Host CFd* Density of cattle farms in the municipality (farms/Km2)

SFd Density of sheep farms in the municipality (farms/Km2)

GFd Density of goat farms in the municipality (farms/Km2)

SrFd* Density of small ruminant farms in the municipality

(farms/Km2)

RuFd Density of ruminant farms in the municipality

(farms/Km2)

Cd Density of cattle in the municipality (Animals/Km2)

Sd Density of sheep in the municipality (Animals/Km2)

Gd Density of goats in the municipality (Animals/Km2)

Srd Density of small ruminants in the municipality

(Animals/Km2)

Rud* Density of ruminants in the municipality (Animals/Km2)

RdFi* Environmental favourability for red deer

RoFi Environmental favourability for roe deer

WbFi Environmental favourability for wild boar

HUd* Density of humans in the municipality (people/Km2)

HsDi Distance to the nearest human settlement (Km)

Sx* Sex (M: male; F: female)

Ag* Age class (Cf: calf; Yr: yearling; Sa: sub-adult; Ad:

adult)

Unclassified Sy* Sampling year

(a) Densities of domestic ruminants and domestic ruminant farms in the municipality

to which individual deer belong. Domestic ruminant density (densities of cattle

Table 2. Set of variables gathered for risk factor modeling of deer individual exposure to

Coxiella burnetii.

a Variables included in the statistical modeling process are marked with an asterisk

b This variable was included only in overall (unmanaged plus manage plus farm) deer data

set

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[Cd], sheep [Sd], and goats [Gd], and of combinations of these ruminants [Rud])

and farm density (CFd, SFd, GFd, small-ruminant farm density [SrFd], and RuFd)

values at the municipality level were calculated on the basis of livestock census

data gathered by the Spanish and Portuguese National Statistics Institutes

(http://www.ine.es and http: //www.ine.pt, respectively) in 2009.

(b) Environmental favorability index. The environmental favorability index (Fi)

ranged from 0 (minimum favorability) to 1 (maximum favorability) for red deer

(RdFi), roe deer (RoFi), and wild boar (WbFi) at Universal Transverse Mercator

(UTM) 10- by 10-km resolution squares, calculated for peninsular Spain

(Acevedo et al., 2010b). This index is a measure of the suitability of a land surface

for a particular species and is well correlated with the real abundance of the

species (Real et al., 2009). Environmental favorability índices of wild ungulates

have not been estimated for Portugal. Therefore, Portuguese populations that were

close to the Spanish border (n=6) (Fig. 1) were linked to the favorability indices

of the closest Spanish UTM 10- by 10-km square. The only population surveyed

in central Portugal could not be associated with any wild ungulate favorability

index and was not considered for risk factor analyses. Red deer, roe deer, and wild

boar have been found to be infected by C. burnetii previously (Astobiza et al.,

2011a; Rijks et al., 2011; Ejercito et al., 1993). No favorability indices for any

other potential wild host of C. burnetii are available for the study area.

(c) Density of humans in the municipality (HUd). Updated human demographic data

were obtained from the Spanish and Portuguese National Statistics Institutes in

2011 and 2010, respectively.

(d) Straight-line Euclidean distance to the nearest human settlement (HsDi). The

distance to the nearest human settlement (town or city) was measured with

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Country or

bioregion

Seroprevalence (%) (Pos/N)b (95%CI)

All deer populations Unmanaged deer Managed deer Farmed deer

Spain

Bioregion 1 4.3% (7/161; 1.8-8.8) 4.3% (7/161; 1.8-8.8) NAc NA

Bioregion 2 5.7% (10/174; 2.8-10.3) 14.3% (8/56; 6.4-26.2) 0.0% (0/59; 0.0-6.1) 3.4% (2/59; 0.4-11.7)

Bioregion 3 2.7% (18/675; 1.6-4.2) 3.8% (14/372; 2.1-6.2) 1.5% (4/264; 0.4-3.8) 0.0% (0/39; 0.0-9.0)

Bioregion 4 1.7% (2/116; 0.2-6.1) 1.3% (1/79; 0.0-6.7) 0.0% (0/6; 0.0-45.9) 3.2% (1/31; 0.1-16.7)

Bioregion 5 34.6% (175/506; 30.4-38.9) 14.3% (5/35; 4.8-30.2) NA 36.1% (170/471; 31.7-40.6)

Portugal 1.7% (2/119; 0.2-5.9) 1.7% (2/119; 0.2-5.9) NA NA

Total 12.2% (214/1751; 10.7-13.9) 4.5% (37/822; 3.2-6.2) 1.2% (4/329) 0.00-0.03 28.8% (173/600; 25.2-32.6)

Geographic Information Systems (Quantum GIS; http: //www.qgis.org/es/site/).

Human and their pets may be hosts for C. burnetii and may potentially modulate

the risk of exposure of deer (Maurin & Raoult, 1999). For this reason, HUd and

HsDi were considered for modeling analyses.

(e) Host sex (Sx; male [M] versus female [F]). Among farmed deer, the number of

stags reared was significantly lower than the number of females reared, and

therefore, there was a sex bias in the sample.

(f) Host age (Ag). For free-ranging deer, tooth eruption patterns (Saenz de Buruaga

et al., 1991) were used to estimate the ages of animals 2 years old, whereas for

animals 2 years old, age was determined by the number of cementum annuli of

the incisor 1 root (Hamlin et al., 2000). Farm keepers provided the year of birth

for farmed deer. For analytical purposes, four age classes were established: calf

(Cf; 0 to 1 years old), yearling (Yr; 1 to 2 years old), subadult (Sa; 2 to 3 years

old), and adult (Ad; 3 years old). In free-ranging populations, a conscious negative

bias against calves existed according to reported agerelated C. burnetii

seroprevalence patterns (González-Barrio et al., 2014; Ruiz-Fons et al., 2010c).

Table 3. Average individual seroprevalence number of positive samples over sampling

size and associated 95% confidence interval throughout each sampling bioregiona and deer

management system. a See Muñoz et al., 2010. bPos, number of psitive samples; n, total

number of sample. cNA, not applicable.

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The year in which each individual deer was sampled (Sy) was additionally considered as

a survey-associated factor modulating the risk of exposure of deer to C. burnetii (Piñero

et al., 2014).

Statistical analyses. Four different data sets were employed to test for the main

hypothesis of this study -the modulating effect of risk factors on the exposure of deer to

C. burnetii- in order to seek major driving factors, including or not including the

management system (an expected major epidemiological driver according to existing

literature on wild ungulate pathogen dynamics). Data sets included (i) overall deer

populations studied, (ii) unmanaged free-roaming deer populations, (iii) managed

freeroaming deer populations, and (iv) deer farms. The deer management system was

included in modeling of the data set that included all deer in order to test for the effect of

management on the risk of exposure of deer to C. burnetii. Within each data set and with

the aim of reducing the interference of multicollinearity among predictor variables in

modeling output, a correlation matrix (Spearman’s rank tests) of continuous variables was

built. Therefore, only uncorrelated variables (Spearman’s rho, 0.4) were selected for

statistical modeling (Table 2).

For risk factor modeling, multivariate logistic regression models— generalized linear

mixed models (McCulloch et al., 2008) fitted with a binomial distribution and a logit link

function—were built (lme4 package for R) to test the influence of different potential risk

factors (Table 2) on the risk of exposure of individual deer to C. burnetii. The individual

status of anti-Coxiella burnetii antibodies was entered as a response variable (coded as 0

for an animal testing negative and as 1 for an animal testing positive) in the model. The

location of origin of deer was entered as a random variable in the modeling process.

Models were built by following a forward stepwise procedure with the aim of identifying

the main modulating factors of the exposure of deer to C. burnetii. The Akaike

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information criterion (AIC) and the AIC increment (AIC) were considered in order to

select the best-fitted model (i.e., with the lowest AIC value and with a AIC of 2 (Burham

& Anderson, 2002)). The statistical uncertainty associated with the estimation of

individual prevalence values was assessed by calculating the associated Clopper- Pearson

exact 95% confidence interval (95% CI).

Results

A total of 1,751 serum samples were analyzed: 822 (46.9%) from unmanaged populations

(n=27), 329 (18.8%) from managed populations (n=14), and 600 (34.3%) from farmed

populations (n=6). Of the 1,629 samples for which sex could be recorded, 1,147 (70.4%)

were from females and 482 (29.6%) were from males. For 1,593 samples, age could be

recorded; 100 samples (6.3%) belonged to calves, 240 (15.1%) belonged to yearlings, 251

(15.7%) belonged to subadults, and 1,002 (62.9%) belonged to adults. Age and sex could

be recorded for 1,560 individuals at the time. Average individual seroprevalences by

bioregion and deer management system are shown in Table 3.

Sex Age class

Seroprevalence (%)

(Pos/N)a (95%CI)

Male Calf 2.7% (1/37; 0.1-14.2)

Yearling 1.6% (1/61; 0.0-8.8)

Sub-adult 3.1% (1/32; 0.1-16.2)

Adult 3.9% (13/336; 2.1-6.5)

Subtotal, male 3.5% (17/482; 2.1-5.6)

Female Calf 2.6% (1/38; 0.1-13.8)

Yearling 9.0% (16/177; 5.3-14.3)

Sub-adult 33.0% (72/218; 26.8-39.7)

Adult 15.4% (102/661; 12.8-18.4)

Subtotal, female 16.9% (194/1,147; 14.8-19.2)

Table 4. Average seroprevalence values, numbers of positive samples over sampling size, and

associated exact 95% confidence interval by deer sex and age.aPos, number of postive samples; N,

total number of samples.

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115

All IFA-positive red and roe deer sera presented SP values of 100, whereas IFA-negative

sera had SP values of ˂25 (SP cutoff for positivity, 40). ELISA-positive, PCR-positive

cattle and sheep sera displayed SP values of ˃70 and ˃100, respectively, whereas ELISA-

negative, PCR-negative cattle and sheep sera had SP values of ˂30 (Ruiz-Fons et al.,

2010a). Therefore, with the controls employed in our validation approach, the ELISA

reached 100% sensitivity and specificity for a positive cutoff SP of ˃40. Twenty-three of

the 47 deer populations surveyed (48.9%) had at least one seropositive sample; Four out

of six deer farms (66.7%) and 55.6% of unmanaged free-ranging populations (15/ 27) had

seropositive animals, in contrast to 21.4% of managed free-ranging deer populations

(3/14). Seven of the 47 red deer populations (14.9%) had average individual

seroprevalences of10%. Average seroprevalence values by sex and age are shown in

Table 4.

Data set Variableb Z β SE Pc AIC ΔAIC ED (%)

Unmanaged + Managed +

Farmed

Intercept -2.561 -3.745 1.463 *

364.105 19.206 7.172

HUd 2.707 0.019 0.007 **

Se -2.476 -0.690 0.279 *

AvSpT 2.008 0.204 0.101 *

Rud -1.573 -0.017 0.011 NS

Unmanaged Intercept -1.331 -1932 1.473 NS

220.417 2.525 3.723 HUd 1.788 0.053 0.030 NS

Se -1.587 -0.546 0.344 NS

RdFi -0.862 -1.193 1.382 NS

Managed Intercept -2.429 -20.233 8.331 * 39.971 4.741 16.557

AvSpT 2.042 1.134 0556 *

Farmed Intercept -2.926 -2.119 0.724 **

91.102 16.224 19.572 Se 3.705 1.983 0.535 ***

RuD -3.499 -0.186 0.053 ***

Table 5. Best-fit model output throughout the deer data seta. a The statistc (Z), the coeficient (β),

its associated standard error (SE), the significance value (P), the model Akaike information

criterion (AIC), the AIC increment (ΔAIC), and the explained deviance (ED) are shown. b

Abbreviations of variables are explained in Table 2. c NS, P>0.05; *, P <0.05; **, P <0.01; ***,

P <0.001

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116

A total of 489 spleen samples were analyzed by qPCR (Fig. 1); 305, 155, and 29 spleen

samples came from unmanaged, managed, and farmed deer populations, respectively.

Among all spleen samples, 5.7% (28/489) (95% CI, 3.8 to 8.2%) were qPCR positive

(cycle threshold range for positive samples, 32.1 to 39.9). The prevalences of C. burnetii

DNA in spleen were 6.2% (19/305) (95% CI, 3.8 to 9.6%), 5.2% (8/155) (95% CI, 2.3 to

9.9%), and 3.5% (1/29) (95% CI, 0.1 to 17.8%) in unmanaged, managed, and farmed deer

populations, respectively. Ten of 140 males (7.1%; 95% CI, 3.5 to 12.6%) and 18 of 234

females (7.7%; 95% CI, 4.6 to 11.9%) were qPCR positive. One of 10 calves analyzed

(10.0%; 95% CI, 0.3 to 44.5%), 5 of 41 juveniles (12.2%; 95% CI, 4.1 to 26.2%), 2 of 19

subadults (10.5%; 95% CI, 1.3 to 33.1%), and 20 of 302 adults (6.6%; 95% CI, 4.1 to

10.1%) were positive for C. burnetii DNA in the spleen by qPCR.

Twenty-six deer populations were studied for the prevalence of C. burnetii DNA in spleen

samples. Of these, 12 were seronegative and 14 had at least one seropositive individual.

Thirteen of those 26 deer populations (50.0%) had at least one positive spleen sample; 8

were seropositive and 5 were seronegative.

The best-fitted general model for risk factors for the exposure of deer to C. burnetii (Table

5) retained variables within the host and environment factors. Human density and the

average spring temperature were positively related to increasing risks of exposure to C.

burnetii (Fig. 2), and, in contrast to domestic-ruminant density, which showed a negative

relationship, these relationships were statistically significant. The statistically significant

negative effect of season was linked to the higher risk of exposure to C. burnetii in the

spring (Fig. 2). According to outputs from partial models (for unmanaged, managed, and

farmed deer data sets) (Table 5), host and environmental factors were also evidenced as

relevant drivers of exposure to C. burnetii. However, the main drivers for each particular

management system differed. Whereas human density, season, and the red deer

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117

environmental favorability index were retained by the best-fitted risk factor model for

unmanaged deer, average spring temperature was retained by the best-fitted model for

managed deer, and season and domesticruminant density appeared to be the main drivers

of the risk of exposure to C. burnetii in red deer farms (Table 5; Fig. 2).

Figure 2. Relationships between the seroprevalence of C. burnetii in the population and explanatory factors identified

through risk factor modeling for each of the modeled data sets (overall deer populations [OD], unmanaged

populations [UD], managed populations [MD] and farmed populations [FD]).

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118

Discussion

This study constitutes a transnational-scale survey of C. burnetii in European wild

ruminants and a first approach to identifying the factors that drive the ecology of C.

burnetii in red deer. We found that C. burnetii is present in approximately 50% of the

free-ranging and farmed Iberian red deer populations and that systemic infections occur

in 50% of them. These facts support the involvement of the red deer in the ecology of C.

burnetii. Indeed, to support the notion that a particular host species is acting as a true

reservoir for a specific pathogen, provided that the species is well distributed and

abundant (Wobeser, 1994), one must determine that (i) the pathogen is widely distributed

in populations of that host within a relatively large territory, (ii) the pathogen is able to

cause systemic infections (Maurin & Raoult, 1999; González-Barrio et al., 2015b), and

(iii) the host is able to shed the pathogen. We confirm the first two requisites here; the

third requisite was confirmed previously (González-Barrio et al., 2015c). Thus, the red

deer may be confirmed as a true C. burnetii reservoir.

Methodological considerations. The true seroprevalence of C. burnetii in free-ranging

deer populations may have been underestimated because most deer sera (1,017 of 1,151)

were collected from early autumn to midwinter, the main big-game-hunting season in

Iberia. Recent data from LO farm (Fig. 1) suggest that annual individual seroprevalence

fluctuates according to the red deer calving season, with the lowest values in winter and

maximumvalues in late spring (González-Barrio et al., 2014). Seroprevalence levels are

higher in late spring to early summer, coinciding with the time of calving and, supposedly,

with the main Coxiella burnetii excretion season.

Geographic distribution of C. burnetii in red deer populations.

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119

The wide geographical distribution of C. burnetii in Iberian red deer populations is

noteworthy. To date, to the best of our knowledge, no exhaustive national study of C.

burnetii in wild ruminants has been performed in Europe. C. burnetii DNA was found in

the tissues of 23% of the roe deer analyzed from 9 of the 12 Dutch provinces during the

massive human Q fever epidemic affecting The Netherlands from 2007 to 2010 (Rijks et

al., 2011); however, the number of samples analyzed was low (n=79). Comparisons with

results from previous regional studies of Spanish red deer are difficult because of differing

geographic scales and techniques for diagnosing pathogen exposure: an indirect

immunofluorescence test by which 9.5% of wild red deer and 40.0% of farmed red deer

were found to be seropositive (Ruiz-Fons et al., 2008b) and molecular analyses (Astobiza

et al., 2011a) where none of the 22 red deer analyzed tested positive. In general terms, on

the premise of possible underestimation of real seroprevalence values, we may conclude

that C. burnetii circulates widely in Iberian red deer populations.

Factors modulating the exposure of red deer to C. burnetii.

The modeling output of the overall deer data set partly confirmed our second hypothesis;

environmental and host factors were found to be significant drivers of C. burnetii

transmission in red deer. However, no effect of the management system on the risk of

exposure to C. burnetii was observed, although the main drivers in partial data sets

differed slightly (Table 5). The three management categories of red deer considered in

this study are related to deer abundance and aggregation (Acevedo et al., 2008; Gortázar

et al., 2006). Therefore, according to the observed effect of cattle density on the risk of

exposure to C. burnetii (Álvarez et al., 2012; Piñero et al., 2014), we expected a clear

effect of management. One would expect that in deer farms, and even in some intensively

managed free-ranging deer populations, horizontal C. burnetii transmission would be

enhanced due to the high animal-to-animal contact rate. This seems not to occur in general

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terms, perhaps due to the complexity of C. burnetii ecology and the existence of multiple

reservoir hosts (Ruiz-Fons, 2012; González-Barrio et al., 2015b). The low percentage of

variance explained by the best-fitted model for unmanaged deer populations (Table 5)

may reflect the existence of a complex scenario in environments with higher biological

diversity. This would suggest that endemic cycles of C. burnetii implicating different wild

(and domestic) host species might be established in Iberia.

Climatic conditions during the C. burnetii shedding season modulate the risk of exposure

of deer to this pathogen. Nonetheless, partial models revealed that the average spring

temperature is relevant only in free-ranging managed populations; this variable itself

explained 16.5% of model variance. Whether this observation is related to a direct effect

of temperature on C. burnetii survival or transmission, or to indirect, nonconsidered

effects— e.g., an effect on transmission— cannot be determined with our findings and

with the existing literature. Therefore, this finding should be the basis for further studies

aiming to deepen in C. burnetii ecology.

Although a general effect of the season was evidenced, the risk of exposure to C. burnetii

was higher in the spring for unmanaged deer and similar in the spring and winter for

farmed deer. This observation for farmed deer may be caused by a seasonal bias in farmed

deer sampling in this study; only deer from the LO farm, which had a high proportion of

seropositive deer, were surveyed in the winter. The observation for unmanaged deer

agrees with the higher level of shedding of C. burnetii expected at the time of deer calving

in midspring, as mentioned above.

Finally, host effects were revealed by the general model and by models for unmanaged

and farmed deer populations. The influence of human density in the general model may

be slightly modulated by an apparently exceptional result (Fig. 2) from a red deer

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121

population with high seroprevalence. However, this factor also modulated the exposure

of unmanaged deer to C. burnetii, thus showing the influence of human activities on the

risk of exposure of deer to this pathogen. The density of coexisting domestic ruminants

seems to dilute the risk of exposure of deer to C. burnetii. This result is shocking for a

pathogen that is endemic in domestic ruminants in Iberia and whose transmission has

been proven to be linked to host density (Álvarez et al., 2012; Piñero et al., 2014). This

contrasting finding again suggests that the ecology of C. burnetii in wildlife is complex

and that different wild and domestic species are involved in its maintenance,

independently of the ability of the red deer to act as a true reservoir host. Indeed, the

modeling output suggests that although an independent cycle of C. burnetii in red deer is

posible without the intervention of a third species (susceptibility, systemic infection, and

shedding demonstrated), other hosts may be implicated in the circulation of C. burnetii

in wild foci.

Implications for animal and human health.

Haydon et al. (2002) redefined the reservoir concept for multihost pathogens and stated

that a specific pathogen of relevance for a target host of interest may be maintained

through a high number of combinations of host populations or environments that keep the

pathogen circulating. Therefore, defining the risk of transmission of C. burnetii from red

deer to target hosts (livestock and humans) is difficult, preventing us from concluding

whether the red deer plays a major role in C. burnetii maintenance in Iberia or not. We

believe that red deer populations constitute a highly relevant node in the life cycle of C.

burnetii, but particular scenarios of interaction with third species need to be further

investigated. Wild lagomorphs and small mammals infected by C. burnetii, among others,

may excrete infectious bacteria (González-Barrio et al., 2015b; Barandika et al., 2007;

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122

Thompson et al., 2012) and therefore constitute relevant pieces of the C. burnetii

maintenance and transmission puzzle.

The risk of C. burnetii transmission from red deer to humans could be comparable to that

from livestock if deer-human and livestock-human indirect interaction rates were similar.

This is supported by the fact that both individual and population seroprevalences in red

deer are similar to those found in domestic ruminants (Álvarez et al., 2012; Hamlin et al.,

2000; Astobiza et al., 2012a). Most effective livestock-human C. burnetii transmission

events occur indirectly, through aerosols (Maurin & Raoult, 1999). We may expect that

most deer-livestock and deer-human transmission events would occur indirectly

(Kukielka et al., 2013). Therefore, the risk of transmission from deer to livestock and

humans depends on the exposure rate of deer, suggesting that extensively produced

domestic ruminants and humans involved in hunting and wild ungulate management and

conservation face a higher risk (Tozer et al., 2014; Whitney et al., 2009).

Our results point to free-ranging deer, perhaps in connection with other wild and domestic

hosts, and deer farms as the main hot spots of circulation of C. burnetii among red deer

in Iberia, and perhaps elsewhere in Europe. Further clarification of particular red deer-

livestock or red deer-human interaction rates at different geographic scales should

improve the chances of preventing C. burnetii transmission events.

Acknowledgments

We are grateful to game estate owners, gamekeepers, natural and national park managers,

and farm managers for their collaboration in sample collection. Special thanks go to José

Antonio Ortiz from the LO farm and to Christian Gortázar for substantial support.Wealso

acknowledge the great efforts of colleagues from the SaBio group at IREC in sample

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collection (Joaquín Vicente, Pelayo Acevedo, Isabel G. Fernández-de-Mera, Ursula

Höfle, Paqui Talavera, Óscar Rodríguez, Álvaro Oleaga, Diego Villanúa, Vanesa Alzaga,

Elisa Pérez, Raquel Jaroso, Raquel Sobrino, Encarnación Delgado, Jesús Carrasco,

Ricardo Carrasco, Rafael Reyes García, Pablo Rodríguez, Mauricio Durán Martínez,

Valeria Gutiérrez, and many others). This work was funded by EU FP7 grant ANTIGONE

(278976) and CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial, Spanish Ministry

for the Economy and Competitiveness [MINECO]). J. A. Barasona holds an FPU

predoctoral scholarship from MECD. J. P. V. Santos and J. Queirós were supported by

Ph.D. grants (SFRH/BD/65880/2009 and SFRH/BD/73732/2010, respectively) from the

Portuguese Science and Technology Foundation (FCT). F. Ruiz-Fons is supported by a

“Ramón y Cajal” contract from MINECO.

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124

Capítulo II. 2

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Estado de Coxiella burnetii en las poblaciones de conejo de monte

(Oryctolagus cuniculus) en la península ibérica y factores de riesgo

asociados

European Rabbits as Reservoir for Coxiella burnetii

David González-Barrio, Elisa Maio, Madalena Vieira-Pinto, Francisco Ruiz-Fons

Emerging Infectious Diseases. 2015. 21 (6): 1055-1058

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126

Resumen

En este trabajo estudiamos el papel que juega el conejo de monte (Oryctolagus cuniculus)

como reservorio de Coxiella burnetii en la región Ibérica. Altas seroprevalencias tanto

individuales como en las poblaciones son observadas en conejos silvestres y granjas de

conejos, la evidencia de infecciones sistémicas y la excreción vaginal apoyan el papel de

reservorio de Coxiella burnetii al conejo de monte.

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127

Abstract

We studied the role of European rabbits (Oryctolagus cuniculus) as a reservoir for

Coxiella burnetii in the Iberian region. High individual and population seroprevalences

observed in wild and farmed rabbits, evidence of systemic infections, and vaginal

shedding support the reservoir role of the European rabbit for C. burnetii.

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Wildlife play a major role in the maintenance and transmission of multihost pathogens

(Ruiz-Fons et al., 2008c; Viana et al., 2014). Understanding the role of host species

involved in multihost zoonotic pathogen maintenance and transmission is essential to

prevent disease caused by these pathogens.

Coxiella burnetii, which is the cause of Q fever, is a zoonotic pathogen that infects

multiple hosts (Maurin & Raoult, 1999). The implication of wildlife in the life cycle of

C. burnetii has been reported worldwide (Ejercito et al., 1993; Ruiz-Fons et al., 2008b),

and wildlife might act as a source for humans infections (Marrie et al., 1986; González-

Barrio et al., 2015c).

European rabbits (Oryctolagus cuniculus) are native to the Iberian Peninsula and have

been introduced into Australia, New Zealand, Chile, and Argentina (Monnerot et al.,

1994). Domestic varieties of European rabbits are farmed worldwide. Specific ecologic

traits (high density, gregarious behavior, high reproductive rate) suggest that these rabbits

might become a major reservoir of zoonotic pathogens. However, whether C. burnetii can

infect, replicate in, and be shed by European rabbits and contaminate the environment is

not known. In this study, we investigated the role of these rabbits in a region to which Q

fever is endemic.

The Study

Serum samples were collected from European wild rabbits in 13 locations in Spain,

Portugal, and the Chafarinas Islands during 2003–2013 (Figure 1). Wild rabbits from 1

of the study locations (LO; Figure 1) were obtained from 2 epidemiologic scenarios (Maio

et al., 2011). The first scenario involved rabbits that coexisted with farmed red deer

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(Cervus elaphus) (sites A and B). The second scenario involved rabbits that had not been

in contact with ruminants since 2002 (site C).

In addition to serum samples, spleen, uterus, and mammary gland samples and vaginal

and uterus swab specimens were collected from rabbits surveyed at location LO. Each

rabbit from this location was weighed and sexed. Serum samples were also collected from

farmed rabbits on 4 farms in Spain (Figure 1). Samples were stored at -20°C until tested.

Serum samples were analyzed by using the LSIVet Ruminant Q Fever Serum/Milk

ELISA Kit (Life Technologies, Carlsbad, CA, USA) and horseradish peroxidase–

conjugated protein G (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) as secondary antibody (Maio

et al., 2011). Results were interpreted according to manufacturer’s recommendations.

DNA from tissues and swab specimens was extracted bu using the DNeasy Blood and

Tissue Kit (QIAGEN, Hilden, Germany). Swabs were incubated at 56°C for 30 min in

200 μL of AL buffer containing 20 μL of proteinase K. Swabs specimens were then

vortexed for 15 s and removed. The remaining solution was incubated at 56°C for 30 min.

The manufacturer’s blood extraction protocol was then used. DNA aliquots were frozen

at –20°C. Negative controls (nuclease-free water; Promega, Madison, WI, USA) were

included during DNA extraction.

DNA samples were analyzed by using a conventional PCR (Berri et al., 2000). PCR

products were visualized by electrophoresis in 1.2% agarose gels containing 0.1 μL/mL

of GelRed Nucleic Acid Gel Stain (Biotium, Hayward, CA, USA).

Logistic regression models were used to test the effect of potential factors (Table) on the

individual risk of exposure to C. burnetii. Individual ELISA results were included as

response variables in the models and the location origin of rabbits was used as a random

factor.

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Logistic regression models were also used for individual exposure of rabbits from

location LO to C. burnetii (ELISA), for the presence/absence of C. burnetii DNA in

spleen (a proxy of systemic infection), and for the presence/absence of C. burnetii DNA

in the reproductive tract (a proxy of shedding; including PCR results from uterus, and

vaginal and uterus swab specimens). Location LO was included as a random factor, and

sex, weight and ruminant presence/absence were also included as predictor variables

(Table). Models were created by using a forward stepwise procedure. The model with the

lowest Akaike information criterion (Akaike, 1974) was selected.

Statistical analyses were performed in SPSS version 20.0 (IBM, Armonk, NY, USA).

Prevalence-associated, Clopper-Pearson exact 95% CIs were estimated.

Serum samples from 572 rabbits (464 wild and 108 farmed) (Figure 1) were analyzed.

Overall seroprevalence rabbits, 37.9% (95% CI 33.5%–42.5%) for wild rabbits, and 8.3%

(95% CI 3.8%–15.2) for farmed rabbits. Seroprevalence in wild rabbit populations ranged

from 6.7% to 81.3%. Nine (64.3%) of 13 wild rabbit populations and 2 (50%) of 4 farms

had >1 seropositive rabbit. The best model for C. burnetii exposure retained sampling

year and season, and the risk for seropositivity was higher in summer (Table).

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Seroprevalence at location LO was 65.2% (133/204; 95% CI 58.2%–71.7%); it was

slightly lower at site C than at sites A and B (Figure 2, panel A). However, none of the

considered factors were retained in the best model (Table). Six (4.4%; 95% CI 1.6%–

9.4%) of 136 spleen samples analyzed at location LO were positive by PCR (4 male and

Figure 1. Seroprevalence of Coxiella burnetii (sample size) in wild and farmed European rabbits

(Oryctolagus cuniculus), Iberian Peninsula and Chafarinas Islands. The distribution area of wild

rabbits in the Iberian Peninsula (10 x 10 km Universal Transverse Mercator squares) is shown

(gray shading) according to Mitchel-Jones et al. (1999). LO sampling location is indicated.

*Rabbit farm.

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132

2 female rabbits). Five of the 6 spleen PCR–positive animals were seropositive. The 2

female rabbits were positive for C. burnetii DNA in vaginal swab specimens. Spleen

PCR–positive rabbits were observed only at sites A and B (Figure 2, panel B).

The best model for the presence of C. burnetii DNA in spleen retained sampling year,

season, presence of ruminants, and sex (Table). Results suggest expected higher systemic

infection prevalence in rabbits coexisting with farmed red deer (Figure 2, panel B). C.

burnetii DNA was detected in the reproductive tract of 9 (14.1%; 95% CI 6.6%–25.0%)

of 64 female rabbits at sites A, B, and C (Figure 2, panel F). The presence of ruminants

was retained in the best model for C. burnetii DNA in the reproductive tract (Table). None

of the 13 mammary glands analyzed was positive for C. burnetii DNA.

Table. Varibles considered as potential risk factors and outputs (coeficient/statistic) of best fitted

risk factor models for Coxiella burnetii exposure in European rabbits (Oryctolagus cuniculus),

Iberian Peninsula and Chafarinas Island*

Variable code Variable, units Cbsp CbspLO CbsplLO CbrtLO

Intercept NA 67.776/4.98† -037270.00‡ -2942.687/1.15‡ 2925.025/0.49‡

X Longitude, decimal degrees § ¶ ¶ ¶

Y Latitude, decimal degrees § ¶ § ¶

Ye Year -0.033/0.20‡ § 1.464/0.42‡ -1.453/0.45‡

Se Season § § § §

Sp Spring 1.209/5.45‡ § -1.583/2.78‡ §

Su Summer 2.257/5.45‡ § Referent §

Au Autumn 0.043/5.45‡ § § §

Wi Winter Referent § § §

Mg Management, wild vs. farmed § ¶ ¶ ¶

Rum Ruminants, presence vs. absence ¶ § 0.059/0.0‡ 2.004/1.08‡

Sex Sex, M vs. F ¶ § -0.383/0.27‡ 2.004/0.22‡

Wg Weight, g ¶ § § §

1

*Cbsp, overall seropositivity; CbspLO, seropositivity at location LO; CbspILO, systemic infection (C.

burnetii DNA in spleen of wild rabbit); CbrtLO, shedding (C. burnetii DNA in reproductive tracts

of wild rabbits); NA, not applicable.

†p≤0.05.

‡p˃0.05.

§Variable was included in each model but was not retained in the best model.

¶Variable not tested.

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133

Conclusions

This study provides 3 results that suggest that European rabbits might be reservoirs of C.

burnetii. These 3 results are high seroprevalence of this bacteria; systemic infections; and

bacterial shedding in vaginal secretions, which, in other host species, constitutes the main

source for environmental contamination and transmission between species (Guatteo et al.,

2007).

Figure 2. Prevalence of antibodies against Coxiella burnetii and C. burnetii DNA in European

rabbits (Oryctolagus cuniculus) at sampling location LO, Iberian Peninsula. A) Antibodies; B)

DNA in spleen; C) DNA in vaginal swab specimen; D) DNA in uterine swab specimen; E) DNA

in uterus; F) DNA in reproductive tract (vaginal swab specimen, uterine swab specimen, uterus).

Gray bars indicate seroprevalence. St_P indicates results for sites with ruminants (sites A and B);

no ruminants were present at site C. Values at the top of bars indicate number of samples, and

values at the bottom of bars indicate number of positive samples. Error bars indicate prevalence-

associated exact 95% CIs.

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134

Host density is a major factor in C. burnetii prevalence in livestock (Piñero et al., 2014).

The highest seroprevalence values were observed at 2 locations where rabbit populations

are managed for hunting purposes, which promotes high densities of rabbits. These

findings suggest that rabbit density may be a major factor in the ecology of C. burnetii.

In addition, the European rabbit is a gregarious species with a high reproductive rate. This

rate favors transmission of C. burnetii from infected to susceptible animals, which is

enhanced by replacement of C. burnetii–negative rabbits and can contribute further to

spread of this bacterium in the environment.

The higher risk of exposure to C. burnetii observed during the summer might be related

to increased indirect interaction with C. burnetii shed by coexisting ruminants, whose

main shedding season is late spring–early summer (Maurin & Raoult, 1999). Inclusion of

ruminants in the final models for systemic infection and vaginal shedding at location LO

might support this hypothesis. However, further analyses, including molecular typing of

circulating strains, would be needed to confirm the direction, frequency, and magnitude

of interspecies interactions favoring transmission of C. burnetii.

Indirect transmission of C. burnetii between rabbits, humans, livestock, and other wild

species may be enhanced in regions with high-density rabbit populations and in regions

in which the European rabbit is a major game or farm species. Hunters, game keepers,

rabbit farmers, veterinarians, wildlife researchers, livestock producers and livestock

might be exposed to C. burnetii from rabbits (Marrie et al., 1986; Whitney et al., 2009).

The European rabbit shows a high potential as a reservoir of C. burnetii for infection of

livestock and humans in Europe.

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135

Acknowledgments

We thank location LO farm managers, Tania Carta, María Martín, Christian Gortázar and

José Antonio Ortiz for assistance during the study and Ursula Höfle for checking the

English grammar of the paper.

This study was supported by European Union FP7 grant ANTIGONE (278976), European

Union FP7 EMIDA ERA-NET grant APHAEA on wildlife disease surveillance in

Europe, and Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial, Spanish Ministry for

Economy and Competitiveness. F.-R-F. was supported by Juan de la Cierva and Ramón

y Cajal contracts from the Spanish Ministry for Economy and Competitiveness.

Mr. González-Barrio is a doctoral student at the Spanish Wildlife Research Institute,

Ciudad Real, Spain. His research interests are the epidemiology of pathogens transmitted

between wildlife, livestock, and humans within a OneHealth approach; the epidemiology

and diagnosis of C. burnetii infections; and development of infection control strategies

for wildlife.

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136

Capítulo II. 3

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137

Dinámica de la infección por Coxiella burnetii en una población

endémica de ciervo en condiciones semi-extensivas

Long-term dynamics of Coxiella burnetii in farmed red deer (Cervus elaphus)

David González-Barrio, Isabel G. Fernández-de-Mera, José Antonio Ortiz, João

Queirós, Francisco Ruiz-Fons

Frontiers in Veterinary Science. Veterinary Infectious Diseases. 2015. Aceptado

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138

Resumen

Muchos aspectos de la dinámica de Coxiella burnetii que son relevantes para la

implementación de estrategías de control en rebaños de rumiantes donde esta bacteria es

endémica son desconocidos. Se diseñó un estudio en el tiempo para supervisar la

dinámica de exposición de Coxiella burnetii en un rebaño endémico de ciervos a fin de

permitir el diseño de métodos de control específicos de la fiebre Q. Otros aspectos

relevantes en la dinámica de Coxiella burnetii como el efecto del estado inmune del

rebaño; la edad, estación e infección temprana sobre la exposición; la vida media de

anticuerpos frente a Coxiella burnetii; la presencia y duración de la inmunidad humoral

maternal y la edad de la primera exposión fueron analizados. La dinámica de Coxiella

burnetii en rebaños de ciervos parece etar modulada por factores del rebaño e individuales

y en particular por las características de vida del hospedador. Las ciervas están expuestas

a Coxiella burnetii al incio de su segundo año de vida ya que los anticuerpos maternales

las protegen desde su nacimiento hasta después de la estación principal de excreción del

patógeno que es a final de primavera principio de verano. La presión de infección varía

entre años, probablemente asociada al efecto de inmunidad del rebaño, determinado

variaciones inter-anuales en el riego de exposición. Estos resultados sugieren que

cualquier estrategia aplicada para el control de Coxiella burnetii en rebaños de ciervos

deden ser diseñados para inducer la inmunidad en su primer año de vida inmediatemente

depués de la pérdida de los anticuerpos maternales. La vida media corta de los anticuerpos

frente a Coxiella burnetii sugiere que cualquier protección inducida por la inmunidad

humoral podría requerir una revacunación cada 6 meses.

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139

Abstract

Several aspects of the dynamics of Coxiella burnetii that are relevant for the

implementation of control strategies in ruminant herds with endemic Q-fever are

unknown. We designed a longitudinal study to monitor the dynamics of exposure to C.

burnetii in a red deer herd with endemic infection in order to allow the design of Q fever

specific control approaches. Other relevant aspects of the dynamics of C. burnetii - the

effect of herd immune status, age, season and early infection on exposure, the average

half-life of antibodies, the presence and duration of maternal humoral immunity and the

age of first exposure - were analysed. The dynamics of C. burnetii in deer herds seems to

be modulated by host herd and host individual factors and by particular host life history

traits. Red deer females become exposed to C. burnetii at the beginning of their second

year since maternal antibodies protect them after birth and during the main pathogen

shedding season - at the end of spring-early summer. Infection pressure varies between

years, probably associated to herd immunity effects, determining inter-annual variation

in the risk of exposure. These results suggest that any strategy applied to control C.

burnetii in deer herds should be designed to induce immunity in their first year of life

immediately after losing maternal antibodies. The short average life of C. burnetii

antibodies suggests that any protection based upon humoral immunity would require re-

vaccination every 6 months.

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Introduction

Coxiella burnetii is a worldwide-distributed gram-negative intracellular bacterium that

causes Q fever, a zoonotic disease shared by humans and animals. Infection with C.

burnetii in humans is usually asymptomatic but it may trigger acute and chronic clinical

manifestations. Coxiella burnetii is also one of main pathogens causing reproductive

losses in livestock (Oporto et al., 2006) and reproductive failure in pets (D'amato et al.,

2014; Kosatsky et al., 1984) and wildlife (Lloyd et al., 2010; Kersh et al., 2010;

Kreizinger et al., 2015; González-Barrio et al., 2015c). Clinical signs of Q fever in

domestic ruminants are diverse; it has been associated with sporadic cases of abortion,

premature delivery, stillbirth and weak offspring in cattle, sheep and goats, but epidemics

with increased reproductive failure have been reported for sheep and goats mainly

(Agerholm, 2013). Since Coxiella burnetii infection does not always manifest clinically,

the extent of C. burnetii infection in animals is probably underestimated.

Exposure to C. burnetii is increasingly reported in wildlife, e.g.: i) White-tailed deer -

Odocoileus virginianus - in the eastern US (Kirchgessner et al., 2013); ii) Rats - Rattus

norvegicus and R. rattus - in the UK (Meredith et al., 2014) and the Netherlands (Reusken

et al., 2011); or iii) European rabbits - Oryctolagus cuniculus - and Eurasian wild boar -

Sus scrofa - in the Iberian Peninsula (Astobiza et al., 2011a; González-Barrio et al.,

2015b; González-Barrio et al., 2015d). Recently, González-Barrio et al. (2015a) found

that C. burnetii circulates endemically in Iberian red deer populations. This study suggests

that the red deer plays an important role in the maintenance of C. burnetii in Europe. Thus

the analysis of the dynamics of C. burnetii in red deer may be of interest to prevent Q

fever transmission at the wildlife-livestock-human interface (Gortázar et al., 2014).

Furthermore, the presence of C. burnetii in red deer may have implications for red deer

itself and coexisting wild species (Lloyd et al., 2010; González-Barrio et al., 2015c;

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141

Chaber et al., 2012; Hussein et al., 2012). Q fever may be an important cause of

reproductive losses in red deer farming (González-Barrio et al., 2015c), an activity that is

increasing worldwide (Hoffman & Wiklund, 2008). Therefore, deer producers could be

interested in implementing Q fever prevention and control measures that would benefit

from knowledge of the effect of deer farming particularities on C. burnetii dynamics.

Information on the dynamics of C. burnetii in endemic ruminant herds and on driving

factors (host population, host individual and environmental) is scarce. A trade-off

between infection pressure and herd immunity may influence infection dynamics in C.

burnetii endemic herds, which may modulate the efficiency of vaccination trials. Recently

it has been postulated that in endemic dairy cattle herds the immune status of the

population drives exposure to C. burnetii (Piñero et al., 2014). According to this postulate,

high levels of protection in an endemic herd may lead to a reduction in environmental

contamination with C. burnetii, therefore reducing transmission. However, as long as the

immune status of the herd changes with time (i.e. herd immunity decreases due to culling

of immune individuals) while C. burnetii persists in latently infected animals or in

infected fomites (Maurin & Raoult, 1999), the circulation of C. burnetii reactivates and

expands within the population. Currently, no long time series study has demonstrated that

the immune status of a C. burnetii endemic ruminant population changes with time to

support this postulate. Information from long time series would provide a significant

boost to understand the epidemiology of Q fever and plan any prevention and/or control

approach.

Apart from host population factors, host individual factors (e.g. age, maternal-derived

immunity o acquired immunity, among others) may modulate the dynamics of C. burnetii

(González-Barrio et al., 2015a). Currently, the presence, prevalence and duration of

maternal anti-Coxiella burnetii antibodies and their effect in the outcome of natural

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142

exposure to C. burnetii are poorly understood. If vaccination of animals at early ages

(before natural infection by C. burnetii takes place) is to be performed (Astobiza et al.,

2011b), knowledge on the exact timing for vaccination – i.e. the time at which maternal

antibodies disappear and prior to exposure to C. burnetii - could be paramount to warrant

protection. In dairy cattle, the transmission of colostral antibodies to calves borne from

seropositive cows has been reported (Tutusaus et al., 2013) but the duration of these

antibodies was not monitored. Could early exposure to C. burnetii of individuals in

endemic herds modulate infection with the individual’s age? The effect of early exposure

to C. burnetii on future protection against infection is also poorly known. In natural

infections in domestic ruminant females, a non-immune animal is supposed to become

infected and undergo a primary subclinical infection at early ages (Woldehiwet, 2004)

that reactivates during the first pregnancy. Understanding the effect of natural early

exposure to C. burnetii on future exposure would perhaps allow predicting the effect of

vaccination at early ages on protection against C. burnetii infection. The likelihood of

becoming infected by C. burnetii increases with age (Ruiz-Fons et al., 2010c). Indeed,

age-related C. burnetii serological patterns have been reported in domestic ruminants

(Capuano et al., 2004; Guatteo et al., 2007) with highest seroprevalence in cows and sheep

aged 3–5 years. Is this pattern similar in farmed red deer?

In this study we aimed to answer different questions that are relevant to understand C.

burnetii dynamics in endemic ruminant herds in the long-time scale and that are,

therefore, essential for the efficient planning and application of any Q fever control

measure such as vaccination. The following objectives were addressed in the study: 1)

Analysis of long-time variation in exposure to C. burnetii; 2) Determination of the effect

of herd immune status on the risk of exposure to C. burnetii of yearling females; 3) Test

of the effect of deer age on exposure and humoral response to C. burnetii; 4) Study of

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the effect of deer life-history traits (i.e. concentrated calving) on exposure to C. burnetii;

5) Investigation of the effect of natural exposure to C. burnetii at early ages over the future

dynamics of exposure; 6) Determination of the average half-life of antibodies against C.

burnetii; 7) Estimation of the presence, prevalence and duration of maternal antibodies;

and 8) Determination of the age at which deer get exposed to C. burnetii for the first time

in their life. To achieve our objectives a C. burnetii endemic red deer herd was selected

as model. Therefore, the present study provides a case report on the dynamics of C.

burnetii in a red deer farm with a history of C. burnetii infection in humans and

reproductive failure in deer.

Materials and methods

Study farm and management schemes

The study was performed in a semi-extensive red deer farm located in the province of

Cádiz (Southern Spain) that was found consistently positive to C. burnetii in consecutive

studies (González-Barrio et al., 2015c; Ruiz-Fons et al., 2008b). The number of deer on

the farm was approximately 500 females and 80 males along the study period, with only

slight inter-annual variations in the number of reared animals. The deer are semi-

extensively bred within large (6-8 has) enclosures separated by high-wire fencing in

batches of approximately 60-80 females; males are kept in separate enclosures. The

habitat in the deer enclosures consists on patches of natural Mediterranean scrubland -

mainly composed by evergreen (Quercus ilex) and cork (Quercus suber) oak trees - with

large areas of year-round irrigated prairies. Animals are bred in separate but contiguous

batches according to sex and breeding status. Artificial feed is provided daily on the farm.

The deer are managed from two to four times per year at maximum to avoid excessive

stress. Management is carried out for sanitary issues, weaning, reposition and artificial

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144

insemination. Hinds give birth naturally - i.e. without human intervention - in hidden

areas of scrubland patches within enclosures from the end of April to the beginning of

May. Calves are weaned in August at 3.5 months of age and thereafter are kept in male

and female batches in separate enclosures. Ear tagging is performed at weaning for

identification of individuals. Calves are managed again at 7 months of age for sanitary

reasons. When animals are 13 months old, a selection of yearling females and males for

farm reposition is performed and the rest of yearlings are sold. Reposition yearling

females are inseminated at the age of 16 months when they join other hinds in existing

batches of reproductive females. Selected yearling males are kept separate from stags in

reproductive condition. Adult deer, both males and females, are managed for sanitary

control in January and in August each year. Reproductive females (>16 months old) are

annually managed for artificial insemination in September.

Reproductive hinds in the study farm are culled annually according to their reproductive

fitness or health status. Average productive life of deer females in the farm is unknown;

some hinds remain productive for 13-15 years but most are culled at 4-5 years of life.

Management schemes in the farm are scheduled to carry out batch, reproductive and

sanitary management issues without inducing excessive stress in the deer that, although

farm-bred, still behave like wild animals. Therefore, animal sampling could only be

performed according to the management schedule of the farm except for the monitoring

of antibodies in the 2013 cohort (see details in the following section).

Survey design

We designed a retrospective survey to search for the presence and the level of antibodies

against C. burnetii in deer sera collected in the study farm for disease surveillance

purposes. The retrospective survey was aimed at testing for variation in herd

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seroprevalence over time (Objective 1), the effect of herd immune status on the risk of

exposure of yearling females (Objective 2), age-related variation in immune status of

individual deer (Objective 3), seasonal variation in infection risk (Objective 4), influence

of exposure at early ages on future exposure to C. burnetii (Objective 5) and the average

half-life of C. burnetii antibodies (Objective 6). Blood samples were collected according

to farm disease surveillance schemes and in the framework of Spanish and EU laws for

notifiable disease surveillance. Therefore, no Animal Ethics Committee approval was

required for the collection of blood samples from deer for the retrospective study.

To determine the inter-annual variation in exposure to C. burnetii we carried out a

selection of deer sera (yearling - 12-24 months old - and adult - >24 months old - females;

n=1021) collected in the farm along 12 consecutive years (2003-2014). Minimum annual

sample size was estimated with WinEpi (http://winepi.net/sp/index.htm). The estimated

sample size for each age-class - yearling and adult - with a 95% confidence level for a

minimum seroprevalence of 5% with an accepted 10% error was 19; this minimum

sample size was covered each year for each deer age-class. Selection of sera was carried

out according to batch origin to obtain a balanced subset of samples that provides

representative information of the real status of C. burnetii prevalence in the herd. For

homogeneity of results, only sera collected in summer were selected to estimate inter-

annual variation in the humoral immune status of deer in the farm.

To test for the rest of aforementioned objectives (2-6), we selected sera from reposition

females belonging to three different cohorts - animals born in 2008, 2009 and 2010. Blood

was collected from these females at least in four consecutive occasions (i.e. from 7 to 27

months old) and up to 13 consecutive occasions (i.e. from 7 to 78 months old). Deer were

surveyed in summer and winter each year. Serum samples were obtained for the 2008

cohort at 7, 13, 20, 27, 32, 38, 44, 51, 56, 62, 67, 73 and 78 months of life. The same

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survey was carried out for the 2009 cohort but up to 67 months of life and the 2010 cohort

could be surveyed up to the 56th month of life. Minimum sampling size at each survey

time was estimated with WinEpi employing the same parameters described above.

Although culling with age reduced the number of available samples with individuals’ age,

sampling size was above 19 for each month class except for individuals at 73 and 78

months of age (n=13 in both cases).

Finally, to test for the presence, prevalence and duration of maternal antibodies (Objective

7) and for the age at which deer get exposed to C. burnetii for their first time in life

(Objective 8), serum samples from 21 calves born in 2013 were prospectively collected

at 2, 3, 7, 13, 14, 19 and 20 months of life. This subset of the 2013 cohort was specifically

surveyed to achieve these objectives since blood from calves in the farm is normally first

collected at 7 months of age. The Research Ethics Commission of Castilla – La Mancha

University Animal Ethics Committee (Spain) approved this research.

Since we initiated an experimental vaccination trial in the study herd in January 2012

with a C. burnetii phase I inactivated vaccine, animals that were included in this study for

2012, 2013 and 2014 were exclusively unvaccinated animals of the control group. The

interpretation of the evolution of the immune status of the herd will be carried out in this

study considering this potential confounding factor for 2012-2014 results.

Serological analyses

Serology has been widely employed to test for the status of C. burnetii in ruminant

populations (Ruiz-Fons et al., 2010c; Ruiz-Fons et al., 2008b) and to understand its

dynamics even though a proportion of infected individuals may not seroconvert (De

Cremoux et al., 2012). In a vaccination trial in the study deer farm (the authors,

unpublished) near the 90% of vaccinated seronegative deer seroconverted after a single

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dose of a C. burnetii inactivated phase I vaccine. This percentage was close to the 100%

after a boosting dose 3 weeks later. Therefore, in contrast to domestic ruminants (e.g.

sheep, Astobiza et al., 2011b), it is expected that a high percentage of infected red deer

display detectable levels of anti-C. burnetii antibodies in ELISA. Therefore, ELISA was

employed to study the dynamics of infection by C. burnetii.

Blood was collected from the jugular vein into sterile tubes and it was thereafter kept at

4º C and transported to the laboratory. Blood was centrifuged at 3,000g for 10 minutes

and the serum obtained was preserved at -20ºC until analyses were performed. The

presence of specific antibodies against C. burnetii phase I and II antigens in deer sera was

determined with a commercial indirect ELISA test (LSIVet™ Ruminant Q Fever

Serum/Milk ELISA Kit, Life Technologies, USA) with an in-house modification in the

secondary antibody (Protein G−Horseradish peroxidase, Sigma-Aldrich, USA) that had

been validated for wild ungulates (González-Barrio et al., 2015a). ELISA results were

expressed as the sample-to-positive control ratio (SP). For each sample, the SP was

calculated according to the formula:

"SP ="(("ODs - ODnc" ))/(("ODpc - ODnc" ))"x100"

where ‘ODs’ is the optical density of the sample at a dual wavelength 450-620 nm,

‘ODnc’ is the optical density of the negative control and ‘ODpc’ is the optical density of

the positive control. All SP values ≤40 were considered as negative, whereas SP values

>40 were considered as positive. The SP ratio was considered as a proxy of the level of

antibodies against C. burnetii as suggested by the manufacturer.

Statistical analyses

Statistical analyses were carried out to test different hypotheses: i) the immune status of

the herd is negatively related to the incidence of infection by C. burnetii in yearling

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148

females (Objective 2); ii) the age of individuals is positively related to seroprevalence and

antibody levels (Objective 3); iii) there are seasonal variations in the rate of exposure to

C. burnetii (Objective 4); and iv) variations in the immune status at early ages modulates

future exposure to C. burnetii (Objective 5).

To assess for the effect of herd immune status on the incidence of C. burnetii in yearling

females, we performed Spearman correlations with the annual incidence

(presence/absence of C. burnetii antibodies) in yearlings as response variable and three

different explanatory variables that were tested separately: i) seroprevalence in adult

females in the same year (t); ii) seroprevalence in adult females in the previous year (t-

1); and iii) average seroprevalence in adult females in years t, t-1 and t-2 (two years

before). Seroprevalence in adult females was employed as a proxy of herd seroprevalence

because adult females constitute around the 75% of the herd. Spearman correlations were

also employed to test the relationship between antibody levels and individuals’ age.

Mann-Whitney U non-parametric tests for independent samples were employed to test

for the alternative hypothesis of statistically significant differences in average antibody

levels by season. Chi-square tests were employed for the same purpose with

seroprevalence as response variable.

Finally, the influence of the immune status of individuals at early ages (7 months old;

presence/absence of C. burnetii antibodies) on the evolution of the humoral immune

response against C. burnetii infection along individual’s age was tested by repeated

measures ANOVA. Individual squared SP values were transformed into natural

logarithms for normality and were employed as response variable. For this analysis, we

used data obtained from the 2008, 2009 and 2010 deer cohorts.

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149

IBM SPPS v22.0 (IBM, Armonk, NY, USA) was employed for statistical analyses. Exact

Clopper-Pearson 95% confidence intervals (95%CI) were estimated for prevalence values

using Quantitative Parasitology 3.0 software (http://www.zoologia.hu/qp/qp.html).

Results

A total of 373 (inter-annual sampling size range: 19-92) and 648 (inter-annual sampling

size range: 19-159) serum samples collected in summer from yearling and adult females,

respectively, were selected for the cross-sectional approach during 2003-2014. The inter-

annual evolution of herd (yearling+adult) and age class-specific seroprevalence from

2003 to 2014 is shown in Figure 1.

Average annual herd and age-specific seroprevalence values varied between years. There

was no clear time scale pattern in inter-annual herd seroprevalence that remained above

30% and below 70% along the study period. Seroprevalence in adult females fluctuated

Figure 1. Evolution of herd (yearling+adult) average and age class-specific (yearling - 12-24

months old - and adult - >24 months old) seroprevalence (and associated 95% exact confidence

intervals) from 2003 to 2014.

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150

between years with periods of 1 to 3 consecutive years of high values (above 70%)

followed by periods of 1 to 2 consecutive years of medium values (from 30% to 60%).

The high seroprevalence in unvaccinated females in 2012, 2013 and 2014, even though

>70% of the herd had been vaccinated (the authors, unpublished), indicate a natural period

of high herd humoral immunity similar to that observed in 2005-2007. A unimodal pattern

was observed in yearlings. The observed age-related pattern of humoral immunity in

individual deer shows that we can assimilate annual seroprevalence in yearlings to annual

incidence ratio. Incidence in yearlings was low (5-10%) from 2005 to 2008 (although

samples were not analysed in 2006), it increased (35-43%) from 2008 to 2012 and it

steeply decreased (25% in 2013 and 6% in 2014) from 2012 onwards.

Incidence in yearlings remained low during the periods in which high seroprevalence was

observed in adult females and increased during a period in which the seroprevalence in

adult females was lower than in preceding years. Incidence was nonetheless not

statistically influenced by seroprevalence in adult females at times t (survey year) and t-

1 (previous year to survey), and by average seroprevalence in adult females in years t to

t-2. However, trends in all three relationships were negative, that is increasing incidence

in yearlings related to decreasing seroprevalence in adults in the same or in previous

years.

One thousand four hundred and forty-five sera from 217 animals born in 2008 (n=97),

2009 (n=92) and 2010 (n=28) were sequentially analysed from 7 (calf) up to 78 (adult)

months of life to estimate the evolution of antibodies against C. burnetii with age. Not

every animal could be surveyed sequentially along the study period because of annual

culling for health or productive reasons. On average, both seroprevalence and the level of

antibodies in individual deer increased with age and this pattern was evidenced in animals

from the three cohorts (Figure 2). Age (in months) and the level of antibodies were

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151

statistically significantly correlated (rho=0.416, p<0.001). This result confirms increasing

levels of antibodies with deer age, but highest antibody levels were observed between 4

and 5 years of life.

The monitoring of individual deer sera by ELISA showed an evident seasonal pattern in

antibody levels and seroprevalence. Both the level of antibodies and seroprevalence

peaked in summer each year and decreased through winter (Figure 2). Seasonal

Figure 2. Age-related evolution of C. burnetii level of antibodies (A) and seroprevalence (B) for

2008, 2009 and 2010 deer cohorts together. Season is depicted in the x-axis of each chart (W:

Winter; S: Summer). Exact 95% confidence intervals for seroprevalence and standard error for

average antibody levels are displayed in the charts.

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152

differences were statistically significant: i) Average SP in summer was 73.3±2.5 in

contrast to 37.8±1.4 in winter (Z=-12.89, df=1, p<0.001); and ii) 67.3% (95%CI: 62.8-

71.7) of animals surveyed in summer had antibodies in contrast to 36.0% (95%CI: 32.6-

39.5) in winter (X2=110.93, df=1, p<0.001). This pattern was evident for any of the three

cohorts surveyed (Figure 2).

Results from the repeated measures ANOVA showed that differences in the evolution of

the level of antibodies in relation to the presence/absence of C. burnetii antibodies at 7

months of age were not statistically significant (Figure 3). Around the 82% of individuals

in the 2008-2010 cohorts were seronegative at 7 months of age.

Figure 3. Evolution of antibody levels (and associated standard error) with individuals’ age

according to the presence/absence of anti-C. burnetii antibodies by ELISA (S/P>40) at 7 months

of age for 2008, 2009 and 2010 deer cohorts together.

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153

The evolution of the presence and level of antibodies in calves born in 2013 from two to

20 months of life are shown in Figure 4. High levels of antibodies were evidenced in

calves at 2 months (June 2013), when 75% of them displayed an SP ratio >40 (i.e.

seropositive). Thereafter, both the level of antibodies and seroprevalence decreased

sharply in one month (July 2013) and disappeared at 7 months (November 2013). Animals

remained seronegative at 13 months of age (May 2014) and then became seropositive at

14 months (June 2014), two months after the calving season in the farm. This

seroconversion was most probably caused by natural infection and affected 50% of the

animals. The average level of antibodies derived from natural infection at 14 months was

lower than that acquired from their mothers during lactation (at 2 months); in seropositive

animals average SP ratio was 122.4 at 2 months (n=15) in comparison to 77.8 in

seropositive animals at 14 months of life (n=7). Both seroprevalence and antibody level

remained at similar values at 19 months (November 2014) but decreased thereafter

notably a month later (December 2014). This observation and the seasonal pattern

observed indicate that the expected average life of antibodies against C. burnetii could be

around 6 months. These results show that deer become exposed to C. burnetii for the first

time in life mainly at around 12-14 months of age.

Figure 4. Age-related evolution of C. burnetii level of specific antibodies (A) and seroprevalence

(B) in farmed red deer (2013 cohort). Exact 95% confidence intervals for seroprevalence and

standard error for average antibody levels are displayed in the charts.

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154

Discussion

Understanding the factors that drive the dynamics of endemic pathogens is paramount to

design and efficiently apply any preventive or control measure. Vaccination with phase I

inactivated C. burnetii vaccines - one of the main Q fever control tools in domestic

ruminants (Van de Brom et al., 2015) - is recommended for naïve or low-prevalence herds

(Guatteo et al., 2008) but not for endemic herds (Astobiza et al., 2011b; Astobiza et al.,

2011c). However, the status of C. burnetii in an endemic host population may present

inter-annual variation (Piñero et al., 2014) with years in which the percentage of naïve

individuals in the population is high, followed by years in which this percentage is low.

Identification of time windows with high percentage of naïve individuals in a C. burnetii

endemic population would allow the implementation of vaccination trials. During these

time windows the percentage of susceptible individuals that could be protected by

vaccination would be enhanced. Determining the factors that modulate the dynamics of

C. burnetii in endemic populations would allow predicting the occurrence of appropriate

windows to implement vaccination. This study improves our understanding of the

dynamics of C. burnetii in endemic ruminant herds and driving factors that could allow

more efficient control approaches in the future.

Risks of infection by C. burnetii associated to red deer

Red deer may be a relevant reservoir of C. burnetii in Europe because of its increasing

relevance as a game resource, its current demographic status and the status of C. burnetii

in red deer populations. Deer farming is increasing (Hoffman & Wiklund, 2008) and

likewise populations of free-roaming red deer currently display increasing demographic

trends (Apollonio et al., 2010). Additionally, free-roaming deer populations are

increasingly managed as extensively bred ruminants (supplementary feeding, fencing,

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155

translocations) but lacking appropriate sanitary control (Gortazar et al., 2006). Changes

in livestock production schemes in the Netherlands - increasing number of goat herds

without C. burnetii control - led to the 2007-2010 epidemics of human Q fever (Roest et

al., 2011a), demonstrating how important demographic changes of a single host may be

to increase the risk of infection by C. burnetii. Interestingly, farmed and free-roaming

Iberian red deer populations display similar population and individual seroprevalence

values to livestock (González-Barrio et al., 2015a; Woldehiwet, 2004). Furthermore,

increasing geographic distribution and population density of red deer in Europe may

increase the implication of this wild species in future Q fever epidemics. Prevention

would only be possible if accurate scientific knowledge is available. Our study provides

insights into poorly studied epidemiological aspects of the dynamics of C. burnetii in red

deer populations.

Long-term dynamics of C. burnetii in farmed red deer

There is a main question to answer in relation to the dynamics of C. burnetii: Does the

status of C. burnetii change with time in an endemic ruminant herd? Our results for 12

consecutive years show fluctuation in the status of C. burnetii prevalence in a ruminant

herd in which the pathogen circulates endemically. Piñero et al. (2014) also provided

evidence of inter-annual variation in endemic dairy cattle herds but within a shorter time

period.

Inter-annual variation of the status of an endemic pathogen in a herd could be the

consequence of the trade-off between pathogen burden and host immunity if we assume

that there are no changes in the composition of the herd - e.g. size, culling and import

rates, age and sex structures - and the influence of external pathogen sources remains

constant (González-Barrio et al., 2015d; Piñero et al., 2014). Those features remained

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156

constant along the study period in the deer farm. Even the potential influence of other

sources of C. burnetii such as European rabbits - Oryctolagus cuniculus - remained

similar along the study period, with C. burnetii seroprevalence from 2005 to 2013 above

50% (González-Barrio et al., 2015b). Therefore, herd immunity effects seem to be the

most probable cause of changes in the epidemiological status of C. burnetii in the herd.

However, in spite of the observed negative trend in the relationship between incidence in

yearling females - probably associated to infection pressure - and seroprevalence in adult

females, relationships were not statistically significant. Increasing incidence in yearling

females from 2009 to 2012 coincided with a period of lower seroprevalence values in

adult females in comparison to 2005-2007. In contrast, there was a steep decrease in

incidence in yearlings from 2012 to 2014 when seroprevalence in adult (non-vaccinated)

females was again high. This observation could potentially be linked to herd vaccination

against C. burnetii (the authors, unpublished data, Capítulo IV) or alternatively be the

consequence of a natural period of high humoral immunity in the herd, but in any case it

indicates variation in infection pressure. Interestingly, an outstanding rate of reproductive

failure in the herd in 2011 - that was presumably caused by Q fever (González-Barrio et

al., 2015c) - coincided with the increasing incidence observed in yearlings in 2009 to

2012.

It was unfortunately impossible to monitor the presence and burden of C. burnetii in the

environment in the farm (aerosols, soil, water, food, pastures) along the study period in

order to accurately estimate the evolution of infection pressure with time. However, this

has been carried out in dairy cattle and changes in the epidemiological status of C. burnetii

in dairy cattle herds are linked to the detection of C. burnetii in manure, air and dust

samples (Piñero et al., 2014). According to Piñero et al. (2014) high herd humoral

immunity levels would reduce shedding of large burdens of C. burnetii to the

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157

environment, therefore reducing infection pressure. This would result in a reduced

incidence in naïve (yearling) individuals in the herd. Another observation that may

support variation in infection pressure with time is that 30.9% (30/97) and 9.9% (9/91) of

deer calves born in 2008 and 2009, respectively, were seropositive to C. burnetii at 7

months of age (naturally infected in their first year of life) in contrast to 0% (0/21) in

2013. This pattern paralleled observations in incidence in yearling females. These

changes could be linked to the implementation of vaccination in the herd from 2012

onwards since vaccinated and unvaccinated deer coexist in existing enclosures in the

farm.

Short-term herd effects on the dynamics of C. burnetii in red deer

Intra-annual variation in exposure to C. burnetii has been previously suggested in wildlife

studies (Pioz et al., 2008b). Ruminant females shed C. burnetii mainly around parturition

and therefore in species with a defined breeding season shedding should be concentrated.

In contrast to dairy cattle, which breed along the year, the breeding season of the red deer

is concentrated at the end of spring (Clutton-Brock et al., 1982). This fact implies that,

within a year, there is a predominant shedding season during which the risk of exposure

of individuals is higher. The short half-life of C. burnetii antibodies allowed

differentiating that the risk of exposure in winter is much lower than by the end of spring-

early summer, which is consistent with a predominant shedding season in deer than

coincides with the breeding season. This particularity of the epidemiology of C. burnetii

in farmed red deer may favour the implementation of control strategies since adequate

management measures in liaison with medical treatments can significantly reduce the

exposure of individuals around the breeding season.

Host individual traits influencing C. burnetii dynamics in red deer

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158

Host individual traits may modulate the relationship that a host establishes with C.

burnetii and age-related effects have been described frequently (Ruiz-Fons et al., 2010c).

In this study we found a significant increase in seroprevalence and antibody level with

the individuals’ age. This may be caused by cumulative effects of continuous exposure to

C. burnetii with time or may be linked to increasing immune competence with the

individual’s age. Two observations point to an effect of host immune competence as the

causal factor for this age-related increase in seroprevalence and antibody levels: i) the

increasing trend in both parameters up to the 4th year of life (similar to findings in cattle,

Guatteo et al., 2008) and the decreasing pattern thereafter; and ii) the low average half-

life of anti-C. burnetii antibodies observed (discussed below).

Acquired immunity after natural infection by C. burnetii at early ages may have a

protective effect over the outcome of future infections since reproductive failure caused

by Q fever is more evident in primiparous females and decreases with age (Astobiza et

al., 2011b; Astobiza et al., 2011c). However, we observed that in calves exposed to C.

burnetii at 7 months of age the average humoral immune response induced by infections

in adulthood did not differ from that observed in non-exposed calves at that age. Whether

the effect derived from natural infection is similar to what we would expect from

vaccination is difficult to predict, but this finding suggests that acquired immunity at early

ages does not prevent re-infection by C. burnetii in the future. This could be linked to the

short average half-life of C. burnetii antibodies observed in deer. Vaccination of deer at

early ages with an appropriate re-vaccination calendar would perhaps induce long-lasting

protection against infection by C. burnetii.

The pattern of antibody levels in the 2013 cohort suggest that deer calves get antibodies

from their mothers early in their lives that then disappear before their 7th month of life.

Maternal-acquired antibodies have also been reported from cattle calves (Tutusaus et al.,

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159

2013). Dairy cows infected with C. burnetii maintain detectable levels of antibodies along

the gestation period and even after partum (García-Ispierto et al., 2011) that are

transmitted to new-born calves with the colostrum. Whether maternal antibodies protect

against infection by C. burnetii is unknown. Results from the 2013 cohort suggest that

maternal antibodies protect calves in their first year of life - perhaps in association to the

concentrated shedding season in late spring, but the presence of antibodies in 7 month-

old animals of the 2008/2009 cohorts contradicts that observation. If we assume - on the

basis of incidence rates - that infection pressure was higher in 2008/2009 than in 2013

and that a high percentage of calves born every year acquire maternal antibodies, we may

hypothesize that under high infection pressure in the herd a percentage of the calves are

not protected during their first year of life. Only proper experimental approaches with a

controlled challenge would offer information to understand the effect of humoral

immunity on protection (Roest et al., 2013a). Nonetheless, our findings suggest that deer

calves should be vaccinated for the first time when they are around 5-6 months of life.

The exact timing for vaccination should be determined through future experiments with

a higher sampling frequency.

An interesting finding that should be born in mind when planning vaccination protocols

in deer farms is that any protection linked to humoral immunity would last only around 6

months. Maternal antibodies in the 2013 cohort were high at 2 months of age and

completely disappeared 5 months later. This observation and the sharp decrease of

antibodies from natural infection from months 14-19 to month 20 suggest an average half-

life of anti-C. burnetii antibodies of 5-to-6 months without natural re-infections.

Therefore, re-vaccination every 6 months would be recommendable to maintain humoral

immunity in deer. The average half-life of antibodies in other species may be higher since

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160

antibodies can be detected even a year after infection in humans (Angelakis & Raoult,

2010).

Conclusions

Red deer are able to maintain C. burnetii and transmit it to other wildlife, livestock, pets

and humans. Current knowledge on the status of C. burnetii in red deer in Iberia together

with results obtained in this study point to this species as a source of Q fever that needs

to be considered by animal and public health authorities.

In endemic herds C. burnetii inter-annual dynamics may be modulated by host herd and

individual factors that should be considered for planning efficient control approaches.

Particular host life history traits (e.g. concentrated breeding) also have an important effect

on the intra-annual variation in the dynamics of C. burnetii. Naturally acquired humoral

immunity seems to have no effect on future re-infection of deer by C. burnetii, perhaps

linked to the observed short average half-life of antibodies in red deer.

Acknowledgements

We are grateful to people that contributed to sample collection, including farm keepers

and members of the SaBio group at IREC (Tania Carta, Joaquín Vicente, Mauricio

Durán and Óscar Rodríguez). We thank Dr. Ursula Höfle for reviewing the English

grammar and expression of the manuscript. The research was funded by ‘Centro para el

Desarrollo Tecnológico Industrial’ (CDTI) of the Spanish Ministry for the Economy

and Competitiveness (MINECO) and by EU-FP7 ‘Antigone’ project. FRF

acknowledges funding by the ‘Ramón y Cajal’ programme of MINECO. IGFM is

funded by the University of Castilla – La Mancha.

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Capítulo II. 4.

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Genotipos de Coxiella burnetii presentes en fauna silvestre en la

península ibérica basados en MLVA

Coxiella burnetii genotypes in Iberian wildlife

David González-Barrio, Ferry Hagen, Jeroen JHC Tilburg, Francisco Ruiz-Fons

FEMSE Microbiology Ecology. En revisión.

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163

Resumen

Para investigar si los genotipos de Coxiella burnetii, agente causante de la fiebre Q, que

circulan en la fauna silvestre están asociados con los genotipos que infectan a ganado

doméstico y a humanos, se llevó a cabo el análisis mediante MLVA (Muliple-locus

variable number tándem-repeat de muestras procedentes de ciervo (Cervus elaphus),

jabalí (Sus scrofa), conejo de monte (Oryctolagus cuniculus), rata de campo (Rattus

norvegicus) y ratón de campo (Apodemus sylvaticus). El tipado mediante MLVA fue

realizado usando 6 loci variables en Coxiella burnetii: Ms23, Ms24, Ms27, Ms28, Ms 33

y Ms 34. La base de datos de Coxiella burnetii dentro de MLVABank 5.0 fue utilizada

para comparar los genotipos encontrados en este estudio con los 344 genotipos de divero

origen dentro de esta base de datos. 22 genotipos de fauna silvestre y dos genotipos de

cabra doméstica fueron identificados. Algunos genotipos identificados en fauna silvestre

fueron también encontrados en en casos de fiebre Q en humanos, sugeriendo que los

humanos y la fauna silvestre comparten genotipos de Coxiella burnetii. El genotipado

muestra una baja diversidad en genotipos de Coxiella burnetii dentro de la misma especie

de hospedador que entre hospedadores. Estos resultados proveen importantes

conocimientos para enternder la epidemiologia de Coxiella burnetii en la interfaz fauna-

ganado-humano.

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Abstract

To investigate if Coxiella burnetii, the causative agent of Q fever, genotypes circulating

in wildlife are associated with those infecting livestock and humans, multiple-locus

variable number tandem-repeat (MLVA-6-marker) analysis was carried out over isolates

from red deer (Cervus elaphus), Eurasian wild boar (Sus scrofa), European wild rabbit

(Oryctolagus cuniculus), brown rat (Rattus norvegicus) and wood mouse (Apodemus

sylvaticus). MLVA typing was performed by using six variable loci in C. burnetii: Ms23,

Ms24, Ms27, Ms28, Ms33 and Ms34. The C. burnetii cooperative database from

MLVABank 5.0 was employed to compare genotypes found in this study with 344 isolates

of diverse origin. Twenty-two genotypes from wildlife and two genotypes from domestic

goats were identified. Some MLVA genotypes identified in wildlife were also isolated

from human Q fever clinical cases, suggesting that humans and wildlife share C. burnetii

genotypes. Genotyping showed lower within-host than between-host diversity of C.

burnetii genotypes. These results provide important insights to understand the

epidemiology of C. burnetii at the wildlife-livestock-human interface.

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165

Introduction

Coxiella burnetii is the causative agent of Q fever, a zoonosis that affects humans and

mammals worldwide (Angelakis & Raoult, 2010). During the past decade information on

the epidemiology, pathogenicity and control of Q fever in European domestic ruminants,

which constitute the major C. burnetii reservoirs, has grown in the scientific literature

(Angelakis & Raoult, 2010). In parallel, genotyping studies have been performed mainly

as a cause of the large-scale human Q fever outbreak in the Netherlands from 2007 to

2010 (Roest et al., 2011a; Tilburg et al., 2012b). In the European context, C. burnetii

genotypes that circulate among domestic ruminants and humans in Hungary, Poland,

Portugal, Spain and the Netherlands have been genotyped (Astobiza et al., 2012b;

Chmielewski et al., 2009; Jado et al., 2012; Santos et al., 2012; Roest et al., 2013b; Sulyok

et al., 2014; Tilburg et al., 2012a). In contrast, information regarding the relevance of

wild hosts in the ecology of C. burnetii is scarce (González-Barrio et al., 2015a;

González-Barrio et al., 2015b; González-Barrio et al., 2015c; González-Barrio et al.,

2015d) and, consequently, genotypes circulating in wildlife have been rarely identified

(Jado et al., 2012, Rijks et al., 2011). Interestingly the origin of several human Q fever

cases remains unclarified (EFSA 2014a) and human-wildlife interaction has been

suggested as a risk factor for human infection with C. burnetii (Whitney et al., 2009). As

long as the efficiency and the range of application of C. burnetii control measures in

domestic animals increase (Astobiza et al., 2011c; Piñero et al., 2014), wild reservoirs of

Q fever may become more relevant (EFSA 2010). Therefore, from an epidemiologic

perspective, typing wildlife-associated C. burnetii genotypes will contribute to identify

the epidemiological link, if any, between wildlife and human and/or livestock Q fever

cases. This information would improve currently on-going prevention and control

measures (e.g. by improving biosafety tools and protocols).

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166

Genotyping C. burnetii from wildlife will help tracing back clinical cases in humans

directly exposed to wildlife, e.g. hunters, wildlife keepers, veterinarians and

slaughterhouse staff, as well as of people exposed indirectly (e.g. by wildlife-generated

infected aerosols). Therefore, the aim of the current study was to type C. burnetii

genotypes circulating in Iberian wildlife by applying multiple-locus variable number

tandem-repeat analysis (MLVA). Typing allowed comparing molecular patterns of

wildlife C. burnetii with patterns of genotypes infecting humans and domestic animals.

The information provided in this study is of great relevance to understand the

epidemiology of Q fever.

Table 1. Details of host origin, geographic origin, type of sample and collection year of qPCR

positive samples considered for Coxiella burnetii genotyping in this study.

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Materials and methods

Samples

Two hundred and fifteen C. burnetii real-time PCR (qPCR) positive samples obtained

from spleen, milk or swabs of various wild species (red deer Cervus elaphus, Eurasian

wild boar Sus scrofa, European wild rabbit Oryctolagus cuniculus, brown rat Rattus rattus

and wood mouse Apodemus sylvaticus) and three goat (Capra aegagrus hircus) bulk-tank

milk samples were included in this study. Details on the number of samples per

geographic origin, collection year, sample type and host are shown in Table 1. Spleen

samples were collected from free-ranging red deer harvested by hunters in commercial

hunting events. Deer samples from Cádiz province - milk and vaginal swabs - were

collected after 3-4 months from calving at a deer farm with a previous history of Q fever

clinical cases in humans and suspected reproductive failure in deer caused by infection

with C. burnetii (González-Barrio et al., 2015c). All samples from free-ranging wild

European rabbits and free-ranging wild boar were collected from animals harvested by

hunters. Small mammals were captured with Sherman traps (H.B. Sherman Traps Inc.,

Tallahassee, FL, USA) and samples were collected during necropsies. European wild

rabbits and small mammals from Cádiz province (Table 1) were collected in the

surroundings or within the surveyed deer farm (González-Barrio et al., 2015b). Bulk-tank

milk samples were collected from a goat farm located in the province of Sevilla, southern

Spain. The geographic locations of all samples are shown in Figure 1.

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168

DNA extraction and qPCR

DNA from spleen, milk and swabs was extracted by using a commercial kit (DNeasy

Blood & Tissue kit, Qiagen, Hilden, Germany) following the protocols provided by the

manufacturer

(http://mvz.berkeley.edu/egl/inserts/DNeasy_Blood_&_Tissue_Handbook.pdf). In order

to improve DNA extraction from swabs, these were kept at 56ºC for 30 min in a solution

containing 20 µl of proteinase K and 200 µl of AL buffer, vortexed for 15 sec and

removed. The sample remained for 30 additional minutes at 56ºC; then, the

Figure 1. Map showing the geographic location of Coxiella burnetii qPCR positive samples

included in this study in relation to hosts. The number of samples per host and province is

shown within each host drawing.

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169

manufacturer's blood extraction protocol was followed. Each sample of milk (200 μl) was

mixed directly with ATL and proteinase K and incubated for 3 h at 56ºC; then, the

manufacturer's blood extraction protocol was followed. DNA aliquots obtained were

quantified (NanoDrop 2000, Thermo Scientific, Waltham, MA, U.S.A.) and frozen at -

20ºC until PCR performance. In order to prevent and detect sample cross-contamination,

negative controls (Nuclease free water; Promega, Madison, WI, U.S.A.) were included

every 10 samples during the DNA extraction procedure. All samples were tested by a

qPCR targeting the IS1111a insertion element of C. burnetii as described previously

(Tilburg et al., 2010).

Multiple-locus variable number tandem-repeat (MLVA) analysis

MLVA analysis was performed using 6 of the most variable loci of the 17 loci previous

described (Arricau-Bouvery et al., 2006). We performed two multicolor multiplex PCR

assays targeting six microsatellite markers containing either six or seven base pairs (bp)

repeat units; 3 hexanucleotide repeat markers (Ms27, Ms28 and Ms34) and 3

heptanucleotide repeat markers (Ms23, Ms24 and Ms33). Primer sequences and PCR

conditions have previously been described (Tilburg et al., 2012b, Klassen et al., 2009).

PCR was performed in a total volume of 20 µl containing 1 U of FastStart Taq DNA

polymerase (Roche diagnostics, Almere, the Netherlands), 0.2 mM, dNTP´s, 4 mM

MgCl2 in 1× reaction buffer, 0.1-1.0 µM of amplification primers and 5 µl of DNA

sample. Samples were 50 times diluted by using ddH2O. One µl of the diluted sample was

added to 8.9 µl of water and 0.1 µl of CC-500 ROX internal size marker (Promega,

Madison, WI, USA). Analysis of the amplification products was performed on an

ABI3500xL Genetic Analyzer (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA). DNA from

the Nine Mile strain of C. burnetii (RSA 493) was used as reference. The number of

repeats in each marker was determined by extrapolation using the relative size of the

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170

obtained fragments to those obtained using DNA from the Nine Mile strain (9-27-4-6-9-

5 for markers Ms23-Ms24-Ms27-Ms28-Ms33-Ms34, respectively).

MLVABank 5.0 as a tool to compare genotypes

The aim of MLVABank (http://mlva.u-psud.fr/mlvav4/genotyping/index.php) is to

facilitate microbe genotyping (including pathogenic bacteria), essentially for

epidemiological purposes. Data from a variety of assays can be managed, including

polymorphic tandem repeat typing (MLVA), multiple locus sequence typing (MLST),

single nucleotide polymorphisms (SNPs), and spoligotyping assays based upon clustered

regularly interspersed palindromic repeats (CRISPRs). In our case, we used MLVABank

Table 2. Coxiella burnetii MLVA genotypes from Iberian wildlife and domestic goats obtained

in this study.a MLVA type designation was given according ti host source (G: Goat; D: red deer

and R: wild rabbit) and a numerical order. b The numbers of repeats in each MLVA locus was

determined by correlating amplicon sizes with those obtained from Nine Mile strain (RSA493). Ø

Almost complete MLVA profile.

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171

to compare our MLVA genotypes with previously published C. burnetii genotypes of

diverse host and geographic origin. We used the Coxiella burnetii2014 cooperative

database, which was set-up by the Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS,

Paris, France) in 2014 by aggregating: i) MLVA data from published whole genome

sequence data by in silico analysis; ii) Data published in 2006 by Arricau-Bouvery et al.

("C. burnetii 2007 Orsay" database); iii) Data, provided by Kinga Sulyok, Miklós

Gyuranecz and colleagues, Institute for Veterinary Medical Research, Budapest, Hungary

("C. burnetii 2014" Hungary” database); iv) Data, both published and unpublished,

produced since 2007 by Jeroen Tilburg and co-workers ("C. burnetii 2014 Nijmegen"

database); and v) Additional published data compiled from the literature ("C. burnetii

published others" database).

Results

All 218 qPCR positive samples had a cycle threshold (Ct) value <40.0. Based on acquired

experience only DNA-samples that revealed a Ct-value <35.0 were considered for MLVA

genotyping. Twenty-six of these samples (9 from red deer, 3 from goats and 14 from

rabbits) were considered for MLVA analysis (Table 2). Overall, 17 complete MLVA

genotypes were obtained from 19 of the 26 samples tested. In 7 of the samples genotypes

were almost complete, i.e. one of the 6 markers did not amplify (Table 2). Figure 2 shows

the relationship between all identified genotypes from deer, rabbits and goats in this study.

Clustering of the MLVA genotypes using the minimum spanning tree method showed

high diversity. In total, three different clusters were defined: i) Genotypes in cluster one

were all obtained from deer and they are all interconnected by repeated number changes

in one of the six markers; ii) Genotypes in cluster two were obtained from rabbits; and

iii) Genotypes in cluster three included goat genotypes, which differ in four markers with

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172

genotypes in cluster two. Clusters one and two are interconnected by three genotypes

from rabbits that differ by repeated number changes in three of the six markers.

Interestingly, the wild rabbit genotype that differs in three markers with genotypes in the

deer cluster comes from northern Spain (Table 2) whereas the rest of genotypes from

rabbits come from the same location from which red deer genotypes were obtained.

Table 3. Samples analyzed for the comparative study in MLVABank based on the host (A) and

geographic origin (B).

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173

Using MLVABank 5.0, we compared 370 genotypes, including the current samples

(Table 3). This comparison is based in the host origin (Appendix 1a) and in the geographic

origin (Appendix 1b) of genotypes. The major part of rabbit genotypes clustered

separately from red deer genotypes, except three rabbit genotypes. Ten of the rabbit

MLVA genotypes clustered with C. burnetii genotypes isolated from human cases in

Canada, France, Portugal and Spain. This rabbit-cluster is linked by a difference of only

a single marker to human genotypes from Portugal (see Appendix 1b). The remaining

rabbit genotypes (n=3) clustered together with the red deer genotypes in a cluster that

included: i) C. burnetii isolated from ticks in the USA, including Nile Mile strains from

USA, Germany and the Netherlands; ii) humans from France, Poland, Portugal and Spain;

iii) a Portuguese goat; iv) a Japanese dairy cow; and v) a hay sample from Sweden.

Discussion

Genotyping by MLVA was employed in this study because it has previously been proved

to be a powerful method to type C. burnetii from a diversity of hosts and geographic

origins (e.g. Roest et al., 2011b; Tilburg 2013). Therefore, MLVA is nowadays the first

choice method to compare C. burnetii genotypes in spite of its limitations.

Few studies reported to have successfully obtained complete MLVA genotypes from

wildlife; e.g. a study in the Netherlands could not obtain complete MLVA genotypes from

roe deer (Capreolus capreolus; Rijks et al., 2011). Other authors opted for multiple PCR

and hybridization methods to genotype C. burnetii of wild origin (Jado et al., 2012),

making therefore comparison with MLVA results difficult. An additional constraint to

typing C. burnetii in wildlife is the difficulty of surveying wildlife during the patent

period, when replication of C. burnetii is higher. None of the wild animals surveyed in

this study had symptoms of being infected by C. burnetii, which hinders obtaining

samples with the adequate C. burnetii concentration for MLVA typing. The major part of

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174

qPCR positive samples (181 out of 218) had Ct-values close to the negative threshold.

None of the MLVA genotypes isolated from rabbits in the current study has previously

been described in other studies (Astobiza et al., 2012; Chmielewski et al., 2009; Santos

et al., 2012; Sulyok et al., 2014; Tilburg et al., 2012b) perhaps indicating that a unique

cluster of closely related genotypes is kept circulating in wild rabbit populations. In

contrast, three MLVA genotypes isolated from red deer had been previously described in

ticks, cattle and humans, other two genotypes (D14 and D15) have a similar MLVA

profile to the genotype D1, which itself is identical to C. burnetii Nine Mile reference

strain. MLVA genotypes D14 and D15 information of a single MLVA marker is missing

(for Ms33 and Ms34 respectively), resulting in an incomplete MLVA profile. If missing

marker regions Ms33 (D14) and Ms34 (D15) contain nine and five repeat units

respectively, their profile is identical to the C. burnetii Nine Mile reference strain. Most

of the other deer genotypes differed only in one marker from those previously described.

This may perhaps suggest that these genotypes are microvariants of a founder genotype

as suggested previously for genotypes from livestock (Astobiza et al., 2012b) or may be

the result of misclassification by MLVA. Nonetheless, these results should be interpreted

with caution due to the low number of C. burnetii that could successfully be genotyped

in this study and the limited geographic diversity of origin of these genotypes. This

drawback was perhaps caused by the low concentration of C. burnetii DNA in wildlife

samples and the requirements of the typing method employed.

MLVA typing of C. burnetii from Iberian wildlife showed a lower diversity within-host

species than between-host species, even though most of the genotypes came from red deer

and rabbits closely coexisting within a C. burnetii endemic focus in southern Spain for

which the presence of the pathogen has been demonstrated in consecutive surveys

(González-Barrio et al., 2015a; González-Barrio et al., 2015b; Ruiz-Fons et al., 2008b).

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175

The three rabbit genotypes that clustered with deer genotypes (Fig. 2, Appendix 1b)

suggest that inter-species transmission is feasible. However, the low number of similar

genotypes found in coexisting deer and rabbits (Table 3, Fig. 2, Appendix 1b) suggests

that inter-species transmission is not as frequent as it would be expected from the multi-

host nature of C. burnetii as previously suggested in coexisting domestic ruminant species

(see de Bruin et al., 2012). Interestingly, Iberian C. burnetii genotypes from rabbit and

deer clustered mainly with C. burnetii isolated from human cases in France and Portugal,

suggesting that a link between humans and wildlife in C. burnetii transmission exists as

previously suspected (González-Barrio et al., 2015c; Whitney et al., 2009; Davoust et al.,

2014). This finding, in addition to the wide geographic distribution of exposure to C.

burnetii of Iberian red deer and wild rabbit populations (González-Barrio et al., 2015b;

González-Barrio et al., 2015c) suggests that wildlife, red deer and European wild rabbit

in particular, may be important wild sources of C. burnetii for humans. An additional

interesting finding was the low similarity of MLVA genotypes from livestock and

wildlife, even considering those from close geographic locations described in this study

(Table3); only genotypes from a Japanese cow and a Portuguese goat clustered with red

deer and rabbit genotypes. This result could be perhaps associated to the design of the

study since the coexistence of wildlife and livestock was not considered as a criterion for

the survey, or could be certainly related to within host predominant circulation of C.

burnetii genotypes as observed in coexisting deer and rabbits in this study and also in

livestock (de Bruin et al., 2012). Further studies in wildlife-livestock interaction scenarios

should be performed to assess whether coexisting wildlife and livestock share C. burnetii

genotypes.

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176

Figure 2. Minimum spanning tree showing the relationship between the obtained MLVA genotypes

identified in this study and four sequenced Coxiella burnetii strains, i.e. Nine Mile RSA493

(AE016828), RSA331 (CP000890), CbuG Q212 (CP001020) and CbuK_Q154 were determined in

silico using the published sequences (Tilburg et al., 2012a). Each circle represents a unique

genotype; the size of the circle corresponds to the number of samples with that genotype. Complete

(19) and almost complete (7) MLVA genotypes were included in this analysis. Branch labels and

connecting lines refer to the number of different markers between genotypes. Genotypes connected

by a grey background differ in only one marker from each other and may represent microvariants

of one founder genotype. Letters and numbers within the circles indicate species and genotype (“G”

for goat, “R” for European rabbit and “D” for deer).

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177

In conclusion, we obtained 15 complete and 7 almost complete C. burnetii genotypes

from Iberian wildlife and two complete genotypes from domestic animals in spite of the

abovementioned difficulties. Some of the MLVA genotypes identified are shared with

humans, showing that the transmission of C. burnetii at the wildlife-human interface is

possible. However, our results do not allow concluding any direction in C. burnetii

transmission - from wildlife to humans or in the opposite direction. Red deer and

European rabbits should be considered as potential C. burnetii reservoirs in Iberia and,

perhaps, also in the rest of Europe.

Funding

This work was funded by EU FP7 Grant ANTIGONE (278976) and CDTI (Centro para

el Desarrollo Tecnológico Industrial, Spanish Ministry for Economy and

Competitiveness-MINECO). F.R-F is supported by the Ramón y Cajal program of the

Spanish Ministry for the Economy and Competitiveness and D.G-B acknowledges

funding by Cátedra UCLM-Fundación ENRESA.

Acknowledgments

We are grateful to Rocío Jiménez Granado for providing the goat bull-tank milk samples

and to colleagues at IREC for wild ungulate sampling. We also wish to thank farm keepers

and the veterinarian - José Antonio Ortiz - of the Cádiz deer farm for their collaboration

in sample collection.

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Capítulo II. 5.

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Genotipado de Coxiella burnetii de fauna silvestre ibérica mediante

PCR e hibridación RLB y relaciones con genotipos de ganado

doméstico y humanos en España

Coxiella burnetii genotypes in Spanish wildlife: implications for livestock and

human health

David González-Barrio, Isabel Jado, Isabel G. Fernández-de-Mera, María Rocío

Fernández-Santos, Manuela Rodríguez-Vargas, Cristina García-Amil, Beatriz Beltrán-

Beck, Pedro Anda, Francisco Ruiz-Fons

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182

Resumen

Las evidencias actuales apuntan a un papel relevante de la fauna silvestre en la ecología

de Coxiella burnetii en todo el mundo. Sin embargo, la falta de información sobre los

genotipos de C. burnetii circulantes en la fauna silvestre impide la trazabilidad de los

casos de animales y de los casos clínicos de fiebre Q en humanos con un possible origen

en la fauna silvestre. Por lo tanto, con el objetivo de comparar los genotipos de C. burnetii

que circulan en España en la fauna silvestre, el ganado y los seres humanos, se

genotiparon 87 muestras provenientes de fauna silvestre y 20 de Ganado mediante PCR-

RLB, de las cuales 38 eran de ciervo rojo (Cervus elaphus), 27 de conejo de monte

(Oryctolagus cuniculus), 13 de mapaches (Procyon lotor) y 9 de pequelos mamíferos

(Microtus arvalis y Mus spp. así como otras 2 muestras de cabra doméstica (Capra

aegragus hircus) y 18 de oveja (Ovis aries). 90 de las 107 muestras fueron positivas a C.

burnetii mediente PCR a tiempo real. Cuatro grupos genomics (I, II, VI y VII) se

encontraron en fauna silvestre y otros cuatro en ganado (I, II, III y IV). Identificamos 7

diferentes genotipos, todos previamente descritos en España. Los genotipos encontrados

en el ganado coinciden con los ya descritos dentro del grupo de ruminates domésticos. El

genotipado mediante PCR-RLB confirma evidencias previas mediante genotipado por

MLVA, que sugieren que C. burnetii puede mostrar adaptaciones a especies particulares

de hospedadores, ya que la mayoría de genotipos de conejo y ciervo se agrupan pore

specie y separados entre sí. Los genotipos de fauna silvestre se agrupan principalmente

con genotipos de garrapatas y con genotipos aislados de casos clínicos agudos de hepatitis

en humanos. Estos resultados sugieren que determinados genotipos de C. burnetii pueden

circular de forma natural en un ciclo entre garrapatas y fauna silvestre, y que

ocasionalmente podrían afectar a humanos por la picadura de garrapatas o por exposición

a la fauna silvestre. Este hallazgo puede estar detrás de la variación observada en la

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presentación clínica de la fiebre Q aguda en humanos en España, con neumonía atípica

predominante en el norte y en el sur de la hepatitis.

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184

Abstract

Current evidences point to a relevant role of wildlife in the ecology of Coxiella burnetii

worldwide. However, the lack of information on C. burnetii genotypes circulating in

wildlife prevents tracing-back clinical animal and human Q fever cases with potential

wildlife origin. Therefore, with the aim of comparing C. burnetii genotypes circulating in

wildlife, livestock and humans in Spain, 87 samples from red deer (Cervus elaphus,

n=38), European wild rabbit (Oryctolagus cuniculus, n=27), raccon (Procyon lotor, n=13)

and small mammals (Microtus arvalis and Mus spp., n=9) as well as 20 additional samples

from goat (Capra aegragus hircus, n=2) and sheep (Ovis aries, n=18) were genotyped by

PCR-RLB. Ninety of the 107 samples were positive to C. burnetii by qPCR. Four

genomic groups - I, II, VI and VII - were found in wildlife and four - I, II, III and IV - in

domestic ruminants. We identified 7 different genotypes, all previously described in

Spain. Livestock genotypes clustered mainly with previously reported genotypes in

livestock. PCR-RLB genotyping confirmed previous findings from MLVA that suggest

that C. burnetii may display adaptations to particular host species because most genotypes

of sympatric deer and rabbits clustered in separate groups. Wildlife genotypes clustered

mainly with tick genotypes and with genotypes isolated from acute hepatitis cases in

humans. Those results suggest that particular C. burnetii genotypes may circulate

naturally in a wildlife-tick cycle that may occasionally jump into humans through tick

bites or exposure to wildlife. This finding may be behind the observed variation in the

clinical presentation of acute Q fever in humans in Spain, with predominant atypical

pneumonia in the north and hepatitis in the south.

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Introduction

Q fever is a zoonotic worldwide-distributed infectious disease caused by Coxiella

burnetii, a gram negative and highly ubiquitous bacterium with high environmental

resistance (Maurin & Raoult, 1999). Domestic ruminants (cattle, goat and sheep), pets

(cats and dogs) and, to a lesser degree, wild mammals are natural reservoirs of C. burnetii

(Angelakis & Raoult, 2010; González-Barrio et al., 2015a; González-Barrio et al.,

2015b). Transmission to humans occurs mainly at the livestock-human interface through

aerosols contaminated with C. burnetii shed by domestic ruminats (Angelakis & Raoult,

2010). Coxiella burnetii infection of mammals is mostly assymptomatic, but in a low-to-

moderate percentage of infections, acute and chronic courses occur. In humans, Q fever

is associated with a multiple clinical spectrum, from asymptomatic or mildly symptomatic

seroconversion to fatal disease. In acute cases, patients may present with any of the

following clinical signs: fever, fatigue, chills, headache, myalgia, skin rash, sweats,

nausea, vomiting, diarrhoea, cough, chest pain, pneumonia, hepatitis, myocarditis,

pericarditis, meningoencephalitis and, even, death. A low percentage of acute cases -

especially patients with previous valvulopathy and, to a lesser extent,

immunocompromised persons and pregnant women - evolve to more severe and

complicated chronic courses that may present with endocarditis, vascular alterations,

osteoarticular disease, chronic hepatitis, chronic pulmonary infections or chronic fatigue

syndrome which can be fatal without an appropriate treatment (Maurin & Raoult, 1999).

It is assumed that domestic ruminants are the main reservoir of C. burnetii for humans.

Identical genotypes have been isolated in humans, goats and sheep but not in cattle during

the 2007-2010 Dutch outbreak of Q fever (Tilburg et al., 2012b). This finding has also

been observed in Spain, where no genomic group (GG) of cattle has been found in humans

(Jado et al., 2012).

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186

Little information exists on the pathogenesis of C. burnetii strains associated with clinical

cases in humans and animals (Van Schaik et al., 2013). Nevertheless, various studies have

tried to identify molecular markers associated to the different clinical manifestations of

acute and chronic Q fever in humans, which are also of application for the characterization

of animal strains (Massung et al., 2012; Frangoulidis et al., 2013). Variations in plasmid

DNA of C. burnetii has been described to relate to clinical manifestations of infection

(Samuel et al., 1985). Plasmids QpH1 and QpRS were reported to be associated with

acute and chronic Q fever, respectively, whereas plasmids QpDG and QpDV are not

related with clinical manifestations. This plasmid classification is correlated with the

genomic groups I to VI described after restriction fragment length polymorphism (RFLP)

and microarray analyses (To el., 1998; Beare et al., 2006). QpH1 is present in genomic

groups I-III. QpRS represents groups IV and V that have been isolated from patients with

endocarditis (Maurin & Raoult, 1999). The group VI is formed by a special group

obtained from feral rodents in Dugway (Utah, USA), which carries plasmids QpDG and

QpDV (Mallavia, 1991). Another molecular marker related to clinical manifestations of

C. Burnetii infection is the acute disease antigen A (adaA). This antigen was described

as a diagnostic marker for acute Q fever (To et al., 1998; Zhang et al., 2005) whereas

adaA negative strains are related to chronic cases.

In Spain, clinical manifestations are geographically dependent (Montejo et al., 1985),

with a higher proportion of pneumonic forms in the north of Spain (Tellez et al., 1988;

Espejo et al., 2014) whereas in southern Spain the proportion of hepatitis and fever of

intermediate duration cases is higher (de Alarcón et al., 2003). The reasons for this

geographic clustering are still unclear and molecular studies would help clarifying this

phenomenon. Jado et al. (2012) studied strains from human, livestock and wildlife origin

and found that cattle seems not to participate in the transmission of C. burnetii to humans.

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187

In contrast, sheep, goats, wild boar, rats and ticks share genotypes with the human

population. None of the strains detected in wildlife (wild boar, rats and ticks) was among

the most virulent genomics groups for humans (I-III) but clustered with strains isolated

from human cases of acute hepatitis and chronic infections. The participation of wildlife

in the life cycle of C. burnetii is a fact (Ruiz-Fons, 2012; González-Barrio et al., 2015a;

González-Barrio et al., 2015b) and wildlife-associated strains could carry genetic

variations leading to potentially emerging strains causing trouble to animal and human

health in the future (Gortázar et al., 2014a). Therefore, the aims of this study were: i) to

characterize Coxiella burnetii genotypes circulating in Iberian wildlife; and ii) to estimate

if wildlife genotypes are shared with domestic animals and humans in Spain.

Figure 1. Map showing the geographic location of samples included in this study for Coxiella

burnetii genotyping in relation to hosts. The number of samples per host and province is shown

within each host drawing

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188

Material and Methods

Samples

One hundred and seven samples obtained from authoctonous Iberian wildlife, domestic

animals and exotic wild species were collected for this study. Spleen samples of red deer

(Cervus elaphus) were collected from free-ranging red deer harvested by hunters in

commercial hunting events in south-central (Ciudad Real province) and nothern Spain

(Asturias province). Deer samples from Cádiz province (southern Spain) - milk and

vaginal swabs - were collected at a C. burnetii endemic red deer farm with a previous

history of acute Q fever in humans and in deer (González-Barrio et al., 2015c). All

samples from free-ranging European wild rabbits (Oryctolagus cuniculus) were collected

from animals harvested by hunters in Cádiz, Sevilla (southern Spain), Ciudad Real,

Toledo (south-central Spain) and Zaragoza (north-eastern Spain) provinces. Samples

from small mammals from Asturias and Palencia provinces (northern Spain) were

collected during necropsies performed to individuals captured during previous projects

of our group. Rabbits surveyed in Cádiz province were collected nearby the surveyed deer

farm in the same province (González-Barrio et al., 2015a) where both species coexist.

Spleen samples from racoons (Procyon lotor) were collected during necropsies performed

to individuals trapped in Madrid and Guadalajara provinces (central Spain) during

population control campaigns approved by Spanish animal conservation authorities

because of their invasive nature (Beltrán-Beck et al., 2012b). Samples collected from

domestic animals consisted in bulk-tank milk samples from a dairy goat farm located in

the province of Sevilla and semen samples from rams of the Manchega sheep breed in

Ciudad Real province (Ruiz-Fons et al., 2014b). Details on the number of samples per

geographic origin, sample type and host are shown in Table 1. A map displaying the

geographic locations of samples is shown in Figure 1.

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189

DNA extraction

DNA from spleen, milk, swabs and semen was extracted by using a commercial kit

(DNeasy Blood & Tissue kit, Qiagen, Germany) following the protocols provided by the

manufacturer

(http://mvz.berkeley.edu/egl/inserts/DNeasy_Blood_&_Tissue_Handbook.pdf). In order

to improve DNA extraction from swabs, these were kept at 56ºC for 30’ in a solution

containing 20 µl of proteinase K and 200 µl of AL buffer, vortexed for 15” and removed.

The sample remained for 30 additional minutes at 56ºC; then, the manufacturer's blood

extraction protocol was followed. Each sample of milk (200 μl) was mixed directly with

ATL and proteinase K and incubated for 3 h at 56ºC; then, the manufacturer's blood

extraction protocol was followed. DNA aliquots obtained were quantified (NanoDrop

2000, Thermo Scientific, Waltham, MA, U.S.A.) and around 200 ng of DNA were used

in each PCR. To improve DNA extraction from semen we employed a protocol described

previously (Ruiz-Fons et al., 2014b). In order to prevent and detect sample cross-

contamination, negative controls (Nuclease free water; Promega, Madison, WI, U.S.A.)

were included every 10 samples during the DNA extraction procedure. DNA extracted

from COXEVAC vaccine (CEVA Santè Animale, France) was employed as positive

control.

Molecular detection and genotyping of C. burnetii

Previous to genotyping a screening assay was used for the detection of C. burnetii;

IS1111-based PCR coupled with hybridization with a specific probe by reverse line

blotting (RLB) was used for detection of C. burnetii (Willems et al., 1994; Berri et al.,

2000; Barandika et al., 2007; Jado et al., 2012). The reaction mix included 80 μg/tube of

bovine serum albumin (Roche Diagnostics GmbH, Manheim, Germany), 3.75 mM MgCl2

(Applied Biosystems, Branchburg, NJ, USA) 200 μM dNTPs (Applied Biosystems,

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190

Branchburg, NJ, USA) and 4U of AmpliTaq GoldW DNA Polymerase (Applied

Biosystems, Branchburg, NJ, USA). Primer concentrations ranged from 0.6 to 1 μM (Jado

et al., 2012). The amplification cycles included an initial cycle of 94ºC for 9’, followed

by 40 cycles of 94ºC 30”, 60ºC 1’, and 72ºC 1’, with a final extension at 72ºC for 10’.

The amplifications were performed in an MJ Research PTC-200 (Bio-Rad Laboratories,

S.A., Alcobendas, Spain) in volumes of 50 μl. Hybridization by RLB was performed as

previously described (Jado et al., 2006) using 48ºC for the hybridization and 40ºC for the

conjugate and the washing steps. Concentration of probes ranged from 0.8 to 6.4 pmol/μl

(Jado et al., 2012). Two overlapping films (SuperRX, Fujifilm España S.A., Barcelona,

Spain) were used in each assay to obtain a less and more exposed image for each

membrane. The results of the GT study were further analyzed by using InfoQuest™FP

4.50 (BioRad, Hercules, CA, USA). Clustering analyses used the binary coefficient

(Jaccard) and UPGMA (Unweigthed Pair Group Method Using Arithmetic Averages) to

infer the phylogenetic relationships.

Results

Ninety samples were positive to qPCR and RLB hybridization with cycle threshold (Ct)

values <40.0. Six genomics groups were determined: I, II, III, IV, VI and VII as

previously described (Jado et al., 2012). Four genomics groups - I, II, VI and VII - were

found in wildlife samples, three - I, VI and VII - in red deer, two - I and VII - in wild

rabbits and two - I and II - in racoons. In domestic animals four genomics groups - I, II,

III and IV - were found, three - I, II and III - in sheep and one - VI - in goat (Table 2).

Within genomic groups of red deer, group I was detected in three milk samples from

Cádiz province and in two spleen samples from Ciudad Real province. In other two

samples of red deer from Cádiz - vaginal swabs and milk - genomics groups VI and VII

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191

were detected. In rabbits, a total of 8 samples were genotyped. Group VII was detected

in four samples from Cádiz (uterus and vaginal swabs) and in one sample (spleen) from

Toledo province. Two spleen samples of wild rabbits from Zaragoza and one spleen

sample from Sevilla belonged to group I. Within the racoon samples (spleen), group I was

detected in three samples from Madrid and group II in two samples from Guadalajara.

In the other hand, four different genomic groups were detected in livestock from Sevilla

and Ciudad Real provinces. Groups I, II and III were found in semen samples of sheep in

Ciudad Real province. In goat bulk-tank milk samples from Sevilla province genomic

group IV was found in two samples.

Finally, the adaA was present in all samples of genomic group III (all from sheep). Eigth

of thirteen samples from group I were adaA positive. Samples of genomic groups II, IV,

VI and VII were all adaA negative (Table 2).

Table 1. Host origin, geographic origin, sample type and number of C. burnetii qPCR

positive samples employed in this study.

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192

Table 2. Summary of genotypes within genomic groups found in domestic and wild animals analyzed in this study

Host Sample Province Ct

CB

U00

07

CB

U00

71

CB

U01

68

CB

U05

98

CB

U08

81

CB

U18

05

CB

U20

26

CB

U09

52*

Gen

om

ic

gro

up

Goat

(Capra aegagrus hircus) Bulk-tank milk

Sevilla 31,12 IV-

Sevilla 32,48 IV-

Racoon (Procyon lotor)

Spleen

Guadalajara 34,54 I-

Madrid 35,08 I+

Madrid 35,27 I+

Guadalajara 35,19 II-

Guadalajara 35,46 II-

Red deer

(Cervus elaphus)

Milk Cadiz 32,18 I+

Cadiz 34,17 I+

Vaginal swab Cádiz 32,50 I+

Spleen Ciudad Real 33,02 I+

Ciudad Real 33,02 I+

Vaginal swab Cádiz 31,40 VI-

Milk Cádiz 33,22 VII-

Sheep (Ovis aries)

Semen

Ciudad Real 35,29 I-

Ciudad Real 33,63 I+

Ciudad Real 34,23 II-

Ciudad Real 34,46 II-

Ciudad Real 35,29 III+

Ciudad Real 36,53 III+

European wild rabbit

(Oryctolagus cuniculus)

Spleen

Sevilla 35,76 I-

Zaragoza 21,89 I-

Zaragoza 25,12 I-

Vaginal swab Cádiz 28,48 VII-

Cádiz 31.18 VII-

Uterus Cádiz 29.93 VII-

Cádiz 35,46 VII-

Spleen Toledo 32,09 VII-

*: Acute disease antigen A (adaA).

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193

Discusion

In this study, we identify genotypes of C. burnetii present in wildlife by PCR and RLB

hybridization and compare these with previously described genotypes in wildlife, humans

and livestock in Spain. Information gathered in this study will be of help to understand

the complex ecology of this multi-host pathogen in a country in which C. burnetii is

endemic.

Methodological considerations

We opted for multiple PCR and hybridization previously described methods (Beare et al.,

2006; Jado et al., 2012) to genotype wildlife C. burnetii because of the higher amount of

existing information in humans and livestock in Spain using this typing methods (Jado et

al., 2012). Coxiella burnetii strains from wildlife have been previously genotyped by

MLVA (Rijks et al., 2011; Davoust et al., 2014; Cumbassá et al., 2015; Capítulo III.4).

However, MLVA information on Spanish C. burnetii genotypes is scarce at large scales

in the country and multiplex PCR coupled with RLB hybridization is able to counteract

some of the MLVA drawbacks such as the differentiation of microvariants of a same

genotype (Piñero et al., 2015; Astobiza et al., 2012b; Capítulo III.4).

The method employed here is quick, reproducible and sensitive. It can be applied directly

to clinical and environmental samples, and is able to identify up to 16 genotypes

depending on adaA presence/absence. This will facilitate the acquisition of global data

on the circulation of genotypes of C. burnetii and complements existing information

obtained by MLVA. This method provides additional information on the virulence of C.

burnetii strains of wildlife origin for humans since different genomic groups are involved

in acute and chronic manifestations of Q fever. Van Schailk et al. (2013) proposed that

genotypes in groups I, II and III are highly virulent and cause acute Q fever cases - the

Nine Mile strain is within group I – whereas the rest of genomic groups appear with higher

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194

frequency in chronic Q fever cases. However, Jado et al. (2012) found most human acute

Q fever cases in Spain caused by genotypes VII and VIII and chronic cases associated to

group IV. Other authors have described an outer membrane protein-coding gene (adaA)

associated with acute Q fever-causing strains when present and to chronic cases when

absent (Zhang et al., 2005). Few studies focused in wildlife genotypes of C. burnetii in

Spain with this method and therefore this study comes to complement existing

information on wildlife.

Completing the spectrum of information on Coxiella burnetii genotypes in Spain

Overall, we identified 6 genomics groups and 7 different genotypes. All genotypes found

in this study fell within previously described genomic groups (Hendrix et al., 1991;

Glazunova et al., 2005; Svraka et al., 2006; Arricau-Bouvery et al., 2006). All found

genotypes except two were previously described in Spain (Jado et al., 2012). Genotypes

found in goats and sheep in this study were previoulsy described in these species in Spain

except genotypes I- and II- that were found in Manchega sheep from Ciudad Real

province.

Genomic group I was found in sheep, racoons, deer and wild rabbits in this study.

Genotypes in this gemonic group have been isolated in humans with acute pneumonia

and in a sheep placenta in northern Spain (Jado et al., 2012). Current results in Spain have

found genotypes in group I in southern, central and northern Spanish provinces,

suggesting this genomic group displays both geographic and host wide ranges in the

country.

Genomic groups II and III have been detected in livestock previously (Beare et al., 2006;

Jado et al., 2012). However, although group III was herein detected only in sheep,

genotypes in group II (specifically genotype II-) were detected in racoons. Whether

racoons, an alochthonous and invasive species to Spain (Rodríguez-Refojos &

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195

Zuberogoitia, 2011), got infected from livestock or carried out this genotype from their

areas of origin before introduction is difficult to determine. Previous reports in Spain

found a restricted geographic distribution of group II genotypes; just genotype II+ was

found in sheep in northern Spain (Jado et al., 2012). We detected the presence of genotype

II- in sheep and racoons in south-central Spain but not in the rest of studied provinces,

suggesting a restricted distribution of C. burnetii genotypes within the genomic group II.

In contrast, Jado et al. (2012) described genotype III+ in samples from domestic

ruminants allover Spain, including the province in which this genotype was found in

sheep in this study. The absence of genomic group III genotypes in Spanish wildlife

together with the wide distribution reported in domestic ruminants suggests that genotype

III+ may be a livestock genotype.

Genomic group IV has been detected in domestic - sheep and goat - and wild - rat and

wild boar - animals, and in humans in a high number of Spanish provinces (Jado et al.,

2012; this study). The absence of genotypes in genomic group IV in wildlife in our study

suggests that, although being able to infect wildlife, this group is mainly a livestock-

human shared group of C. burnetii genotypes. Wildlife infected by genotypes in group

IV - wild boar and rat - are species with important links to human activities (Ruiz-Fons,

2015; Acevedo et al., 2014; Reusken et al., 2011; Meerburg & Reusken 2011) and may,

therefore, get infected by interacting with livestock. In humans genomic group IV has

been isolated from acute hepatitis cases, but is predominantly associated to chronic cases

(Jado et al., 2012).

Genomic group V has not been found in Spain to date including the results of this study.

A genotype (VI-) in the genomic group VI was found only in a red deer from southern

Spain in this study whereas a unique genotype (VII-) in genomic group VII was found in

red deer and wild rabbits from south-central and southern Spain. Previous studies found

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196

C. burnetii genotypes in groups VI and VII in hard ticks of the species Hyalomma

lusitanicum (VI and VII), Dermacentor marginatus (VII) and Rhipicephalus sanguineus

(VII) and also in Q fever human cases of acute hepatitis in southern and northern Spain,

and in the Canary Islands (Jado et al., 2012). Interestingly, genotype VII- was, together

with genotypes I+ and I-, the most frequent genotype found in wildlife in this study. This

finding may suggest the existence of a wild cycle of these genomic groups between ticks

and wild hosts - e.g. red deer and rabbits. Could a tick-wildlife cycle of C. burnetii be

behind the geographic clustering of Q fever clinical presentations in humans in Spain?

Several epidemiologic evidences point to a potential implication of a tick-wildlife cycle

with occassional transmission events to humans (directly through tick bites or indirectly

through wildlife contaminated aerosols) in this geographic cluster of Q fever clinical

presentation in humans: 1) The major part of C. burnetii genotypes isolated from patients

with acute hepatitis in Spain belongs to genomic groups VI and VII (Jado et al., 2012);

2) Genotypes found in different tick species in central Spain belong to groups VI and VII;

3) These genomic groups are more prevalent (especially group VII) in red deer and wild

rabbits from central and southern Spain; 4) Main red deer and rabbit distribution areas in

Spain are in central and southern Spain (see González-Barrio et al., 2015a, González-

Barrio et al., 2015b) where population densities of both species reach the highest reported

values in Spain (Acevedo et al., 2008; Delibes-Mateos et al., 2008). Host density is a

relevant factor driving the risk of infection by C. burnetii (Álvarez et al., 2012; Piñero et

al., 2014; González-Barrio et al., 2015b); 5) Wild ungulates and small mammals are

important hosts of Hy. lusitanicum and D. marginatus (Estrada-Peña et al., 2004; Ruiz-

Fons et al., 2006b; Ruiz-Fons et al., 2013). Whereas small mammals - e.g. rabbits - host

immature stages of these tick species, wild ungulates host the adult stages (Hillyard et al.,

1996; Estrada-Peña et al., 2004; Ruiz-Fons et al., 2006b; Apanaskevich et al., 2008).

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197

Domestic ungulates may also host these tick species although they’re frequently treated

with antiparasitaries. Increasing density trends of deer in southern Spain (Acevedo et al.,

2008; Apollonio et al., 2010) promote increasing densities of ticks by increasing the

reproductive success of adult ticks within the population (e.g. Ruiz-Fons & Gilbert,

2010b). Wild ungulates, especially red deer, are also important hosts for Rh. bursa, which

as a member of the Rhipicephalus genus could also participate in a tick-wildlife cycle of

C. burnetii. Wild rabbits are important hosts to Rh. pusillus (Estrada-Peña et al., 2004), a

tick in the Rh. sanguineus complex that has been also found positive to C. burnetii

(Toledo et al., 2009); 6) The map of the most suitable areas for Hy. lusitanicum in Spain

(Estrada-Peña et al., 2013) shapes the geographic distribution of acute hepatitis

manifestations of Q fever in the country (Montejo et al., 1985; de Alarcón et al., 2003);

7) Red deer and domestic rabbits, and perhaps other wild hosts (González-Barrio et al.,

2015a, González-Barrio et al., 2015b, González-Barrio et al., 2015d) are reservoirs of C.

burnetii in Spain; and 8) The 8.7% of questing Hy. lusitanicum ticks in central Spain are

infected with C. burnetii (Toledo et al., 2009). Indeed, tick studies in northern Spain found

a low prevalence of C. burnetii positive Haemaphysalis punctata whereas the most

abundant exophilic tick species - Ixodes ricinus, H. inermis, H. concinna and D.

reticulatus - were negative (Barandika et al., 2008). Red and roe deer are relevant hosts

for adult stages of I. ricinus and H. concinna (Ruiz-Fons et al., 2006b). Additionally, both

wild ungulate species have been found infected by C. burnetii in northern Spain (Ruiz-

Fons et al., 2008b; González-Barrio et al., 2015b). These eight points support the

proposed hypothesis. However, current existing data on the host and geographic

distribution of C. burnetii genotypes in Spain is not completely representative of the real

status of the pathogen. Therefore, this hypothesis should be tested in future research

Page 198: Coxiella burnetii) en fauna silvestre ibérica.digital.csic.es/bitstream/10261/147408/1/fiebreQburnetti.pdf · C. burnetii en diferentes especies de fauna silvestre ibérica, concretamente

198

approaches and the information on circulating C. burnetii genotypes should be improved

as well.

We didn’t find genomic group VIII in this study even though it has been reported in

livestock and humans in mainland Spain and the Canary Islands (Jado et al., 2012).

Finally, the presence of the marker for virulence of C. burnetii genotypes (adaA) in

wildlife also manifests the risks for humans of acquiring C. burnetii of wildlife origin

(van Schailk et al., 2013).

Conclusions

Coxiella burnetii genotypes are shared by wildlife, humans and livestock in Spain.

Certain C. burnetii genomic groups are more prone to be found in livestock whether

others are more frequent in wildlife and ticks, suggesting particular pathogen-host

adaptations that have been previously suggested (Capítulo IV). Molecular,

epidemiological and ecological evidences suggest that wildlife - and certain tick species

- may be behind the geographic pattern observed in the clinical presentation of acute Q

fever human cases in Spain.

Acknowledgements

We are grateful to colleagues at IREC (Jesús T. García, Javier Viñuela, Christian

Gortázar, Tania Carta, Mariana Boadella, José Ángel Barasona, João Queirós), to

gamekeepers and to Francisco J. García for their help in wildlife surveys. We also

acknowledge the collaboration of personnel at CERSYRA (Valdepeñas, Ciudad Real) to

collect sheep samples and Rocío Jiménez Granado for kindky providing the goat bulk-

tank milk samples. This study was funded by European Union FP7 ANTIGONE project

(278976) and partly by project RZ2010-00006-C02-01 of the Spanish Ministry for the

Economy and Competitiveness-MINECO. Grant support for this work was also from

INIA RTA2013-00051-C02-02 “Estudio de la viabilidad y caracterización de Coxiella

Page 199: Coxiella burnetii) en fauna silvestre ibérica.digital.csic.es/bitstream/10261/147408/1/fiebreQburnetti.pdf · C. burnetii en diferentes especies de fauna silvestre ibérica, concretamente

199

burnetii en explotaciones de pequeños rumiantes: dinámica y evolución de sus genotipos

e implicaciones en Salud Pública”. F.R-F. acknowledges funding from MINECO through

a ‘Ramón y Cajal’ research contract.

Page 200: Coxiella burnetii) en fauna silvestre ibérica.digital.csic.es/bitstream/10261/147408/1/fiebreQburnetti.pdf · C. burnetii en diferentes especies de fauna silvestre ibérica, concretamente

200

Capítulo III. Vías de

transmisión de Coxiella

burnetii en fauna silvestre

ibérica.

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201

Capítulo III. 1.

Page 202: Coxiella burnetii) en fauna silvestre ibérica.digital.csic.es/bitstream/10261/147408/1/fiebreQburnetti.pdf · C. burnetii en diferentes especies de fauna silvestre ibérica, concretamente

202

Vías de excreción de Coxiella burnetii y otros patógenos relevantes en

jabalí (Sus scrofa)

Shedding patterns of endemic Eurasian wild boar (Sus scrofa) pathogens

David González-Barrio, María Paz Martín-Hernando, Francisco Ruiz-Fons

Research in Veterinary Science. 2015. 102:206–211

Page 203: Coxiella burnetii) en fauna silvestre ibérica.digital.csic.es/bitstream/10261/147408/1/fiebreQburnetti.pdf · C. burnetii en diferentes especies de fauna silvestre ibérica, concretamente

203

Resumen

El jabalí ha experiementado un explosión demográfica en todo el mundo que aumenta el

conocimiento sobre los patógenos compartidos. Sin embargo las rutas de excreción de

los patógenos más relevantes en jabalí son desconocidas. Previas observaciones

relacionadas con el sexo y la edad en el exposición del virus de la enfermedad de

Aujeszky (VEA) nos llevó a la hipótesis de que los patrones de excreción de patógenos

endémicos de jabalíes pueden estar influenciados por los factores individuales. En este

trabajo investigamos las rutas de excreción del virus de la enfermedad de Aujezky, el

parvovirus porcino, el circovirus porcino tipo 2 y Coxiella burnetii y analizamos el

efecto del sexo y la edad del hospedador en los patrones de excreción de los patógenos.

La presencia de anticuerpos de estos patógenos en suero fue analizada por medio de

ensayo por inmunoadsorción ligado a enzimas (ELISA) y el AND del patógeno en

hisopos orales, nasales, rectales y genitales fue analizado por medio de PCR. La

influencia del sexo y la edad en la prevalencia de excreción de los patógenos fue

analizada estadísticamente. Las principales rutas de excreción del virus de Aujeszky, del

parvovirus porcino, del circovirus porcino tipo 2 y de Coxiella burnetii fueron

identificadas, sin embargo la hipótesis en la relación del sexo y la edad con la excreción

no se pudo confirmar.

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204

Abstract

The Eurasian wild boar has experienced a worldwide demographic explosion that

increases awareness on shared pathogens. However, shedding routes of relevant wild boar

pathogens are unknown. Previous observations on sex- and age-related differences in

Aujeszky's disease virus (ADV) exposure led us to hypothesize that shedding patterns of

endemic wild boar pathogens may be influenced by individual traits.We investigated

shedding routes of ADV, porcine parvovirus (PPV), porcine circovirus type 2 (PCV2)

and Coxiella burnetii and analysed the effect of host sex and age on pathogen shedding

patterns. The presence of pathogen antibodies in serum and of pathogen DNA in oral,

nasal, genital and rectal swabs was analysed by ELISA and PCR, respectively. The

influence of sex and age in pathogen shedding prevalence was tested statistically. Main

routes of ADV, PPV, PCV2 and C. burnetii shedding were identified but the hypothesis

of sex- and/or age-related shedding patterns couldn't be confirmed.

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205

Introduction

Populations of the Eurasian wild boar (Sus scrofa) have experienced an unprecedented

demographic explosion in their native historic range in the last three decades, from

Western Europe to Japan (Cowled et al., 2009; Saito et al., 2012; Massei et al., 2015).

This demographic trend comes along with significant increase in pathogen prevalence

and distribution (Gortázar et al., 2006; Ruiz-Fons et al., 2006, 2007; Meng et al., 2009),

which is reflected by the spread of pathogens to naïve populations (Boadella et al., 2011;

EFSA, 2014) or by increasing prevalence of endemic pathogens (Vicente et al., 2005;

Boadella et al., 2012a; Pannwitz et al., 2012). These epidemiological change may increase

the risk of transmission of shared pathogens at the wild boar-livestock human interface

(Ruiz-Fons et al., 2008). Pathogens such as Aujeszky's disease virus (ADV), porcine

parvovirus (PPV), porcine circovirus type 2 (PCV2) and Coxiella burnetii may impact

wild boar population dynamics (Ruiz-Fons et al., 2006; Schulze et al., 2010), threaten

conservation of endangered species (Gortázar et al., 2010), interfere with pathogen

control campaigns in domestic animals (Ruiz-Fons et al., 2008; Boadella et al., 2012b) or

cause emerging disease outbreaks in humans (Tilburg et al., 2012). Understanding how

and at which rate pathogens are transmitted both within wild boar and to in-contact

species is essential to understand pathogen ecology and design effective preventive and

control strategies (Boadella et al., 2012c). Aujeszky’s disease (AD), caused by suid

alphaherpesvirus 1, affects both wild and domestic swine. Wild boar may constitute an

important threat to ADV eradication campaigns or to the maintenance of AD-free status

(Boadella et al., 2012b). In pigs ADV is shed by nasal exudates, saliva, vaginal mucus,

sperm, milk, faeces and occasionally urine. Similar, although not yet proven, shedding

routes should be expected for wild boar. Some studies point to direct contact of wild boar

as the most important pathway for ADV transmission (Romero et al., 2001; Ruiz-Fons et

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206

al., 2007). On the basis of differing seroprevalence patterns between males and females,

it was hypothesized (Ruiz-Fons et al., 2007) that oral/nasal transmission of ADV would

constitute the main route of transmission between wild boar females within female

groups, whereas transmission between sexes would be more frequent during the mating

season (both by oral/nasal and venereal transmission). PPV causes reproductive failure in

swine. Domestic pigs get infected by PPV by the oronasal, transplacental and veneral

routes (Mengeling, 2006). However, transmission pathways in wild boar remain unknown

in spite of the high PPV prevalence observed in free-roaming wild boar (Ruiz-Fons et al.,

2006; Roic et al., 2012). PCV2 is the aetiological agent of post-weaning multisystemic

wasting syndrome in domestic pigs and wild boar (Schulze et al., 2003; Segalés et al.,

2012). The ability of PCV2 to infect bronchial and bronchiolar epithelial cells (Magar et

al., 2000) and its isolation from bronchial, nasal, tonsilar, salivary, ocular, faecal and

urinary swabs in domestic pigs (Segalés et al., 2005) suggest that oronasal secretions,

urine and faeces are potential routes of viral shedding and transmission, also in wild boar.

Coxiella burnetii, the causal agent of Q fever, is a multi-host, highly environmentally

resistant pathogen with high potential of causing human Q fever outbreaks (Tilburg et al.,

2012). Very recently, C. burnetii has been reported in Spanish wild boar (Astobiza et al.,

2011). However, nothing is known about infection and shedding pathways in suids to

date. Shedding routes of C. burnetii in ruminants ˗ and perhaps also in suids ˗ are mainly

vaginal secretions, faeces and milk (Maurin and Raoult, 1999). Our main goal was

identifying shedding routes of ADV, PPV, PCV2 and C. burnetii in free-roaming wild

boar. Previous observations on sex- and age-related differences in ADV exposure

(Romero et al., 2001; Ruiz-Fons et al., 2007) led us to hypothesize that shedding patterns

of ADV, and perhaps of other endemic pathogens of wild boar, may be influenced by

wild boar individual traits, e.g. sex and age.

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207

Materials and methods

Study area and sample collection

Hunter-harvested wild boar were surveyed in commercial hunting events (known as

“monterías”) during the 2010/2011 and 2012/2013 hunting seasons (from mid-October to

mid-February) in 4 public hunting estates (ED, QM, RF and RO; Figure 1) located in

Montes de Toledo, south-central Spain (Vicente et al., 2005). Five individuals were

surveyed in August. Animals were not particularly hunted for this study; the authors

assisted to “monterías” for sample collection. We selected hunting estates that were

identified as endemic for ADV, PPV and PCV2 (seroprevalences ranging 50%-60%) in

previous studies (Vicente et al., 2004; Ruiz-Fons et al., 2006, 2007; Boadella et al.,

2012a). The status of C. burnetii was unknown, but the recent evidence of wild boar

carrying C. burnetii in northern Spain (Astobiza et al., 2011) pointed out the need of

investigating this zoonotic pathogen in our study populations. Sex was recorded and the

age was estimated by tooth eruption patterns (Sáenz de Buruaga et al., 1991). Age was

classified in three classes: i) juveniles (0-12 months old); ii) sub-adults (1-2 years old);

and iii) adults (>2 years old). Nasal, oral, rectal and genital secretion samples were

individually collected from surveyed wild boar with sterile swabs (Table 1) and preserved

at 4ºC until arrival to the laboratory; genital swabs in males were collected by inserting

the swab in the foreskin. Swabs were frozen at - 80ºC before four hours from collection.

Blood was collected from the cavernous sinus or from the thoracic cavity into sterile tubes

and kept refrigerated until arrival to the laboratory. Blood was centrifuged at 3,000g for

10' and the serum preserved at -20ºC.

Serological analysis

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208

The presence of specific antibodies against ADV, PPV, PCV2 and C. burnetii in wild

boar sera was analysed by commercial ELISA kits: IDEXX HerdCheck Anti-ADV gpl

(IDEXX Inc., USA; Ruiz-Fons et al., 2007), ELISA PPV compact (INGENASA, Spain;

Ruiz-Fons et al., 2006), ELISA CIRCO IgG (INGENASA, Spain; Boadella et al., 2012a)

and LSI Q fever ruminant serum/milk ELISA kit (LSI, France; González-Barrio et al.,

2015), respectively.

PCR analysis

DNA from swabs was extracted using a commercial kit (DNeasy ® Blood & Tissue kit,

Qiagen, Germany) following the protocols provided by the manufacturer. In order to

improve DNA extraction from swabs, these were kept at 56ºC for 30' in a solution

containing 20 μl of proteinase K and 200 μl of AL buffer, vortexed for 15" and discarded.

The sample remained at 56ºC for 30 additional minutes. After that, the manufacturer's

blood extraction protocol was followed. DNA aliquots obtained were quantified

Figure 1. Geographic location of the study hunting estates within peninsular Spain.

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209

(NanoDrop 2000c/2000, Thermo Scientific, USA) and frozen at -20ºC until PCR

performance. In order to discard sample cross-contamination, negative controls (Nuclease

free water, Promega, USA) were included during DNA extraction. Every sample with a

DNA concentration over 50 ng/μl was homogenised to this concentration by adding the

appropriate volume of sterile nuclease free water (Promega, USA). This step intended to

optimize DNA concentration to be within the optimal range of the PCR mix employed

(PCR Master Mix, Promega, USA) according to the specifications of the manufacturer.

Later on, a nested conventional PCR targeting the highly conserved sequence of ADV

glycoprotein B (gB) was performed on DNA from swabs (oral, nasal, rectal and genital)

as previously described (Ruiz-Fons et al., 2007). Detection of PPV and PCV2 DNA in

swabs was carried out by a multiplex conventional PCR targeting the NS1 gene of PPV

and the ORF1 gene of PCV2 as described elsewhere (Jiang et al., 2010). Finally, swabs

were analysed by means of a conventional PCR targeting a transposon-like repetitive

region of C. burnetii as previously described (Astobiza et al., 2011). PCR products were

elicited by PCR fragment size estimation in comparison with molecular weight standard

'GeneRuler 100 bp Plus DNA Ladder' (Thermo Scientific, USA) after electrophoresis on

1.2% agarose gel containing 0.1 μl/ml GelRedTM Nucleic Acid Gel Stain (Biotium,

USA). DNA extraction and PCR were performed in separate laboratories under biosafety

level II conditions (BIO II A Cabinet, TELSTAR, Spain) to avoid cross-contamination.

PCR primer details are shown in Table 1.

Data analysis

Pathogen shedding by wild boar was estimated on the basis of the presence/absence of

pathogen DNA in swabs. Chi-square tests of homogeneity - or Fisher's exact tests when

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210

required (expected cell frequency < 5) - were employed to assess for the relationship

between pathogen shedding prevalence - both overall (PCR positive in either oral, nasal

or genital swabs) and route-specific shedding (nasal, oral or genital in separate) - and host

individual traits (sex and age class). IBM SPSS 22.0 (IBM, Armonk, NY, USA) was

employed for statistical analyses. The statistical uncertainty for each of the estimated

proportions was assessed by calculating the associated Clopper-Pearson exact 95%

confidence interval (95%CI) with Quantitative Parasitology 3.0

(http://www.zoologia.hu/qp/qp.html).

Results

In total, 133 wild boar − 68 males and 65 females − that corresponded to 22 juveniles (9

males and 13 females), 29 sub-adults (18 males and 11 females) and 82 adults (41 males

and 41 females) were surveyed. ELISA results for ADV, PPV, PCV2 and C. burnetii are

shown in Table 2. ADV DNA was detected in oral, rectal and genital secretions but not

Pathogen Shedding routes Collected swabs Primer ref. Sequence (5´-3´) Target products (bp)

ADV Nasal, oral, genital and

milka

Nasal, oral, rectal,

genital

fADVgB1a ATGGCCATCTCGCGGTGC gB gene (334)e

ADVgB1b ACTCGCGGTCCTCCAGCA

fADVgB2a ACGGCACGGGCGTGATC gB gene (195)e

ADVgB2b GGTTCAGGGTACCCCGC

PPV Nasal, oral and genitalb Nasal, oral, rectal,

genital

PVF AGTTAGAATAGGATGCGAGGAA NS1 gene (265)f

PVR AGAGTCTGTTGGTGTATTTATTGG

PCV2 Nasal, oral, rectal and

genitalc

Nasal, oral, rectal,

genital

CVF CGAGAAAGCGAAAGGAACAGA ORF 1 (371)f

CVR GGTAACCATCCCACCACTT

Coxiella burnetii Rectal, genital and

milk in ruminantsd;

unknown in suids

Nasal, oral, rectal,

genital

Trans1 TATGTATCCACCGTAGCCAGTC Transposon-like

repetitive region (687)g Trans2 CCCAACAACACCTCCTTATTC

Table 1. Reported shedding routes of Aujeszky’s disease virus (ADV), porcine parvovirus

(PPV), porcine circovirus type 2 (PCV2) and Coxiella burnetii in domestic animals, detailed

information on swabs collected in wild boar to study shedding routes and sequences of primers

employed for PCR analyses.

aPejsak and Truszczynski, 2006; bMengeling, 2006; cSegalés et al., 2005; dMaurin and Raoult,

1999; eBalasch et al., 1998; fJiang et al., 2010; gBerri et al., 2000

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211

in nasal secretions; DNA in oral and rectal secretions was detected only in females

whereas positive genital secretions were detected both in males and females (Table 3).

ADV DNA was only detected in swabs from juveniles (1/18) and adults (7/67); only a

rectal swab was positive in juveniles whereas oral and genital swabs were positive in

adults (Table 4). PPV DNA was detected in nasal, rectal and genital swabs, but not in oral

swabs. In both sexes PPV DNA was detected in nasal and rectal swabs, but positive

genital swabs were only detected in males (Table 3). PPV positive swabs were mainly

detected in adults (Table 4). PCV2 DNA was detected in nasal, oral and rectal secretions

but not in genital secretions; oral and nasal swabs from males and females contained

PCV2 DNA whereas only rectal swabs from females were PCR positive (Table 3). PCV2

PCR positive swabs were detected in juveniles, sub-adults and adults (Table 4). Coxiella

burnetii DNA was detected in nasal, rectal and genital swabs but not in oral swabs.

Positive nasal secretions were evidenced in both males and females, but only females

were positive in rectal secretions and only males in genital secretions (Table 3). One of

17 juveniles and 1 of 26 sub-adults had C. burnetii DNA in nasal secretions whereas 1 of

63 and 1 of 66 adults presented C. burnetii DNA in rectal and genital swabs, respectively

(Table 4). No statistically significant relationship was evidenced between host individual

traits and pathogen shedding prevalence in any of the analysed pathogens.

Discussion

This paper explores the shedding routes of endemic pathogens in wild boar by molecular

studies while current knowledge on wild boar pathogens has been mainly based on

serological surveys. This study tested the hypothesis that host individual factors such as

sex and age, presumably linked to behaviour or physiology (Ruiz-Fons et al., 2013),

would modulate pathogen shedding patterns in Eurasian wild boar, therefore exerting

variation to the role of individuals in pathogen transmission. This hypothesis couldn’t be

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212

confirmed, perhaps because of the low shedding prevalence of ADV, PPV, PCV2 and C.

burnetii in the studied populations.

Sex Age ADV PPV PCV2 Coxiella burnetii

Male Juvenile 4/7

(57.1; 18.4-90.1)

2/8

(25.0; 3.2-65.1)

3/7

(42.9; 9.9-81.6)

0/8

(0.0; 0.0-37.0)

Sub-adult 8/16

(50.0; 24.7-75.4)

6/16

(37.5; 15.2-64.6)

11/16

(68.8; 41.3-90.0)

0/16

(0.0; 0.0-20.6)

Adult 18/38

(47.4; 31.0-64.2)

28/38

(73.7; 56.9-86.6)

28/38

(73.7; 56.9-86.6)

1/38

(2.6; 0.1-13.8)

Total male 30/61

(49.2; 36.1-62.3)

36/62

(58.1; 44.8-70.5)

42/61

(68.9; 55.7-80.1)

1/62

(1.6; 0.0-8.7)

Female Juvenile 10/12

(83.3; 51.6-97.9)

3/12

(25.0; 5.5-57.2)

8/12

(66.7; 34.9-90.1)

0/12

(0.0; 0.0--26.5)

Sub-adult 7/10

(70.0; 34.8-93.3)

4/10

(40.0; 12.2-73.8)

8/10

(80.0; 44.4-97.5)

0/10

(0.0; 0.0-30.9)

Adult 23/41

(56.1; 39.7-71.5)

29/41

(70.7; 54.5-83.9)

35/41

(85.4; 70.8-94.4)

0/41

(0.0; 0.0-8.6)

Total female 40/63

(63.5; 50.4-75.3)

36/63

(57.1; 44.0-69.6)

51/63

(81.0; 69.1-89.8)

0/63

(0.0; 0.0-5.7)

Total 70/124

(56.0; 47.3-65.3)

72/125

(57.6; 48.4-66.4)

93/124

(75.0; 66.4-82.3)

1/125

(0.8; 0.0-4.4)

Table 2. Positive samples in ELISA over sampling size (Pos/N), and seroprevalence (in %) and

associated exact 95% confidence interval (within brackets), of Aujeszky´s disease virus (ADV),

porcine parvovirus (PPV), porcine cirvovirus type 2 (PCV) and Coxiella burnetii throughout wild

boar sex and age.

Pathogen Sex Swab

Nasal Oral Rectal Genital

ADV Male

0/62

(0.0; 0.0-5.8)

0/62

(0.0; 0.0-5.8)

0/59

(0.0; 0.0-6.1) 5/60

(8.3; 2.8-18.4)

Female

0/54

(0.0; 0.0-6.6) 1/53

(1.9; 0.0-10.1)

1/49

(2.0; 0.0-10.9)

1/50

(2.0; 0.1-10.7)

Total ADV

0/116

(0.0; 0.0-3.1) 1/115

(0.9; 0.0-4.8)

1/108

(0.9; 0.0-5.1)

6/110

(5.5; 2.0-11.5)

PPV Male

3/63

(4.8; 1.0-13.3)

0/62

(0.0; 0.0-5.8) 2/56

(3.6; 0.4-12.3)

1/59

(1.7; 0.0-9.1) Female

1/52

(1.9; 0.0-10.3)

0/49

(0.0; 0.0-7.3) 2/46

(4.3; 0.5-14.8)

0/47

(0.0; 0.0-7.6)

Total PPV

4/115

(3.5; 1.0-8.7)

0/111

(0.0; 0.0-3.2) 4/102

(3.9; 1.1-9.7)

1/106

(0.9; 0.0-5.2)

PCV2 Male

2/62

(3.2; 0.4-11.2)

2/61

(3.3; 0.4-11.4)

0/56

(0.0; 0.0-6.4)

0/59

(0.0; 0.0-6.1)

Female

1/52

(1.9; 0.0-10.3)

1/51

(2.0; 0.0-10.5)

1/47

(2.1; 0.0-11.3)

0/47

(0.0; 0.0-7.6)

Total PCV2

3/114

(2.6; 0.5-7.5)

3/112

(2.7; 0.6-7.6)

1/103

(1.0; 0.0-5.3)

0/106

(0.0; 0.0-3.4)

Coxiella

burnetii

Male

1/62

(1.6; 0.0-8.7)

0/61

(0.0; 0.0-5.9)

0/54

(0.0; 0.0-6.6) 1/58

(1.7; 0.0-9.2) Female

1/50

(1.9; 0.0-10.7)

0/50

(0.0; 0.0-7.1) 1/46

(2.2; 0.0-11.5)

0/47

(0.0; 0.0-7.6)

Total C. burnetii

2/112

(1.8; 0.2-6.3)

0/111

(0.0; 0.0-3.2) 1/100

(1.0; 0.0-5.5)

1/105

(1.0; 0.0-5.2)

Table 3. Samples positive by PCR in relation to sample size (Aujeszky’s disease virus (ADV),

porcine parvovirus (PPV), porcine circovirus type 2 (PCV2) and Coxiella burnetii) in secretions

according to sex. Prevalence (in %) and associated 95% exact confidence interval are shown

within brackets. Detection of positive samples is bold marked.

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213

Methodological considerations

Surveying hunter-harvested wild boar gives access to a high number of individuals but

tissue damage by bullets or hunting dogs may limit the collection of specific samples.

Tissue damage precluded collecting nasal, oral, rectal and genital swabs from every

surveyed individual. In order to test the effect of host traits in shedding prevalence

patterns, sample size was estimated with described seroprevalence rates of endemic

pathogens. However, the low shedding prevalence found may have perhaps impaired the

robustness of statistical findings with selected sample sizes for this study. Prevalence of

ADV, PPV and PCV2 DNA in secretions was lower than expected according to observed

seroprevalences. Could sampling bias to the hunting season be responsible for the low

shedding prevalence observed? Whether pathogen shedding is seasonal or not in wild

boar is currently unknown. Seasonal shedding would be expected for pathogens shed

mainly around the breeding season ˗ e.g. C. burnetii (Maurin and Raoult, 1999) and PPV

(Mengeling, 2006) ˗ that in Spanish wild boar takes place around the end of January to

February (Vicente et al., 2005). Thirty-two of the 133 wild boar (24.1%) were surveyed

in January-February whereas 101 wild boar were surveyed from August to December.

Overall prevalence in swabs ˗ excluding results from rectal swabs ˗ was similar in Jan-

Feb (1/23 ˗ 4.3%; 95% C.I.: 0.1-22.0) than in Aug-Dec (3/76 ˗ 3.9%; 95%C.I.: 0.8-11.1)

for C. burnetii DNA, ADV DNA (2/25 ˗ 8.0%; 95% C.I.: 1.0-26.0 ˗ and 6/84 ˗ 7.1%; 95%

226 C.I.: 2.7-14.9, respectively), PPV DNA (1/22 ˗ 4.5%; 95% C.I.: 0.1-22.9 ˗ and 3/72

- 4.2%; 95% C.I.: 0.9-11.7, respectively) and PCV2 DNA (1/22 ˗ 4.5%; 95%C.I.: 0.1-

22.9 ˗ and 4/73 ˗ 5.5%; 95%C.I.: 1.5-13.4, respectively). Therefore, sampling wild boar

during the hunting season, which covers from mating to breeding seasons, seems adequate

for studying shedding routes and prevalence of these pathogens. Although detection of

pathogen genetic material does not necessarily reflect pathogen viability, we herein

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214

assumed that pathogen DNA detection in nasal, oral and genital swabs and tissues

reflected the presence of viable pathogen whereas detecting pathogen DNA in rectal

swabs did not since pathogen DNA could come from ingestion of infected wild boar

tissues (cannibalism) or through ingestion of secretions.

Pathogen shedding patterns

Pathogen shedding prevalence - both overall and route-specific shedding - was not

statistically influenced by sex and age, and therefore our initial hypothesis couldn’t be

Table 4. Samples positive by PCR over sampling size (Aujeszky’s disease virus (ADV), porcine

parvovirus (PPV), porcine circovirus type 2 (PCV2) and Coxiella burnetii) in secretions

throughout wild boar age. Prevalence (in %) and associated 95% exact confidence interval are

shown within brackets. Positive samples detected are bold marked.

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215

confirmed for any of the studied pathogens. The lack of statistical significance was most

probably linked to the limited sample size for the low shedding prevalence found.

Therefore, our findings will be discussed in terms of average shedding prevalence. The

predominant shedding of ADV in genital secretions suggests that the main route for ADV

transmission in Eurasian wild boar is venereal. This finding agrees with previous

observations in Italy (Verin et al. 2014) and in the US (Romero et al., 2001). However,

shedding of ADV in oral secretions by females would suggest that oral transmission

occurs within female groups. In this study none of the nasal swabs analysed had ADV

DNA, but Verin et al. (2014) found nasal shedding of ADV in naturally infected wild

boar. Altogether, these results shape what we’d expect from the initial hypothesis of

predominant venereal transmission between males and females (Ruiz-Fons et al., 2007)

at the time of mating (as previously suggested by Vicente et al., 2005) whereas ADV

would be transmitted oro-nasally within female groups along the year. PPV

seroprevalence was similar in both sexes, suggesting that males and females are equally

exposed to infection by PPV. This could be due to the high probability of indirect

transmission through contaminated fomites caused by the high environmental resistance

of PPV (Mengeling, 2006). Observed shedding prevalence suggests a predominance of

nasal over venereal transmission of PPV in wild boar. The oro-nasal route seems to be

predominant for PCV2 transmission in wild boar because of the higher shedding

prevalence in nasal and oral than in genital secretions. This observation would fit our

expectations since it is known that PCV2 is transmitted mainly by oronasal secretions in

domestic swine (Segalés et al., 2005). Coxiella burnetii is becoming an increasing

concern for both animal and public health authorities (Tilburg et al., 2012). The

demographic explosion of wild boar in Europe may influence C. burnetii ecology and this

was the main reason for analysing the status of C. burnetii in highly dense and aggregated

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216

wild boar populations (Boadella et al., 2011; Ruiz-Fons et al., 2007). Coxiella burnetii

prevalence exceeds seroprevalence in wild ungulates (Rijks et al., 2011), and this pattern

- which perhaps relays on the fact that a fraction of infected animals do not seroconvert

(De Cremoux et al., 2012) - was also evidenced in wild boar. We found C. burnetii DNA

in wild boar male genital secretions, which suggests that C. burnetii may be transmitted

venereally in wild boar. Since artificial insemination is a frequent practice in

industrialized countries, the risk of venereal transmission by males should not be

dismissed (see Ruiz-Fons et al., 2014).

Conclusions

In this work we identified routes of ADV, PPV, PCV2 and C. burnetii transmission

between wild boar and potentially to in-contact third species. The initial hypothesis of an

effect of wild boar individual traits on shedding patterns, and therefore on potential

transmission patterns, couldn’t be confirmed. This was perhaps linked to the low shedding

prevalence found in spite of ˗ or perhaps linked to ˗ the high ADV, PPV and PCV2

seroprevalence in the studied populations. Host population-pathogen interaction traits

such as population (herd) immunity may also modulate shedding prevalence and routes

for certain wild boar endemic pathogens (see Piñero et al., 2014), indicating that efficient

prevention and control of these pathogens would only be achieved if their dynamics is

properly understood.

Acknowledgements

We acknowledge collaboration from authorities (Junta de Comunidades de Castilla ˗ La

Mancha, Sociedad de Cazadores Estados del Duque de Malagón and Organismo

Autónomo de Parques Nacionales OAPN) for sample collection. This study is a

contribution to European Commission grants ANTIGONE (278976) and APHAEA

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217

(EMIDA ERA-NET) and to agreement between OAPN and IREC for “Quintos de Mora”

estate. FRF acknowledges funding from “Juan de la Cierva” and “Ramón y Cajal”

contracts (Spanish Ministry for the Economy and Competitiveness - MINECO).

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218

Capítulo III. 2.

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219

Vías de excreción de Coxiella burnetii en ciervo rojo (Cervus elaphus)

en condiciones de producción semi-extensiva.

Coxiella burnetii shedding by farmed Red Deer (Cervus elaphus)

David González-Barrio, Sonia Almería, María Rosa Caro, Jesús Salinas, José Antonio

Ortiz, Christian Gortázar and Francisco Ruiz-Fons.

Transboundary and Emerging Diseases. 2015. 62: 572–574

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220

Resumen

La fauna silvestre, y en concreto algunas especies de ciervo, debido al importante

incremento mundial de granjas de ciervo, pueden contribuir al mantenimiento de Coxiella

burnetii, el agente causante de la fiebre Q. Actualmente, no existen precedentes que

vinculan la exposición a especies de ciervos con los casos de fiebre Q humana. Sin

embargo, un caso de fiebre Q en humano fue diagnóstica recientemente en una granja de

ciervos (Cervus elaphus), y que nos llevó a investigar si los ciervos podrían ser una fuente

de contaminación del medio ambiente con C. burnetii y determinar la implicación de C.

burnetii en el fracaso reproductivo en la granja. Sueros sanguíneo e hisopos vaginales

fueron cogidos de ciervas con y sin fallo reproductivo, y testado para detectar la presencia

de anticuerpos y ADN de Coxiella burnetii, Chlamydia abortus, Neospora caninum y

Toxoplasma gondii. Los resultados de las serologías y de las PCRs sugieren que Coxiella

burnetii fue la primera causa del fallo reproductivo. De esta manera identificamos la

excreción vaginal de Coxiella burnetii por parte de las ciervas, confirmando así al ciervo

como una fuente de infección por la enfermedad zoonótica fiebre Q

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221

Summary

Wildlife and notably deer species – due to the increasing relevance of deer farming

worldwide – may contribute to the maintenance of Coxiella burnetii, the causal agent of

Q fever. Currently, there are no precedents linking exposure to deer species with human

Q fever cases. However, a human case of Q fever was recently diagnosed in a red deer

(Cervus elaphus) farm, which led us to investigate whether deer could be a source for

environmental contamination with C. burnetii and ascertain the implication of C. burnetii

in reproductive failure in the farm. Blood serum and vaginal swabs were collected from

hinds either experiencing or not reproductive failure and tested to detect the presence of

antibodies and DNA, respectively, of C. burnetii, Chlamydia abortus, Neospora caninum

and Toxoplasma gondii. Serology and PCR results suggest C. burnetii was the primary

cause of the reproductive failure. We identified vaginal shedding of C. burnetii in hinds,

confirming red deer as a source of Q fever zoonotic infection.

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222

Introduction

Q fever is a worldwide zoonosis caused by Coxiella burnetii, an obligate intracellular

bacterium. This bacterium is an important cause of reproductive failure in domestic

ruminants -cattle, sheep, goats- and other mammals (Maurin and Raoult, 1999). The

major part of human Q fever outbreaks are linked to domestic ruminants (e.g. Tilburg et

al., 2012), which shed high loads of C. burnetii to the environment around the breeding

season. Coxiella burnetii can be thereafter disseminated through aerosols that constitute

the main pathway for human infection. Wildlife and notably deer species can also

contribute to the maintenance of this multihost pathogen (Ruiz-Fons et al., 2008).

Exposure to wild deer, for instance of hunters during, game carcass dressing, has been

proposed as a potential zoonotic risk (Kirchgessner et al., 2012). However, there are no

precedents linking exposure to deer species with human Q fever cases. Deer farming is

important in regions such as New Zealand, Europe and North America, but there is no

published evidence of reproductive failure in deer due to infection with C. burnetii.

This scenario emphasizes the need for a better understanding of the role of C. burnetii in

the reproductive failures in farmed deer. Our goal was investigating the implication of C.

burnetii in reproductive failure in farmed red deer (Cervus elaphus) to ascertain whether

deer could be a source of C. burnetii in a farm with a history of a human case of Q fever.

This case, an acute infection requiring hospitalization, affected the veterinarian in charge

of the deer. This person had no professional exposure to other domestic ruminants. On

the basis of previous results on red deer and C. burnetii showing 29% serum antibody

prevalence and a wide spatial distribution of seropositive deer in Spain (Ruiz-Fons et al.,

2008), we hypothesized that C. burnetii might cause reproductive failure in deer farms

and constitute a zoonotic risk.

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223

Materials and Methods

The study was performed on a semi-extensive red deer farm in southern Spain. The

number of deer in the farm was 410 hinds and 72 stags. Reproductive failure had been

documented by the farm veterinarian over the last 10 years. In spring 2011, 27 of 350

echography-confirmed pregnant hinds (7.7%) failed to carry a calf. In September 2011, 5

months after the calving season and during weaning, blood samples were collected from

12 hinds with reproductive failure and from 13 hinds that calved normally. Vaginal swabs

were taken from 10 hinds with reproductive failure and 13 that calved normally.

Blood serum was tested for antibodies against C. burnetii by LSI Q fever ruminant

serum/milk ELISA kit (Life Technologies, Grand Island, NY, USA). Sera were also

tested against other known causes of reproductive failure including Clamydia abortus (in-

house blocking ELISA using a recombinant polymorphic outer membrane protein as

antigen; Salinas et al., 2009), Neospora caninum (competitive ELISA; VMRD, Pullman,

WA, USA) and Toxoplasma gondii (modified agglutination test, MAT; Dubey and

Desmonts, 1987).

For PCR, DNA was extracted from vaginal swabs using the DNeasy Blood and Tissue

kit (QIAGEN, Hilden, Germany). The C. burnetii htpB gene was amplified by nested

PCR as previously reported (To et al., 1996). A PCR targeting the pmp 90 of 91 gene was

performed to detect C. abortus (Salinas et al., 2012). For N. caninum, the specific

genomic Nc5 region was targeted and the PCR performed as previously described

(Darwich et al., 2012). Finally, for T. gondii, a nested PCR for detection of the 529-bp

repetitive fragment was performed (Darwich et al., 2012).

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224

Differences in seroprevalence and DNA prevalence between hinds with and without

reproductive failure were assessed by means of homogeneity tests. Statistical uncertainty

linked to sample size was assessed for each prevalence by calculating the 95% confidence

interval (CI) according to the expression 95% CI = 1.96 [p(1–p)/n]1/2, where ‘p’ is the

unitary value of the proportion and ‘n’ is the sample size.

Results and Discussion

The overall seroprevalence of C. burnetii was 36% (95% CI: 17.2–54.8). The

seroprevalence in hinds with reproductive failure was 50% (95% CI: 21.7–78.3), while

seroprevalence in hinds that calved normally was 23.1% (95% CI: 0.0–46.0). However,

this difference was not statistically significant (P > 0.05). In the case of C. abortus, the

overall seroprevalence was 32% (95% CI: 13.7–50.3), with similar antibody prevalence

among hinds with (33.3%; 95% CI: 6.6–60.0) and without (30.8%; 95% CI: 5.8–55.8)

reproductive failure (P > 0.05). By contrast, all samples were seronegative to N. caninum,

and seroprevalence to T. gondii was low, 8% (95% CI: -3.4 to 18.6), with similar

seroprevalence observed in hinds with (8.3%; 95% CI: -7.3 to 23.9) and without (7.7%;

95% CI: -6.8 to 22.2) reproductive failure (P > 0.05).

Regarding the detection of specific DNA, C. burnetii DNA was detected in 26.9% (95%

CI: 8.8–45.0) of the vaginal swabs. The prevalence differed between hinds with (40%;

95% CI: 9.7–70.3) and without (15.4%; 95% CI: -4.2 to 35.0) reproductive failure (P >

0.05). By contrast, none of the vaginal swabs analysed contained DNA of N. caninum, T.

gondii and C. abortus.

The DNA results, together with the higher C. burnetii seropositivity in hinds with

reproductive failure, as well as the lack of associations with the other pathogens analysed,

suggest that Q fever could have been the primary cause of the reproductive failure

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225

outbreak in the deer farm. A crosssectional survey on C. burnetii in deer in Spain found

that 40% of red deer from this particular farm (both adults and juveniles) had been

exposed to C. burnetii (Ruiz-Fons et al., 2008). This, along with the current results,

suggests that the pathogen is endemic in this farm. For comparison, the average herd

serum antibody prevalence of C. burnetii in small ruminants in endemic areas of northern

Spain did not exceed 15%. Production systems (more intensive vs. extensive) were

suspected to play a relevant role in exposure to C. burnetii (Ruiz-Fons et al., 2010).

Excretion routes of C. burnetii in wild ungulates are unknown, and shedding patterns

remain to be determined. However, abortive materials and vaginal excretion are likely

sources of contamination for in-contact persons, such as deer-farm personnel. In this

study, C. burnetii DNA was still present in vaginal swabs 5 months after calving. This

indicates that C. burnetii was shed in vaginal mucus for a long period after parturition or

reproductive failure, constituting a source for environmental contamination and zoonotic

Q fever. Further studies are needed to fully elucidate the epidemiology of C. burnetii in

farmed and wild deer, particularly regarding excretion routes and transmission risks.

Acknowledgements

We are grateful to farm keepers for their help with the survey. This work was funded by

EU FP7 Grant ANTIGONE (278976) and CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnologico

Industrial, Spanish Ministry for Economy and Competitiveness). F. Ruiz-Fons is

supported by a Juan de la Cierva contract from the Spanish Ministry for Economy and

Competitiveness.

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226

Capítulo IV

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227

Estrategias de control de Coxiella burnetii: evaluación de la vacunación

con vacunas inactivadas comerciales de fase I como estrategia de

reducción de la prevalencia y el nivel de excreción de la bacteria en

ciervo rojo (Cervus elaphus)

Evaluating the efficiency of commercial phase I inactivated Coxiella burnetii

vaccine in decreasing infection prevalence and shedding in red deer (Cervus

elaphus)

David González-Barrio, Jose Antonio Ortiz, Francisco Ruiz-Fons

En preparación

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228

Resumen

El papel de la fauna silvestre está incrementando como una pieza relevante en el ciclo de

vida de Coxiella burnetii. El ciervo rojo puede ser uno de los más relevantes reservorios

silvestre de C. burnetii en Europa donde sus poblaciones muestran un notable incremento

en su demografía y en sus tendencias de distribución geográficas. La evaluación de la

eficacia de las herramientas para el control de la infección por C. burnetii en ciervos rojos

podría ser esencial para prevenir eventos de transmisión de la fauna silvestre-ganado-

humanos. Se diseñó un programa de vacunación en una población de ciervos rojos en

sistema de producción semi-extensiva utilizando una vacuna inactivada comercial frente

a C. burnetii. Las ciervas adultadas y jóvenes de un año se vacunaron, y una dosis de

recuerdo se administró 3 semanas depués de la primera vacunación. Posteriormente se

administró una vacuna annual y biannual. La eficacia de la vacuna se midió en términos

de su potencial en la reducción de la prevalencia y en la disminución de la carga de

excreción de C. burnetii. La excreción en secreciones vaginales, leche y heces fue

evaluada in ciervas vacunadas y en el grupo control después del parto a lo largo de tres

años desde el inicio del programa de vacunación. La respuesta immune humoral a la

vacunación y a la infección fue seguida en la población de studio desde antes del inico de

la vacunación hasta 3 años después. Aunque la vacunación en las ciervas indujo altas

tasas de seroconversion, especialmente en los animales adultos, no hubo una reducción

en la excreción de C. burnetii en las secreciones vaginales y la leche. Sin embargo, la

excreción en las heces experiment una reducción notable a lo largo del período de studio

después de la vacunación, tanto en animales vacunados como en los animales coexistentes

del grupo control. Este hallazgo, además de lo encontrado previamente en la reducción

de la presión de la infección sobre los animales no tratados previamente en la granja desde

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229

el inicio de la vacunación sugiere una possible eficacia de la vacunación en ciervos para

la reducción de la contaminación ambiental por C. burnetii.

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230

Abstract

Wildlife is increasingly being faced as a relevant piece in the life-cycle of Coxiella

burnetii. Red deer may be one of the most relevant wild reservoirs for C. burnetii in

Europe where its populations display notable increasing demographic and geographic

distribution trends. Evaluating the effectiveness of tools to control infection by C. burnetii

in red deer could be essential to prevent wildlife-livestock-human transmission events.

We designed a vaccination program in a semi-extensively bred red deer population by

using a commercial phase I inactivated C. burnetii vaccine. Adult and yearling deer

females were vaccinated and a boost dose was given 3 weeks later. Annual and biannual

revaccination was applied subsequently. The efficiency of the vaccine was measured in

terms of its potential to reduce C. burnetii shedding prevalence and burden. Shedding in

vaginal secretions, milk and faeces was evaluated in vaccinated deer and in control groups

after calving along three years from the beginning of the vaccination program. The

humoral immune response to vaccination and to natural infection was followed in the

study population from before the start of vaccination up to 3 years later. Although

vaccination of deer females induced high seroconversion rates, especially in adult

animals, there was not a reduction in C. burnetii shedding in vaginal secretions and milk.

However, shedding in faeces experienced a notable reduction along the study period after

vaccination both in vaccinated animals and in coexisting mates of the control group. This

finding in addition to previous findings of a reduction in infection pressure over naïve

animals in the farm from the onset of vaccination point to a potential efficiency of deer

vaccination in reducing environmental contamination by C. burnetii. Results suggest that

faeces could constitute the main source for environmental contamination with C. burnetii.

Further experiments should be carried out in the future to test different vaccination

approaches and monitor the effect of vaccination over a longer period of time.

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Introduction

Coxiella burnetii causes Q fever, a worldwide distributed zoonotic infectious disease.

Humans are dead-end hosts that become infected by the inhalation of infected aerosols

that carry over infectious C. burnetii bacteria shed by infected animals (Maurin and

Raoult, 1999). Livestock - mainly ruminant species such as cattle, sheep and goats - are

the main source of C. burnetii infected aerosols that can infect humans. Nonetheless,

recent scientific evidences also point to wildlife as a relevant piece in the life cycle of C.

burnetii and therefore as a potential source of C. burnetii for livestock and humans

(Gonzalez-Barrio et al., 2015a,b,c). Coxiella burnetii is widely distributed among

livestock and wildlife populations in the World. This fact confers human Q fever a global

public health relevance that makes worthy investing resources on investigating potential

control tools at origin, in the animal reservoir.

Infection by C. burnetii in animals - mainly in cattle, sheep and goats (Agerholm 2013)

but also in wildlife (Clemente et al., 2008; González-Barrio et al., 2015 TED) - has been

associated with sporadic cases of stillbirth, premature delivery, abortion and weak

offspring. The clinical outcome of Q fever in livestock carries over significant productive

losses (Oporto et al., 2006; García-Ispierto et al., 2014) and in wildlife it also may

constitute an important drawback in the conservation of endangered ruminant species in

zoological collections (Teresa Albaigar, personal communication). Infected animal

females shed high burdens of C. burnetii into the environment around parturition after

normal delivery or after reproductive failure. Coxiella burnetii is mainly shed in vaginal

secretions, milk and faeces (Angelakis and Raoult, 2010; Astobiza et al., 2011). These

secretions, mainly vaginal mucus and faeces, contaminate the environment from which

C. burnetii may be transmitted to susceptible hosts.

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232

The relevance of Q fever in animal and public health makes essential the promotion of

research on potential prevention and control tools in livestock and wildlife. Any measure

leading to a decrease in the prevalence of shedders and in the burden of shed bacteria

would reduce environmental contamination and would limit the spread of the infection.

The optimal strategy for controlling infection by C. burnetii in livestock is a combination

of measures, being vaccination one of the most effective ones (Arricau-Bouvery et al.,

2005; EFSA 2010). Vaccines composed of antigenic phase I bacteria award higher

protection than those prepared with phase II C. burnetii (Arricau-Bouvery et al., 2005).

The largest known vaccination campaign in small ruminants with an inactivated phase I

vaccine started at the end of 2008 in the Netherlands, a year after the beginning of the

massive 2007-2010 outbreak of human Q fever (van de Brom et al., 2009; Schimmer et

al., 2011; Roest et al., 2011). The vaccination campaign of domestic ruminants together

with additional measures reduced the incidence of Q fever in humans to normal levels

(Vellema et al., 2014). The efficacy of commercial phase I inactivated vaccines has been

assessed in naturally infected cattle, goat and sheep populations (Guatteo et al., 2008;

EFSA 2010; Hogerwerf et al., 2011; Rousset et al., 2009; Astobiza et al., 2011),

demonstrating protection in non-infected susceptible animals. The use of an inactivated

phase I vaccine in previously non-infected goats and cattle was associated with a strong

reduction in the incidence of abortion, reduction of vaginal shedding and disappearance

of C. burnetii shedding in milk (Arricau-Bouvery et al., 2005; Guatteo et al., 2008). These

results indicate that the use of inactivated phase I vaccines may be an effective method to

reduce the risk of infection by C. burnetii when administered to uninfected or low

prevalence populations. The efficiency of these vaccines in infected populations is

questionable (Astobiza et al., 2011a; Guatteo et al., 2008), especially if vaccination is

carried out during a short period (˂ 1 year) of time. However, in the real world, C. burnetii

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233

is endemic in a high number of ruminant populations (Ruiz-Fons et al., 2010; Saegerman

et al., 2015; González-Barrio et al., 2015 AEM y EID). This fact makes necessary to

estimate the potential efficiency of commercially available phase I vaccines to control C.

burnetii infection in endemic animal populations.

Currently, no trial has evaluated the efficiency of inactivated phase I C. burnetii vaccines

in any wild species, either free-roaming or in captivity. However, any new study aiming

to determine the status of C. burnetii in wildlife shows wide geographic and host ranges.

Furthermore, C. burnetii circulates in wildlife populations at similar or higher prevalence

than in livestock populations. In Iberia, several (50%) red deer (Cervus elaphus)

populations are endemically infected by C. burnetii, which suggest that red deer may be

a relevant wild reservoir of C. burnetii (González-Barrio et al., 2015 AEM). Red deer is

one of the main big game species in Europe, which makes its populations the subject of

introduction of management practices that promote hunting (Vicente et al., 2006). Red

deer farming has also expanded worldwide in recent decades due to the demand of

venison and also caused by population restocking with live farm-bred and genetically

controlled individuals (Hoffman & Wicklund, 2008; Griffiths et al., 2010). These facts

support the need of research in potential C. burnetii control tools in red deer. Indeed, this

was the aim of this study in which an experimental field vaccination trial with a

commercial inactivated phase I vaccine was designed for a C. burnetii endemic red deer

semi-extensively bred population. The efficiency of the vaccination experiment was

evaluated in terms of reduction in C. burnetii shedding prevalence and burden along a 3-

year period post-vaccination.

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Materials and methods

The red deer study population

The study was performed in a semi-extensively bred red deer population located in the

province of Cádiz (Southern Spain) in which C. burnetii circulates endemically (Ruiz-

Fons et al., 2008; González-Barrio et al., 2015a; González-Barrio et al., 2015d). Deer are

semi-extensively bred on a forest-shrub-prairie habitat divided in different plots separated

by high-wire fencing. Animals are bred in separate batches according to sex and age. The

number of deer in the estate is around 500 hinds and 100 stags with slight inter-annual

variations. Deer are kept within large fenced (6-8 ha) enclosures in batches of 60-80

females; males are kept in separate enclosures. Individual deer identification is performed

by ear tagging at weaning.

Calves are managed for weaning at 3.5 months of life and afterwards for sanitary reasons

at 6-7 months of age (November-December). Yearlings are managed for sanitary reasons

when they are 13 months old (June). At 16 months of age, yearlings are introduced to

adult batches and follow the management calendar scheduled for adult deer. Adult deer

are managed several times a year, once in winter (January-February) and two-to-three

times in summer (July, August and September), for sanitary or productive reasons.

Management schemes of the farm are designed to avoid inducing excessive stress to

animals, especially during critical stages of their productive cycle such as calving. The

sanitary status of animals in the farm is monitored along the year according to farm health

schemes and to existing Spanish and EU laws on notifiable disease surveillance.

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235

History of C. burnetii infection in the farm

The farm has been found seropositive to C. burnetii in consecutive studies (Ruiz-Fons et

al., 2008; González-Barrio et al., 2015 TED, AEM). Reproductive failure occurs in the

Table 1. Sample size through sample type and time according to the allocation of

animals to vaccinated and unvaccinated groups.

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236

farm annually, but its rate fluctuates between years (the authors, non-published data). In

the 2011 calving season, 27 of 350 (7.7%) pregnant hinds that were confirmed by

echography in the last third of gestation failed to breed a calf. This constituted an

outstanding rate of reproductive failure in the farm and it is also a high rate of reproductive

failure when compared to other studies (Woodbury et al., 2006). In September 2011,

around 5 months after the calving season, blood samples and vaginal swabs were

collected from pregnant confirmed hinds that failed to breed a calf and from hinds that

calved normally (González-Barrio et al., 2015a). Coxiella burnetii was detected in vaginal

secretions five months after the calving season. Prevalence in vaginal secretions was

higher in females experiencing calf loss (40%) than in females that bred normally (15.4%)

and the result was similar for the presence of specific C. burnetii antibodies analyzed by

ELISA (50% and 23.1%, respectively). On average, 17 out of 86 vaginal swabs analysed

(19.7%; 95% CI: 11.9-29.7) were positive to the presence of C. burnetii DNA. The causal

effect of C. burnetii infection on reproductive failure could not be confirmed because deer

hinds give birth to calves in forest-shrub protected areas within farm plots and are not

disturbed until calves are 2-3 months old. Therefore, access to parturition/abortion

samples is not possible because disturbance of hinds at this stage would cause a high

percentage of calf losses due to abandonment by their stressed mothers.

Design and implementation of the experimental vaccination trial

The endemic status of C. burnetii in the deer farm constituted a unique opportunity to

design an experimental program of vaccination in field conditions and evaluate its

effectiveness. The experimental trial was designed with the objective of reducing the

burden of C. burnetii shed by infected animals and, therefore, reducing infection pressure

and avoid potential reproductive effects on deer. For the design of the vaccination

program we took into consideration that its implementation should be linked to the usual

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237

management schedule of animals in the farm to avoid over-management. Excessive

management could be counterproductive because farmed deer still keep most of their wild

behaviour and get stressed during management.

An inactivated phase I vaccine that has been widely assayed in European domestic

ruminants (Coxevac, CEVA Santè Animale, France) was selected for the field

vaccination experiment. Coxevac is commercially available in Spain and its use in

mammal species is approved by the European Medicines Agency. The manufacturer

recommends a 4ml dose of Coxevac for cattle, 2ml for goats and 1ml for sheep. No

previous vaccination trial existed in red deer with Coxevac and therefore we selected the

dose we estimated more appropriate according to deer average weight. An intermediate

dose (3ml) was selected for deer females because they’re heavier than goats but lighter

than cattle. The weight of adult red deer females in the study farm ranges 120-160kg. The

vaccine was injected subcutaneously with an automatic injector (Serena 5TPFS, Pimex,

Vizcaya, Spain). We programmed the first vaccination of yearling reposition females to

coincide with the sanitary management that is scheduled when they are 13 months old.

According to suggestions of the manufacturer, both adult and yearling females were

revaccinated 3 weeks after being given the first dose (Astobiza et al., 2013). Previous

experimental vaccination studies in domestic ruminants suggest that animals should be

revaccinated every 9-12 months (Astobiza et al., 2013; Rodolakis et al., 2009). We

preliminary designed a protocol with annual revaccination coinciding with existing

management schemes in the farm. However, in 2013 we analysed long-time series data

on the serological status of C. burnetii in the farm and realized that the average half-life

of antibodies after natural exposure was around 5-6 months. This finding suggested that

any protection linked to humoral immunity would require from revaccination every 6

months (see González-Barrio et al., 2015 FVS). Therefore, we slightly modified the

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238

vaccination protocol in 2014 to promote biannual revaccination. The first dose of vaccine

was given to adult females (i.e. borne in 2010 or before and consequently named ≤2010

cohort) by mid-January 2012. Most females in this cohort were pregnant when

vaccinated. Three-hundred and twenty of the 441 females that were in the cohort ≤2010

(72.6%) were vaccinated and the rest (n=121, 27.4%) were left as control. We allocated

vaccinated and control animals to each existing batch in the farm to evaluate the effect of

vaccination in coexisting non-vaccinated mates. Therefore any female batch in the farm

contained both vaccinated and non-vaccinated animals. Vaccinated animals were

revaccinated 3 weeks later at the beginning of February 2012. This cohort of animals was

revaccinated 12 months after the first dose of vaccine (January 2013) and thereafter

animals were revaccinated biannually until January 2014. The cohort of reposition

females borne in 2011 was vaccinated (93 of 124 animals, 75.0% of the 2011 cohort) in

June 2012 for the first time and revaccinated 3 weeks later (Fig. 1). Thirty-one animals

(25.0%) were left unvaccinated and constituted the control group in this deer cohort.

Vaccinated deer were revaccinated 12 months later (July 2013) and subsequently

revaccinated biannually. Finally, the cohort of reposition females borne in 2012 was

vaccinated (104 of 134 animals, 77.6%) in June 2013 and revaccinated 3 weeks later.

Thirty of the females in this cohort (22.4%) were left unvaccinated. Revaccination was

performed in this cohort biannually until January 2014. A descriptive summary of the

vaccination protocol applied to each cohort - ≤2010, 2011 and 2012 – is provided in Table

1 and in Fig. 1.

The experiment was approved by the Research Ethics Commission of Castilla – La

Mancha University Animal Ethics Committee.

Monitoring of vaccination effectiveness

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239

Coxevac has shown potential to reduce the prevalence of ruminant females that shed C.

burnetii and also to reduce the burden of C. burnetii shed by infected animals (Arricau-

Bouvery et al., 2005; Astobiza et al., 2013; Hogerwerf et al., 2011). We evaluated the

effectiveness of the vaccination trial by collecting vaginal secretions, milk and faeces at

different times - 2.5 (July), 3.5 (August) and 4.5 (September) months - after calving in

2012, 2013 and 2014 (Table 1, Fig. 1). Samples were randomly collected from a subset

of females from each cohort and from both vaccinated and control groups. The survey

was carried along the scheduled management of reproductive females after calving.

Sterile cotton swabs were used to collect vaginal secretions. Milk was extracted by hand

into sterile tubes after disinfecting deer nipples with chlorhexidine and discarding the first

three milk shots. Faeces were collected directly from the rectum with sterile disposable

latex gloves. Vaginal swabs, milk and faeces were transported refrigerated to the

laboratory and preserved frozen at -20ºC until being analysed.

Figure1. Vaccination and sample collection schedule

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240

Additionally, to estimate the status of C. burnetii in both vaccinated and non-vaccinated

females before the start of the vaccination program and afterwards, blood was collected

from the jugular vein into sterile 10ml tubes without anticoagulant (Table 1, Fig. 1). Blood

was transported at 4ºC to the laboratory, centrifuged at 3,000g for 10 min and the serum

obtained was preserved at -20ºC until analyses were performed. Blood was also collected

to estimate seroconversion rates of vaccinated females. Blood samples were collected

from hinds of the ≤2010 cohort at 12 different times between 2010 and 2015, 8 times

between 2011 and 2015 from the 2011 cohort and 6 times - between 2012 and 2015 -

from the 2012 cohort (Fig. 2).

Molecular analyses

DNA from vaginal swabs, milk and faeces was extracted with a commercial DNA

extraction and purification kit (DNeasy Blood & Tissue kit, Qiagen, Germany) following

the protocols provided by the manufacturer

(http://mvz.berkeley.edu/egl/inserts/DNeasy_Blood_&_Tissue_Handbook.pdf). DNA

extraction from swabs was optimized by keeping swabs at 56ºC for 30 min in a solution

containing 20 µl of proteinase K and 200 µl of AL buffer. Swabs were thereafter vortexed

vigorously for 15 s, removed from tubes and discarded. The remaining sample remained

for 30 additional min at 56ºC. After that, the manufacturer's blood extraction protocol was

followed. Each sample of milk (200 μl) was mixed directly with ATL and proteinase K

and incubated for 3 h at 56ºC; then, the manufacturer's blood extraction protocol was

followed. One gram of each faecal samples were mixed with 4 ml of TE buffer (Tris Base

10 mM, EDTA 1 mM, pH 8), vortexed for 30 s and centrifuged at 3,000 g for 2 min.

Thereafter, 200 μl of the supernatant were treated with proteinase K (20 μl) and ATL.

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241

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242

The concentration of DNA in each aliquot was quantified (NanoDrop 2000, Thermo

Scientific, Waltham, MA, U.S.A.) and frozen at -20ºC until PCR performance. In order

to prevent and detect sample cross-contamination, negative controls (Nuclease free water;

Promega, Madison, WI, U.S.A.) were included every 10 samples during the DNA

extraction procedure. DNA samples were analysed by a real time PCR (qPCR) targeting

a transposon-like repetitive region of C. burnetii as previously described (Tilburg et al.,

2010, González-Barrio et al., 2015a). SsoAdvanced™ Universal Probes Supermix

(BioRad, USA) was used in qPCR according to the specifications of the manufacturer.

DNA extraction and PCR were performed in separate laboratories under biosafety level

II conditions (BIO II A Cabinet, TELSTAR, Spain) to avoid cross-contamination. We

extracted C. burnetii DNA from Coxevac and used this as qPCR positive control. Samples

were considered positive to the presence of C. burnetii DNA at a threshold cycle (Ct)

below 40.0 (Tilburg et al., 2010).

Serological analyses

The presence of specific antibodies against C. burnetii phase I and II antigens in deer sera

was determined by using a commercial indirect ELISA test (LSIVet™ Ruminant Q Fever

Serum/Milk ELISA Kit, Life Technologies, USA) with an in-house modification in the

secondary antibody (Protein G−Horseradish peroxidase, Sigma-Aldrich, USA) that was

previously validated for wild ungulate sera (González-Barrio et al., 2015a). ELISA results

were expressed as the sample-to-positive control ratio (SP). For each sample, the SP was

calculated according to the formula:

SP =(ODs - ODnc)

(ODpc - ODnc)x100

where ‘ODs’ is the optical density of the sample at a dual wavelength 450-620 nm,

‘ODnc’ is the optical density of the negative control and ‘ODpc’ is the optical density of

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243

the positive control. All SP values ≤40 were considered as negative, whereas S/P values

>40 were considered as positive. The SP ratio was considered as a proxy of the level of

antibodies against C. burnetii as suggested by the manufacturer.

Statistical analyses

Statistical analyses were carried out to compare prevalence and shedding levels of C.

burnetii in vaginal swabs, milk and faeces in vaccinated versus unvaccinated hinds and

thus to test our hypothesis that deer immunized with inactivated phase I vaccines would

experience a reduction in Coxiella burnetii shedding. The humoral immunological

response to vaccination in vaccinated females in comparison to the status of unvaccinated

animals was evaluated by comparing both seroprevalence and average antibody levels in

both groups of deer.

Chi-square tests were employed to compare prevalence of Coxiella burnetii DNA in

vaginal swabs, milk and faeces and seroprevalence between vaccinated and unvaccinated

groups at each sampling time. Mann-Whitney U non-parametric tests were run to compare

burdens of shed C. burnetii (Average Ct) in vaginal swabs, milk and faeces and antibody

levels (Average SP) in serum between vaccinated and unvaccinated groups. Finally, to

assess for the effect of time on the excretion of C. burnetii and in the serological evolution

of the level of antibodies in vaccinated and unvaccinated groups we performed Spearman

correlations.

Statistical analyses were run in IBMS SPSS v22.0 (IBM, Armonk, NY, USA). Ninety-

five per cent confidence intervals (95%CI) were estimated for prevalence values

according to the expression 95%C.I. = 1.96 [p(1 - p)/n]1/2 (Martin et al., 1987), being ‘p’

the proportion in unitary value and ‘n’ the size of the sample employed to estimate the

proportion.

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244

Results

Seroconversion after vaccination

Two-hundred and two hinds of the ≤2010 cohort that were vaccinated in January 2012

were negative by ELISA prior to vaccination. Three weeks after vaccination, in February

2012, 187 of these hinds (92.6%) seroconverted. In July 2012, 5 months after

revaccination, 170 of these females could be analysed again by ELISA and all (100.0%)

were positive to C. burnetii antibodies. In contrast, of the 72 animals of the control group

in this cohort that were seronegative in January 2012, 39 (54.2%) had seroconverted in

February 2012 and in July 2012 the 69.7% (23/33) of them had seroconverted due to

natural infection. The effect of vaccination on activating the humoral response in deer

was also evident by the increase in the average level of antibodies. Average SP for deer

of the ≤2010 cohort that were seronegative in January 2012 was 14.4 before vaccination

and thereafter it experienced a tenfold increase in February 2012 (132.1) and remained

similar (121.9) in July 2012. In contrast, non-vaccinated seronegative deer displayed

average SP values of 14.9 in January 2012, 86.5 in February 2012 and 65.7 in July 2012.

The 90.0% of seronegative deer from the 2011 cohort that were vaccinated in June 2012

(9/13) had seroconverted 3 weeks later (July 2012), but this rate diminished to 65.2%

(15/23) when analysed in January 2013. Unvaccinated animals did not experience

seroconversion in July 2012 (0/11) and in January 2013 (0/11). The level of antibodies

experienced a five-fold increase from June 2012 (21.7) to July 2012 (99.1) in the group

of vaccinated deer and it slightly decreased by January 2013 (77.1). In contrast, the pattern

in unvaccinated animals remained similar along this period with average SP=19.8 in June

2012, 21.7 in July 2012 and 8.6 in January 2013.

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245

Finally, seroconversion in the 2012 cohort couldn’t be estimated because serum samples

from seronegative animals allocated to the vaccinated group were not collected in July

2013 - 3 weeks after vaccination; the 20.0% of these animals (3/15) had antibodies in

January 2014. Among seronegative animals of the 2012 cohort control group, 4 of 12

(33.3%) were seropositive in July 2013 and 6 of 15 (40.0%) had antibodies in January

2014. Average SP in the vaccinated group increased from 12.7 in June 2013 to 34.4 in

January 2014. Average SP values were similar in seronegative individuals of the

unvaccinated group: 9.7 in June 2013, 27.0 in July 2013 and 32.8 in January 2014.

Figure 3. Shedding prevalence in vaginal secretions, milk and faeces in vaccinated and unvaccinated

deer groups with time from vaccination according to the studied deer cohorts. * Statistically

significant differences (p<0.05) between vaccinated and unvaccinated groups.

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246

Evolution of the humoral immunity after vaccination

Five-hundred and ninety-five hinds were surveyed for serum at least once between

December 2010 and January 2015 (Table 1). In total, 2194 serum samples were analysed

by ELISA. After vaccination and re-vaccination of the ≤2010 cohort in early 2012,

seroprevalence remained most of the time around 100% in contrast to the control group

in which seroprevalence was always below 20% (Fig. 2A). Statistically significant

differences in prevalence between vaccinated and unvaccinated groups in this cohort were

found at different times after initiating the vaccination trial (Fig. 2A). The pattern

observed in average antibody levels was similar to that observed for prevalence (Fig. 2B);

vaccinated animals displayed average SP values over 200.0, an unusually high value in

naturally infected ruminants (Ruiz-Fons et al., 2011 Epidemiol Infect). Differences in

antibody levels between vaccinated and unvaccinated hinds after vaccination were always

statistically significant. Seroprevalence and average antibody levels displayed

statistically significantly time trends in the group of vaccinated animals: rho=0.848,

p<0.001 and rho=0.902, p<0.001, respectively. Seroprevalence in unvaccinated deer also

displayed statistically significant time trend (rho=0.692, p<0.05) although that trend was

not clear when represented in a chart (Fig. 3). There was no statistically significant time

trend in average antibody levels in this group.

Differences in seroprevalence and average antibody levels between vaccinated and

unvaccinated deer of the 2011 and 2012 cohorts were statistically significant after the

start of vaccination except in January 2014 (Fig. 2C, 2D, 2E and 2F). There was a

statistically significant time trend in both seroprevalence (rho=0.778, p<0.05) and

antibody levels (rho=0.762, p<0.05) in the group of vaccinated animals within the 2011

cohort that was not observed in the group of unvaccinated mates. In contrast, statistically

significant time trends in seroprevalence (rho=0.886, p<0.05) and antibody levels

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247

(rho=0.943, p<0.05) were found in the group of unvaccinated deer of the 2012 cohort but

not in vaccinated ones.

Patterns of Coxiella burnetii shedding after vaccination

A total of 444 vaginal swabs, 272 milk samples and 316 faecal samples from 319 hinds

(228 vaccinated and 91 unvaccinated) were investigated during the years 2012, 2013 and

2014 (Table 1). Shedding patterns of C. burnetii in vaginal secretions, milk and faeces

were separately analysed for any of the studied cohorts.

Coxiella burnetii DNA was detected in vaginal swabs, milk and faeces in any of the three

time periods from calving in which samples were collected, that is up to close the 5th

month after calving (Fig. 3). This pattern was similar for any of the three cohorts studied.

Almost no significant differences in shedding prevalence and in average qPCR Ct values

were observed between vaccinated and unvaccinated animals in any cohort (Figures 3

and 4). In general terms, shedding prevalence in vaginal swabs (Fig. 3), although not the

burden of shed bacteria (Fig. 4), was slightly higher in August than in July and September

in contrast to shedding prevalence in milk and faeces (Fig. 3) that tended to decrease

along with time from calving. This pattern was observed both in vaccinated and

unvaccinated groups in every cohort. An interesting observation was the absence of

vaginal shedding in September 2014 in any of the studied cohorts and in both vaccinated

and unvaccinated groups. Shedding prevalence of C. burnetii in faeces, although not

shedding burden, displayed a decreasing trend with time in vaccinated (rho=0.883,

p<0.001) and unvaccinated (rho=0.870, p<0.001) animals of any of the studied cohorts

(Figs. 3 and 4).

Discussion

The use of inactivated phase I vaccines is widely generalized in domestic ruminant

populations as a tool to reduce the excretion of C. burnetii by infected animals, and

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248

therefore to reduce the burden of bacteria shed into the environment and consequently the

risk of infection of humans and other animal species (Arricau-Bouvery et al. 2005;

Guatteo et al., 2008). Recent studies confirmed the efficacy of vaccination for preventing

C. burnetii shedding in uninfected non-pregnant cattle (Guatteo et al., 2008; Taurel et al.,

2012), in uninfected pregnant goats (Arricau-Bouvery et al., 2006) and infected non-

pregnant sheep (Astobiza et al., 2013). For optimal vaccine efficacy in different species

of domestic ruminants, vaccinated populations may accomplish one common pre-

requisite, C. burnetii shall not be present in the population or shall only circulate at low

seroprevalence. Additionally vaccination at early ages, when animals have not yet been

exposed to infection by C. burnetii, is recommended.

Current demographic status of red deer populations in the Iberian Peninsula in addition

to the widespread geographic distribution of C. burnetii in this species and the increasing

relevance of deer as a game and farm species that increases red deer-human interaction

rates makes research on potential control measures of C. burnetii transmission a high

relevance issue. In our study, we selected a semi-extensive bred red deer population as a

model to test the efficiency of vaccinating red deer against C. burnetii infection with a

phase I inactivated vaccine (González-Barrio et al., 2014; González-Barrio et al., 2015

submitted Frontiers Vet Sci). Since C. burnetii is endemic in around 50% of red deer

populations in Iberia (González-Barrio et al., 2015 AEM), analysing the efficiency of the

application of the vaccine to an endemic population would better resemble what we could

expect from vaccinating free-roaming deer population. We aimed to simulate in a semi-

controlled red deer population what would be the effect of vaccinating a high percentage

of deer in a free-roaming population with endemic circulation of C. burnetii. Wildlife

vaccination chances are increasing as long as research on efficient oral vaccines and

vaccine delivery methods to wildlife progress (Beltrán-Beck et al., 2014; Gortázar et al.,

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249

2014). Therefore, research on potential control tools should be promoted. Besides

studying the effect of vaccination on the excretion of C. burnetii in red deer, this study

also explores the main shedding routes of C. burnetii in this wild species.

Fig

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Humoral immune response to vaccination

In general terms a high percentage of seronegative red deer seroconverted after

vaccination with Coxevac, with apparently higher seroconversion rates in adult than in

yearling individuals. This age-related effect on humoral response has been also observed

in natural infection patterns by C. burnetii in the study farm (González-Barrio et al., 2015

FVS). This seems to be related to increasing immune competence with individuals’ age.

Vaccination and subsequent revaccination induced a high and stable seroprevalence in

the population that remained high when animals were revaccinated both annually and

biannually. Vaccination with a single dose (first vaccination) induced high humoral

response in red deer in a short period of time (3 weeks). Although the boosting effect on

the humoral immune response after revaccination could not be evaluated in the short time,

the level of antibodies remained similar few months later. This suggests that perhaps

revaccination 3 weeks after first vaccination is not necessary in red deer and that

revaccination every 6 months, as previously suggested (González-Barrio et al., 2015

FVS), would keep high levels of circulating antibodies in vaccinated individuals. In

domestic ruminants changes in the level of C. burnetii antibodies after vaccination are

similar, with 95% seroconversion rates observed in goats 28 days after vaccination

(Arricau-Bouvery et al., 2005). However, in vaccinated goats antibodies last between 8

and 12 months (Arricau-Bouvery et al., 2005; Coxevac data sheet) in contrast to what we

observed in vaccinated and revaccinated deer. Seroconversion rates observed in

vaccinated sheep are variable among studies: 40%, 98% and 100% (Astobiza et al., 2011;

Eibach et al., 2013; Hamann et al., 2009). Brooks et al. (1986) detected antibodies in

sheep vaccinated with a phase I vaccine (not Coxevac) until 11 months after vaccination.

In adult cattle, a low proportion of the animals need annual revaccination while the 80%

of them maintained antibodies one year after vaccination (Rodolakis et al., 2009). This

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pattern varies with cattle age and only in the 68% of vaccinated yearling cows antibodies

were detected one year after vaccination. Antibody levels in cattle heifers induced by

vaccination also had lower average half-life than these in adult cattle (Rodolakis et al.,

2009).

Data obtained in this study shows that vaccination and revaccination of deer with phase I

inactivated vaccines induces long-lasting humoral response in a high percentage of

individuals. However, revaccination of adult and yearling females in July 2013 did not

induce the maintenance of existing antibody levels and seroprevalence also decreased by

January 2014. This was observed in the three studied cohorts, which suggests it may be

related perhaps to the conservation of the vaccine or to a failure of the vaccine batch

provided by the manufacturer. However, both explanations have been rejected after

checking that vaccines used in July 2013 were from the same batch than those employed

in June 2013 in yearlings of the cohort 2012. These animals mounted a normal humoral

immune response after vaccination in June 2013. Vaccines were preserved in refrigerated

conditions with no recorded change in the temperature of the refrigerator - which is

surveyed three times a week - in which these were kept from June to July 2013. We found

no plausible cause for that phenomenon.

Effects of vaccination on Coxiella burnetii shedding patterns in red deer

Coxiella burnetii DNA was detected in vaginal swabs of both vaccinated and

unvaccinated hinds until 4.5 months after calving. This shedding pattern in vaginal

secretions resembles that reported in infected vaccinated and non-vaccinated goats

(Rousset et al., 2009). Vaccination did not reduce the burden of C. burnetii shed in vaginal

secretions along the study period but a reduction in the time the pathogen was shed in

vaginal secretions was observed in the third year from the beginning of the vaccination

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program. A longer monitoring period would be perhaps needed to properly evaluate the

effect of vaccination over reduction of C. burnetii shedding as previously suggested for

endemically vaccinated sheep populations (Astobiza et al., 2011b). In vaccinated

uninfected goats Arricau-Bouvery et al. (2005) observed a reduction in vaginal shedding

time just two weeks after vaccination. Although not every vaccinated yearling deer in

2011 and 2012 cohorts had been exposed to C. burnetii by the time the vaccination was

implemented (at 13 months of age; Fig. 2), we did not observe a general reduction of the

shedding time in a short time window. However, since our results come from a field

experiment in deer within a highly contaminated environment (see González-Barrio et

al., 2015 AEM y EID) and since we observed a reduction in vaginal shedding time with

vaccination, we cannot discard that vaccination of uninfected deer under low natural

infection pressure conditions would significantly reduce vaginal shedding and in a shorter

time period. We did not observe any reduction in the burden of C. burnetii shed in vaginal

secretions, but we have to remark that shedding burdens were always at high Ct values

and very few animals displayed Ct values in qPCR below 30.0. Low C. burnetii burdens

have been reported in naturally infected red deer before (González-Barrio et al., 2014

AEM). These findings contrast with what it has been observed in goats after vaccination

(Hogerwerf et al., 2011). In naturally infected sheep populations with ongoing

vaccination along 3-4 years, the percentage of shedders and shedding burdens in vaginal

secretions decreased with time and even disappeared (Astobiza et al., 2013; Astobiza et

al., 2011). However, there are methodological differences among studies that make

comparisons difficult.

Coxiella burnetii shedding in milk lasted a little bit less than vaginal shedding in infected

deer. This finding was consistent along the studied deer cohorts in which shedding was

approximately restricted to the first three months from calving. No differences in this

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pattern were evidenced between vaccinated and control groups. Milk shedding in

unvaccinated naturally infected goats has been observed until 4-6 weeks (Arricau-

Bouvery et al., 2005; Roest et al., 2012). Vaccination of goats reduced the bacterial load

and time of C. burnetii in milk (Hogerwerf et al., 2011). The shorter time of milk shedding

compared to vaginal secetions or faeces agrees with previous reports in sheep and goats

(Rodolakis et al., 2007; Astobiza et al., 2010; Roest et al., 2012). The observed absence

of reduction in shedding prevalence and burden of C. burnetii in vaccinated deer agrees

with what it has been observed in sheep and goats in some experimental vaccination

studies (Rodolakis et al., 2007; Astobiza et al., 2010; Roest et al., 2012; Astobiza et al.,

2013).

Coxiella burnetii shedding in faeces was detected 4.5 months after calving as previously

observed in non-vaccinated goats (Roest et al., 2012). The main finding of our study was

the progressive reduction of C. burnetii shedding prevalence in faeces, although not the

burden of shed bacteria, with time from the implementation of vaccination. This was

observed both in vaccinated and unvaccinated deer groups but, since animals in both

groups were mixed in existing batches, the reduction observed in unvaccinated animals

may be a consequence of the reduction of the burden of C. burnetii shed in faeces by

vaccinated deer. A reduction in environmental contamination caused by the reduction of

shedding prevalence in faeces - if we assume faeces may be the main source for

environmental contamination and transmission of C. burnetii as previously suggested in

cattle (Courcoul et al., 2011) - would have accounted in a global reduced infection

pressure in the farm that would have been observed by a reduction in the prevalence of

exposed animals within the control group. However, this was not observed in the studied

cohorts. A recent study on the dynamics of C. burnetii in the deer of the study population

found a decreasing trend of incidence in yearling females from 2012 to 2014 along the

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implementation of the vaccination program (González-Barrio et al., 2015 FVS). If the

observed decrease in C. burnetii shedding prevalence in faeces is caused by vaccination

and if it is related to decreasing infectious pressure in the farm cannot be proved with the

data we gathered in this study. Therefore, further studies should evaluate in the long-time

these potential effects of vaccination in deer.

Conclusions and recommendations

Vaccination trials in endemic sheep populations concluded that longer vaccination

periods are needed in ruminants to observe any effect of the vaccination in reducing C.

burnetii shedding prevalence and burden, and therefore to reduce infection pressure

within the population (Astobiza et al., 2011). We initiated the experimental vaccination

trial in a deer population in which C. burnetii was endemic and where a high percentage

of the animals had been exposed to infection by C. burnetii (González-Barrio et al., 2015

FVS). However, since we aimed to test the efficiency of implementing vaccination in

naturally infected endemic populations to resemble what we could find in the real world

when planning measures to reduce the risk of transmission from free-roaming red deer

populations to livestock and/or humans, we decided to carry out the field experiment in a

model deer population. Unfortunately, the costs of implementing a vaccination

experiment over such a big population and monitoring the effect on shedding are

extremely high and therefore long-time monitoring is difficult to achieve at such scales.

We faced potential drawbacks to the effect of vaccination such as the endemic status of

C. burnetii and the initial vaccination of pregnant animals (Guatteo et al., 2008; Rousset

et el al., 2009, de Cremoux et al., 2012). In pregnant dairy cattle, Guatteo et al., (2008)

observed that the likelihood of shedding was similar in vaccinated that in control animals.

Future vaccination trials may perhaps target non-pregnant deer to avoid any potential

effect of pregnancy on the immune response of hosts to vaccination. Start the vaccination

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trial targeting only young animals while leaving adult animals unvaccinated could be an

approach to evaluate in the future. However, in our opinion, that approach would need

from an increased time of vaccination to achieve any potential reduction in C. burnetii

shedding in the population. We herein decided to start vaccinating yearling animals at 13

months of age for the first time according to preliminary observations on natural exposure

to C. burnetii with age in the study population. However, after epidemiological analyses

were completed in the study farm for a long time period (González-Barrio et al., 2015

FVS), we would recommend that future vaccination programs target calves at 6-7 months

of age to receive the first vaccine dose. That would perhaps protect them in the time

window between the loss of maternally-derived antibodies (González-Barrio et al., 2015

FVS) and the main shedding period in deer populations when they around 12-13 months

old.

Acknowledgements

We thank deer farm keepers for their valuable help in deer management and sample

collection. This work was funded by EU FP7 Grant ANTIGONE (278976) and CDTI

(Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial, Spanish Ministry for the Economy and

Competitiveness - MINECO). FRF is supported by a ‘Ramón y Cajal’ contract from

MINECO.

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Capítulo V. Síntesis y

Conclusiones

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Síntesis

Este capítulo resume los resultados más relevantes de los diferentes trabajos de

investigación que componen la presente Tesis Doctoral sobre la epidemiología y el

control de Coxiella burnetii en la fauna silvestre, haciendo especial énfasis en el impacto

que los conocimientos adquiridos en los trabajos realizados pueden tener sobre el sector

cinegético, sobre el sector ganadero y sobre el diseño de futuras estrategias de prevención

y control de C. burnetii en la fauna silvestre por parte de las autoridades en materia de

conservación de la biodiversidad y la fauna silvestre, la sanidad animal y la salud pública.

Se mostrará el potencial como reservorio de C. burnetii de las especies silvestres objeto

de estudio y las implicaciones de los hallazgos, se analizarán los resultados sobre la

dinámica de C. burnetii en escenarios endémicos en sistemas de producción de ciervo

rojo en extensivo y cómo estos resultados pueden ser aplicados al control de la infección,

se analizará la aplicabilidad de los avances en el conocimiento sobre la epidemiología

molecular de este patógeno sobre el conocimiento de su dinámica y de las relaciones con

los hospedadores a los que infecta, se analizarán los resultados que han conllevado a

estimar las vías de excreción y transmisión de C. burnetii en las especies silvestres objeto

de estudio y su aplicabilidad para profundizar en el conocimiento de la epidemiología del

patógeno y el desarrollo de medidas de prevención y control, y se propondrán medidas de

control de la infección por C. burnetii en ciervo rojo basadas en los resultados obtenidos

tras el diseño, aplicación y evaluación de un protocolo de vacunación con vacunas

comerciales inactivadas.

El incremento durante las últimas décadas de la concienciación en la sociedad por la

conservación de la naturaleza, por seguir hábitos alimentarios más saludables y

sostenibles, por la práctica de deportes relacionados con la naturaleza, así como el

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aumento en la ganadería y el incremento por el interés en actividades cinegéticas, entre

muchos otros motivos, han propiciado una mayor frecuencia de contacto entre las

especies silvestres, el ganado y el ser humano que puede generar conflictos y favorecer

la transmisión de enfermedades infecciosas compartidas con animales silvestres. Conocer

cuál es el papel de las especies de fauna silvestre con las que el ser humano puede tener

una mayor frecuencia de contacto - especies con amplia distribución geográfica,

abundantes y con interés cinegético - en el mantenimiento y la transmisión de C. burnetii,

identificar los factores que condicionan el mantenimiento de C. burnetii en las

poblaciones de fauna silvestre, conocer las relaciones patógeno-hospedador que

determinan la dinámica del patógeno y su transmisión, así como evaluar potenciales

medidas de control de la infección en especies silvestres son aspectos esenciales para

prevenir la transmisión de C. burnetii desde la fauna silvestre a los animales domésticos

y al ser humano. Sólo los conocimientos científicos adecuados y el desarrollo y ensayo

de estrategias de control pueden prepar a las sociedades humanas para evitar los riesgos

sanitarios que su contacto con la fauna silvestre conllevan.

Coxiella burnetii circula de forma endémica y a gran escala en especies silvestres

ampliamente distribuidas en la península ibérica

como el ciervo rojo y el conejo de monte

Numerosas especies de animales silvestres presentan una distribución geográfica amplia

en la península ibérica, pero de todas ellas aquellas con interés cinegético pueden

representar un riesgo mayor en la transmisión de C. burnetii a los animales domésticos y

al ser humano por la esperable mayor tasa de interacción. Especies cinegéticas como el

ciervo rojo, el conejo de monte o el jabalí representan las mayores presas cinegéticas en

la España peninsular de caza mayor y menor, respectivamente. Sus poblaciones presentan

una distribución geográfica amplia, ocupando casi toda la península ibérica en su

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conjunto, son apreciadas como trofeo cinegético, se consume su carne, muchas de sus

poblaciones están sometidas a algún grado de gestión cinegética y coexisten con ganado

doméstico. Si alguna especie silvestre puede representar algún riesgo para el ganado y el

ser humano como reservorio de C. burnetii, estas especies deben, a priori, estar entre ellas.

Así, tres de los estudios de esta tesis se enfocaron a estudiar la presencia de C. burnetii

en estas especies, si bien en el caso del jabalí su estudio se limitó a poblaciones densas

del centro-sur peninsular en las que las prevalencias de circulación de otros patógenos

son altas. Se obtuvo una información representativa del estado de C. burnetii en las

poblaciones de ciervo rojo (CAPÍTULO II.1) y conejo de monte (CAPÍTULO II.2) en

la península ibérica, incluyendo también poblaciones de Portugal. El 50% de las

poblaciones de ciervo estudiadas y más del 60% de las poblaciones de conejo presentaron

exposición a C. burnetii. Además, se detectó la circulación de C. burnetii en poblaciones

de estas especies en granja; el 67% de las granjas de ciervo y el 50% de las de conejo

tenían presencia de C. burnetii. Al contrario de lo esperable debido a las altas tasas de

prevalencia de otros patógenos que el jabalí comparte con animales domésticos, pero

coincidiendo con los resultados obtenidos en ciervo para la misma zona, la prevalencia

de C. burnetii en los jabalíes analizados de la zona centro-sur de España fueron bajas. Se

identificaron algunos factores de riesgo de exposición del ciervo y del conejo a C.

burnetii, pero los modelos estadísticos mostraron que otros factores no contemplados en

estos estudios deben de tener mayor peso en la dinámica de C. burnetii que los

contemplados. Curiosamente, la gestión cinegética del ciervo, al contrario que ocurre con

enfermedades como la tuberculosis bovina, no representa un factor de riesgo de

exposición del ciervo a C. burnetii. Las poblaciones no gestionadas presentaron tasas más

altas de exposición a la bacteria que aquellas gestionadas con fines cinegéticos, si bien

las máximas prevalencias se observaron en una granja de ciervos. En una situación

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especial en la que coexisten conejo y ciervo (en la provincia de Cádiz), la presencia de

ciervo mostró una influencia positiva sobre la exposición de los conejos a C. burnetii. A

pesar de que la reproducción del conejo se produce durante todo el año en esta zona

templada de España, se observó un mayor riesgo en verano que podría estar asociado a

un efecto de la presión de infección ejercida por la secreción masiva de C. burnetii tras el

parto de ciervas en simpatría (CAPÍTULOS II.3 Y IV). Este resultado sugeriría un

vínculo epidemiológico entre ciervo y conejo cuando están en simpatría, sugiriendo que

ambas especies comparten las mismas cepas de C. burnetii circulantes en el medio.

Estudios previos realizados a nivel mundial utilizando la fauna silvestre como modelo

evidencian que C. burnetii está ampliamente distribuida en todos los ecosistemas del

planeta. La presencia de C. burnetii ha sido probada en decenas de animales, desde

mamíferos terrestres y marinos, aves, reptiles, anfibios, e incluso artrópodos. Esta

característica multi-hospedador confiere a C. burnetii un potencial zoonósico importante

que merece ser estudiado en profundidad. Ciervo rojo y conejo de monte, probablemente

jabalí, pueden ser especies importantes en el ciclo de vida de C. burnetii en la península

ibérica y constituir importantes reservorios para animales domésticos y para el ser

humano. Este conocimiento hasta el momento inexistente demuestra la necesidad de

considerar la potencial interferencia de la fauna silvestre en cualquier sistema de control

que se implemente en el ganado para reducir la prevalencia de C. burnetii, así como

considerar a estas especies silvestres como potenciales fuentes de transmisión a humanos

y, por ello, responsables de casos clínicos de esta infección. Estos conocimientos son de

aplicabilidad, por lo tanto, tanto para las autoridades en materia de sanidad animal como

de salud pública en el desarrollo de planes de prevención y control de la fiebre Q en la

península ibérica.

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El ciervo rojo y el conejo de monte son reservorios de Coxiella burnetii en la

península ibérica

Tres aspectos pueden hacer del ciervo rojo y del conejo de monte reservorios verdaderos

e importantes de C. burnetii: i) Amplia distribución geográfica y capacidad de alcanzar

altas densidades poblacionales; ii) Alta prevalencia poblacional de C. burnetii a lo largo

y ancho de sus áreas de distribución; y iii) Capacidad de ser infectados, replicar y excretar

el patógeno al medio ambiente después de haber sufrido una infección sistémica. Los tres

requisitos son cumplidos por ciervo rojo (CAPÍTULOS II.1, III.1 y IV) y conejo de

monte (CAPÍTULO II.2) en la península ibérica. Sólo uno de esos aspectos no ha podido

ser demostrado en el jabalí (CAPÍTULO III.2) porque no se realizó un estudio a escala

geográfica adecuada para estimar la prevalencia de C. burnetii en sus poblaciones, pero

la amplia distribución geográfica y las altas densidades poblacionales de las poblaciones

ibéricas de jabalíes son ampliamente conocidas y en este estudio (CAPÍTULO III.2) se

ha confirmado la capacidad del jabalí para excretar C. burneti.

Los resultados de los estudios serológicos que confirmaron la amplia distribución de C.

burnetii en ciervo rojo y conejo de monte en la península ibérica fueron completados con

estudios de prevalencia de infección sistémica (detección de ADN de C. burnetii en

muestras de bazo; CAPÍTULOS II.1 y II.2) y con estudios sobre las vías de excreción

de C. burnetii por parte de estos animales (detección molecular de la presencia de C.

burnetii en hisopos genitales, orales, nasales y rectales y en muestras de glándula

mamaria/leche y heces; CAPÍTULOS II.2, III.1 III.2 y IV). El 50% de las poblaciones

de ciervo rojo, al igual que se observó con el análisis serológico, mostraron presencia de

infección sistémica por C. burnetii (muestras de bazo positivas en PCR). Las muestras de

bazo analizadas en conejo también señalaron la presencia de infecciones sistémicas por

C. burnetii. Se detectó excrecion de C. burnetii por numerosas de las vías estudiadas en

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las tres especies, confirmándose en el jabalí la capacidad de los machos de transmitir C.

burnetii a través del semen, como recientemente se ha confirmado en moruecos de raza

manchega y en gacelas en España.

Estos resultados, junto a los resultados obtenidos en esta Tesis Doctoral sobre la dinámica

de infección por C. burnetii en el ciervo (CAPÍTULO II.3), señalan que es posible que

el sesgo de los muestreos de ciervo y jabalí a la época principal de caza - otoño e invierno

- puedan conllevar a que las prevalencias de C. burnetii hayan sido subestimadas, siendo

en ese caso incluso superiores. Por lo tanto, deberíamos considerar a ambas especies, y

potencialmente a especies como el jabalí, como reservorios de C. burnetii en la península

ibérica. Estos resultados deben ayudar a mejorar los sistemas de prevención de

transmisión de C. burnetii en la interfaz silvestre-doméstico y silvestre-humano,

reduciendo así los riesgos.

En poblaciones endémicas de ciervo rojo la infección por Coxiella burnetii es

dinámica y determina variación en la presión de infección en el tiempo

La dinámica a largo plazo de la infección por C. burnetii en rumiantes silvestres y, sobre

todo, en rumiantes domésticos no había sido determinada en ningún estudio anterior. En

poblaciones de hospedadores en las que un patógeno circula de forma endémica podría

establecerse una relación entre la inmunidad de la población (conocida en animales

domésticos como inmunidad de rebaño) y la replicación y transmisión del patógeno. Si

existe algún efecto de la inmunidad de la población sobre la dinámica del patógeno, éste

determinaría variabilidad temporal en la presión de infección por C. burnetii y, por lo

tanto, variación en la incidencia de primoinfecciones en individuos susceptibles;

consecuentemente, se observaría variación en el tiempo en los niveles de exposición de

toda la población. Coxiella burnetii infecta a las hembras de rumiantes silvestres a edades

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tempranas y ocasiona problemas reproductivos en un porcentaje no muy elevado de las

hembras jóvenes del rebaño, y en menor medida en las hembras adultas. Estos hechos

sugieren que las hembras de rumiantes adquieren algún tipo de inmunidad tras sucesivas

infecciones que protege de los efectos clínicos de C. burnetii y, quizás, reduce la

capacidad de replicación del patógeno y su excreción. Cuando en la población se alcanza

un porcentaje elevado de animales ‘protegidos’ frente a la infección, la excreción podría

verse reducida y, con ello, la contaminación ambiental y la presión de infección. Tras un

tiempo y debido a la desaparición paulatina de animales ‘inmunizados’, el porcentaje de

animales susceptibles aumentaría y, paralelamente, la excreción, el nivel de

contaminación ambiental y, por ende, la presión de infección. Para probar esta teoría son

necesarios diversos estudios científicos experimentales tanto en condiciones de

laboratorio como en condiciones de campo.

En esta Tesis Doctoral se abordó estudiar si esta teoría podría ser factible utilizando como

modelo una población endémica de ciervo rojo (CAPÍTULO II.3) monitorizada en el

tiempo. Se estudió la dinámica de exposición a C. burnetii en ciervas de diferentes edades

mediante análisis serológico a lo largo de 12 años consecutivos y se analizó el efecto que

el porcentaje de animales en la población con inmunidad humoral frente a C. burnetii

podría tener sobre la presión de infección experimentada por hembras susceptibles

jóvenes en el rebaño. Los resultados obtenidos muestran una situación dinámica en el

tiempo de la infección por C. burnetii, con niveles variables de seroprevalencia entre años

tanto en ciervas adultas como en ciervas jóvenes. La incidencia en ciervas jóvenes varió

notablemente en el tiempo, indicando variación inter-anual en la presión de infección en

el rebaño. Los análisis de correlación entre el estado de la inmunidad humoral en la

población de hembras adultas y la incidencia en ciervas jóvenes mostraron una relación

negativa aunque no estadísticamente significativa. Esto indicaría que a mayores niveles

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de seroprevalencia en las hembras adultas en la población, menor sería el riesgo de

infección para hembras jóvenes, es decir, menor sería la presión de infección. Mientras,

en años con menor seroprevalencia en hembras adultas, la presión de infección para las

hembras jóvenes sería mayor. Desafortunadamente la escala temporal del estudio parece

no ser suficiente para probar la existencia de relación y en el estudio no se pudo analizar

la variación en la contaminación ambiental por C. burnetii.

Estos resultados muestran que poblaciones de rumiantes endémicas para C. burnetii, en

las que la vacunación con vacunas de fase I inactivadas - la estrategia más efectiva en

rumiantes domésticos - no es recomendable, podrían presentar ventanas temporales en las

que los niveles de inmunidad humoral global fuesen más bajos y por lo tanto se pudiese

acceder así a proteger un mayor porcentaje de animales susceptibles en la población

mediante la implantación de la vacunación. Poder predecir cuando ocurren esas ventanas

sería muy favorable para el control de la infección en poblaciones endémicas, las cuales

constituyen aproximadamente el 50% de las poblaciones de rumiantes en España. Esas

ventanas temporales vendrían después de periodos continuados - aunque aún no se conoce

su duración - de altos niveles de inmunidad humoral en el rebaño y baja incidencia de

primoinfecciones en animales jóvenes. Los resultados obtenidos en este estudio

proporcionan una base empírica sobre la que profundizar posteriormente y que podría

contribuir al diseño de estrategias más eficaces de control de la infección por C. burnetii

tanto en rumiantes domésticos como silvestres.

Las hembras de ciervo rojo son infectadas por C. burnetii al año de vida

Un dato importante que proporcionaría una valiosa información para la implantación de

vacunación como método de control de C. burnetii en las poblaciones de ciervo rojo sería

conocer cuándo se infectan los animales por primera vez a lo largo de su vida. Así, se

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podría determinar la edad a la que es recomendable iniciar la vacunación como medida

de protección frente a la infección por C. burnetii.

Para determinar este dato, se estudiaron tres cohortes de ciervas - nacidas en los años

2008, 2009 y 2010 - en una población endémica (CAPÍTULO II.3) de forma consecutiva

entre los 7 y los 78 meses de vida (algo más de 6 años). Se analizó el estado inmunológico

humoral de estas cohortes hasta en 13 ocasiones consecutivas entre los 7 y los 78 meses

de vida. La mayoría de los animales eran seronegativos a los 7 meses de vida, pero ese

porcentaje aumentaba exponencialmente a partir de los 13 meses de vida, indicando que

la infección se produce principalmente a partir del primer año de vida tras la época de

partos de las ciervas gestantes en la población.

Este resultado señala que sería recomendable iniciar la vacunación de las ciervas entre

los 7 y los 13 meses de vida, antes de la principal época de partos de las ciervas gestantes.

A pesar de que pueden existir diferencias en la dinámica de C. burnetii en una población

de ciervo en condiciones ‘controladas’ como la estudiada y una población de ciervos

‘libre’, la población estudiada sigue unos ritmos de vida bastante naturales, con partos

naturales no asistidos y monta natural como complemento de la reproducción asistida.

Quizás sería esperable, de acuerdo con las diferencias observadas en el nivel de

seroprevalencia entre esta población y las poblaciones ibéricas de ciervo en condiciones

de libertad (CAPÍTULO II.1), que incluso el porcentaje de primoinfecciones al año de

vida fuese menor en las poblaciones en libertad. Por ello, vacunar a los animales antes de

alcanzar su primer año de vida también sería recomendable en estas poblaciones en

libertad. Estos resultados serán de utilidad para el diseño de estrategias futuras de control

de C. burnetii en ciervos, tanto en condiciones controladas como en libertad. El número

creciente mundial de granjas de ciervo señala que estos resultados serán de aplicabilidad

para la mejora de las condiciones sanitarias de dichas granjas.

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266

Altas dosis de anticuerpos podrían proteger frente a la infección por Coxiella

burnetii en ciervo rojo

Hoy en día aún se desconoce qué tipo de inmunidad juega algún papel en la protección

frente a C. burnetii en animales. Los resultados de los modelos experimentales en

roedores de laboratorio no clarifican si la inmunidad humoral, la inmunidad celular o

ambas a la vez son responsables de la protección frente a C. burnetii. Analizar con

modelos experimentales controlados cuáles son los mecanismos inmunológicos que

protegen frente a la infección por C. burnetii en grandes animales es complicado y

costoso. Sin embargo, buscar evidencias epidemiológicas que indiquen la relación entre

el estado inmunológico de los animales y la infección podría ayudar a proponer hipótesis

que faciliten el diseño de experimentos controlados en este tipo de animales.

En uno de los trabajos llevados a cabo en esta Tesis Doctoral (CAPÍTULO II.3) se

realizó un seguimiento longitudinal en una cohorte de animales nacidos en 2013 en una

población de ciervo donde C. burnetii es endémica desde su 2º mes de vida hasta casi los

2 años de edad. El seguimiento consistió en el análisis serológico por ELISA de muestras

de suero recolectadas a los 2, 3, 7, 13, 14, 19 y 20 meses de edad. Los resultados mostraron

elevados niveles de anticuerpos a los 2 meses de edad con un elevado porcentaje de

seropositividad en los animales a esta edad. Los anticuerpos habían desaparecido hacia

los 7 meses de edad y volvieron a aparecer a los 14 meses, probablemente como

consecuencia de infección natural por C. burnetii. Alrededor de los 20 meses de edad

tanto la seroprevalencia como el nivel de anticuerpos había disminuido notablemente. Los

elevados niveles de anticuerpos observados en las ciervas a los 2 meses de edad

comparados con los valores medios a los 14 meses (tras infección natural) sugieren que

las ciervas transmiten a sus crías una alta dosis de anticuerpos maternales en la lactación.

Alrededor de los 7 meses de vida estos anticuerpos han desaparecido y sólo vuelven a

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267

aparecer alrededor del año de vida tras la principal época de partos de las ciervas gestantes

en la población. Aparentemente estos niveles elevados de anticuerpos podrían conferir

algún tipo de protección temporal de corta duración frente a la infección por C. burnetii

ya que la mayor parte de los animales en el rebaño seroconvierte a partir del primer año

de vida, sugiriendo primoinfección a esa edad y no antes. Estos resultados, de ser

confirmados con estudios experimentales con mayor control, señalarían que la

vacunación de los animales debería de producirse entre los 5 y 7 meses de vida del animal,

aunque - como confirman los resultados del estudio de las cohortes 2008-2010 en esta

población - siempre antes de la llegada de la época de partos alrededor de su primer año

de vida.

Ante la falta de estudios experimentales controlados que proporcionen información de

cómo diseñar un protocolo de vacunación en ciervo, estos resultados son de utilidad para

diseñar experimentos de vacunación en campo que inmunicen a los animales a edades

tempranas justo entre la pérdida de anticuerpos maternales y la primoinfección por

bacterias ambientales.

Diferencias en los genotipos de C. burnetii circulantes en ciervo rojo y conejo de

monte en simpatría sugieren algún tipo de adaptación

del patógeno a su hospedador

La información existente sobre los genotipos de C. burnetii que circulan en las especies

de fauna silvestre es escasa a nivel mundial y, por ende, conocer si estos genotipos son

compartidos entre diferentes especies de hospedadores es difícil. Toda caracterización

molecular de los genotipos circulantes en la fauna silvestre sería de utilidad para trazar el

origen de brotes en ganado y en humanos con potencial origen en la fauna silvestre.

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268

Por esta razón, en esta Tesis Doctoral se abordó el genotipado de muestras de diferentes

hospedadores silvestres ibéricos que fueron positivas en PCR para C. burnetii

(CAPÍTULO II.4). Se seleccionó un método de genotipado - MLVA - anteriormente

usado para tipar un gran número de cepas del ganado doméstico, de casos clínicos de

fiebre Q en humanos y de algunos animales silvestres, con la finalidad de que los

resultados fuesen comparables. Se logró genotipar de forma completa o casi completa un

total de 22 genotipos diferentes presentes en ciervo rojo y conejo de monte. La mayor

parte de las muestras genotipadas - todas salvo una - eran originarias de una zona del sur

de España donde ciervo y conejo coexisten y comparten hábitat y alimento. Sin embargo,

a pesar de este hecho y de que las muestras tipadas en ambas especies fueron recolectadas

en los mismos años, se observó una clara separación de los genotipos circulantes en ciervo

y aquellos que infectaron al conejo. Los genotipos de ciervo se agruparon aparte de los

genotipos de conejo que también presentaron agrupación. Algunos de los genotipos

presentes en ciervo y conejo presentaban patrones de MLVA idénticos o muy similares a

genotipos aislados en ganado y en casos humanos de fiebre Q, sugiriendo que la fauna

silvestre comparte genotipos de C. burnetii con ganado y humanos. Sin embargo, la

sorprendente separación de los genotipos en función del hospedador a pesar de que los

hospedadores conviven en simpatría, sugiere algún tipo de adaptación de los genotipos

de C. burnetii a particularidades del hospedador.

La aplicabilidad de estos resultados es limitada debido a la limitación en el número de

muestras que pudieron ser tipadas, al limitado número de especies silvestres en las que se

pudo genotipar C. burnetii y al limitado origen geográfico de los genotipos identificados.

Sin embargo, cierta especificidad de hospedador también ha sido sugerida en estudios

moleculares en diferentes especies de rumiantes domésticos en simpatría. Este estudio

señala la necesidad de profundizar en la caracterización molecular de C. burnetii en

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diferentes especies domésticas y silvestres y en humanos con una aproximación

metodológica mucho más exhaustiva, que abarque un ámbito geográfico mayor y, quizás,

integrando diferentes técnicas de tipado molecular. Investigaciones futuras con esta

aproximación podrían clarificar si existe algún tipo de adaptación de C. burnetii a sus

hospedadores y estimar en qué forma este hecho determina la dinámica de infección por

C. burnetii y qué factores determinan que los genotipos puedan ser compartidos por unas

y otras especies. Quizás estos resultados mejoren las capacidades de control de C. burnetii

en el futuro.

Las cepas de Coxiella burnetii que infectan a la fauna silvestre son genéticamente

similares a las aisladas en casos clínicos humanos en España

A nivel nacional, en España, el método empleado para el genotipado de C. burnetii en

muestras de diferentes hospedadores ha sido la PCR-RLB. Tipar con este método cepas

de C. burnetii presentes en la fauna silvestre española sería de gran utilidad para estudios

comparativos con la información existente en nuestro país.

Por ello, tras el tipado molecular basado en MLVA (CAPÍTULO II.4) que pretendía una

comparación de cepas a la escala internacional a la que la información estaba disponible,

se planteó el tipado molecular de las cepas de C. burnetii en la fauna silvestre española

mediante PCR-RLB para un estudio comparativo a nivel nacional (CAPÍTULO II.5).

Los resultados mostraron que algunos genotipos aislados en fauna silvestre también han

sido descritos en animales domésticos y humanos. Mientras que los genotipos

procedentes de rumiantes domésticos en este estudio se agruparon con genotipos

anteriormente descritos en ganado en España, los genotipos de fauna se agruparon entre

sí y con genotipos de garrapatas y casos clínicos humanos. Estos resultados, conforme a

lo que sugieren los resultados de análisis mediante MLVA, sugieren algún tipo de

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270

adaptación de las cepas de C. burnetii a sus hospedadores y/o vectores. Aunque los

resultados moleculares de las cepas de C. burnetii circulantes en España aún son escasos

para sacar conclusiones firmes, el que los genotipos predominantes en fauna silvestre sean

también predominantes en garrapatas y en casos de hepatitis aguda humana en España

sugieren que quizás las cepas circulantes en un ciclo fauna silvestre-garrapata pueden

ocasionalmente ser transmitidas a humanos. Si este ciclo silvestre está detrás de la

separación geográfica en la presentación clínica aguda de la fiebre Q en humanos en

España - con cuadro neumónico predominante en el tercio norte y cuadro de hepatitis

aguda en el sur de España - debe ser objeto de estudios posteriores. Curiosamente, la

distribución geográfica de los casos de hepatitis aguda por fiebre Q en España coincide

con el área de distribución de garrapatas del género Hyalomma y estas garrapatas utilizan

principalmente a los animales silvestres como hospedadores y ocasionalmente pican a

humanos.

Los resultados obtenidos en este estudio podrían ayudar a comprender mejor la

epidemiología de C. burnetii en España y el papel de la fauna silvestre y sus garrapatas

en la transmisión del patógeno en la interfaz silvestre-humano. Estos resultados dan pie

al diseño de estudios enfocados a comprender qué hecho está detrás de la separación

geográfica evidente en la presentación clínica aguda de los casos de fiebre Q en humanos

en España. Esa información mejoraría los protocolos de prevención de fiebre Q en

humanos en nuestro país, lo que podría suponer una reducción en los costes de

hospitalización y pérdidas laborales ocasionados por la enfermedad.

La infección por Coxiella burnetii podría suponer pérdidas reproductivas en las

poblaciones de ciervo

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271

Estimar los efectos clínicos de las infecciones por patógenos que cursan con fallo

reproductivo es complejo en la fauna silvestre por la dificultad de acceder a muestras

ocasionadas tras el fallo reproductivo (anejos fetales, fetos). Quizás por esta razón el

efecto de estas enfermedades, incluida la fiebre Q, haya pasado desapercibido en las

poblaciones de animales silvestres a pesar de que existen evidencias de fallo reproductivo

asociado a la infección por C. burnetii en numerosas especies de mamíferos silvestes en

colecciones zoológicas. Estimar el peso de la fiebre Q en las pérdidas productivas en

animales silvestres producidos con interés cinegético, bien en fincas privadas bien en

granjas, permitiría evaluar la necesidad de controlar la infección por este patógeno.

En esta Tesis Doctoral se evaluó la implicación de la infección por C. burnetii en un

episodio de fallo reproductivo en una población de ciervo producida en condiciones

controladas (CAPÍTULO III.1). Desafortunadamente el acceso a fetos, neonatos y

anejos fetales no fue posible por las particularidades de producción del ciervo en la

explotación que vetan el acceso a las parcelas donde las hembras paren a sus crías. Por

ello, para aproximar si algún patógeno asociado a fallo reproductivo podría ser la causa

del problema se tomaron muestras de sangre y hisopos vaginales de ciervas que

experimentaron fallo reproductivo y de ciervas que parieron. Se analizó la presencia y

prevalencia de algunos patógenos reproductivos que se han diagnosticado en casos de

fallo reproductivo en rumiantes, incluyendo las bacterias Chlamydia abortus y C.

burnetii, y los protozoos Toxoplasma gondii y Neospora caninum. Algunos otros

patógenos importantes en el fallo reproductivo, como Brucella spp., no se analizaron al

haberse demostrado previamente que esta población era libre. Los resultados de los

análisis serológicos llevados a cabo y de los estudios de diagnóstico molecular en

secreciones vaginales señalaron la implicación de C. burnetii en el episodio de fallo

reproductivo en la población. Sin embargo, la causalidad de la infección por C. burnetii

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272

detectada no pudo ser confirmada debido al difícil acceso a las muestras necesarias para

el diagnóstico de fallo reproductivo.

Estos resultados indican que se debe advertir a los productores de ciervo de que extremen

la vigilancia de los animales durante la época de cría para realizar una toma de muestras

adecuada y diagnosticar las causas del fallo reproductivo. Conocer las causas permitirá

establecer estrategias que estén enfocadas a reducir dichas pérdidas y las consecuencias

económicas de las mismas.

Las vías de excreción de Coxiella burnetii en fauna silvestre son las mismas que las

descritas en rumiantes domésticos, incluyendo

secreciones vaginales, semen, leche y heces

Estimar cuáles son las vías por las que C. burnetii es eliminada por animales infectados

es la única vía de conocer cómo se produce la contaminación ambiental por esta bacteria

y, por ende, su transmisión a individuos susceptibles. Además, conocer estas vías es la

única forma posible de evaluar el efecto de cualquier estrategia de control de C. burnetii

en fauna silvestre y estimar su eficacia.

En los diversos estudios realizados en esta Tesis Doctoral con diferentes especies de fauna

silvestre (CAPÍTULOS II.2, III.1, III.2 y IV) en las que se han tomado muestras

diversas para estudio de excreción se ha encontrado ADN de C. burnetii en hisopos

vaginales/uterinos de ciervo rojo y conejo de monte, en semen de jabalí, en leche/glándula

mamaria de ciervo y en heces/hisopos rectales de ciervo y jabalí. En jabalí también se

detectó la presencia de ADN de C. burnetii en hisopos nasales, probablemente indicativo

de inhalación de aerosoles contaminados con la bacteria. La detección de C. burnetii en

las mismas secreciones/excreciones que han sido descritas en rumiantes domésticos

sugiere que la vía vaginal, la leche y las heces son rutas de excreción de C. burnetii en

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273

especies silvestres infectadas. La presencia de C. burnetii en semen de jabalí sugiere

potencial transmisión vaginal en fauna silvestre, aunque esto también puede ocurrir en

rumiantes domésticos y silvestres.

Estos resultados señalan que probablemente la contaminación ambiental en ambientes

silvestres con C. burnetii se produzca a partir de la excreción de la bacteria en secreciones

vaginales y heces. Las bacterias excretadas de esta forma serían las principales

responsables de la contaminación ambiental y la transmisión por aerosoles - supuesta

aunque aún no probada en fauna silvestre - a otros individuos.

La implementación de vacunación con vacunas inactivadas de fase I podría

controlar la contaminación ambiental y la presión de infección por C. burnetii en

poblaciones endémicas de ciervo rojo tras una aplicación prolongada en el tiempo

Los resultados de los estudios epidemiológicos llevados a cabo en esta Tesis Doctoral

(CAPÍTULOS II.1 y II.2) muestran una amplia distribución geográfica de C. burnetii

en la fauna silvestre en España con niveles de seroprevalencia similares a los descritos en

rumiantes domésticos en el país y que constituyen la principal fuente de infección para el

ser humano. Además, algunas de las pocas cepas de C. burnetii de fauna silvestre tipadas

también han sido descritas en animales domésticos y personas (CAPÍTULOS II.4 y II.5).

Esta situación muestra la necesidad de diseñar y evaluar estrategias que pueden servir

para controlar de forma eficiente la contaminación ambiental por C. burnetii y, con ello,

su transmisión. El ciervo rojo podría ser uno de los reservorios silvestres más importantes

para C. burnetii en Europa según nuestros resultados. Evaluar la eficacia en el ciervo rojo

de vacunas que han demostrado potencial para el control de C. burnetii en especies de

rumiantes domésticos proporcionaría una información muy valiosa y, en caso de ser

efectiva, una herramienta muy interesante para controlar la infección en poblaciones de

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ciervo en condiciones controladas. Los resultados de la eficacia de la vacunación podrían

ser también extrapolados para adaptar el protocolo vacunal a poblaciones de ciervos en

libertad en el futuro.

Así, el último estudio incluido en esta Tesis Doctoral (CAPÍTULO IV) evalúa la eficacia

de un protocolo de vacunación de ciervo rojo con una vacuna comercial inactivada de C.

burnetii en fase I que ha demostrado eficacia en rumiantes domésticos, que ha sido

aprobada por la Agencia Europea del Medicamento para su uso en mamíferos y que está

disponible comercialmente. Se diseñó un protocolo de vacunación en fases de manera que

en una fase inicial se vacunase a las hembras adultas de la población independientemente

de su estado en relación a la infección por C. burnetii y progresivamente se fuese

inmunizando a los individuos jóvenes de la explotación antes de su primera exposición a

la infección natural. El diseño se hizo con la intención de simular los protocolos que

deberían ser diseñados para la implementación de la vacunación en poblaciones de ciervo

en libertad contra C. burnetii. Se vacunaron así tres cohortes de ciervas, una cohorte de

hembras vacunadas por primera vez a la edad de 2 años o más y 2 cohortes de ciervas

vacunadas desde los 13 meses de edad. En cada cohorte se vacunó aproximadamente al

75% de los animales mientras el resto se dejaron sin vacunar constituyendo el grupo

control. Para evaluar la capacidad inmunomoduladora de la vacunación y su eficacia

sobre la excreción de C. burnetii se tomaron muestras de sangre, hisopos vaginales, leche

y heces a diferentes tiempos de la vacunación y durante 3-4 años tras el inicio del

experimento. Se estimó la seroconversión por la vacunación en hembras seronegativas

antes de la vacunación y la evolución de la inmunidad humoral con el tiempo tras la

vacunación. Mediante qPCR se analizó el efecto de la vacunación en el tiempo sobre la

excreción de C. burnetii en secreciones vaginales, leche y heces en los grupos vacunal y

control. A pesar de la eficacia de la vacuna en la inducción de respuesta inmunológica

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275

humoral en las ciervas, ni la prevalencia de excreción ni la cantidad de bacterias

excretadas disminuyó en secreciones vaginales y leche con el tiempo de manera

significativa en el grupo vacunal con respecto al grupo control. Sin embargo, en ambos

grupos se observó una disminución progresiva de la prevalencia de excretores en heces

con el tiempo, aunque no de la cantidad excretada. Este último resultado junto con

observaciones previas en esta Tesis Doctoral (CAPÍTULO II.3) sobre la disminución de

la presión de infección en el rebaño en ciervas jóvenes desde el inicio de la vacunación

sugiere que quizás la vacuna pueda tener un efecto a largo plazo sobre la contaminación

ambiental. De confirmarse este resultado, las heces se confirmarían como la fuente

principal de contaminación ambiental con C. burnetii en ciervo rojo.

Este es el primer trabajo científico que evalúa la eficacia de la aplicación de vacunas

comerciales inactivadas de C. burnetii en fase I en ciervo rojo. Al igual que se ha

observado en experimentos similares en rumiantes domésticos, parece recomendable

aplicar los programas vacunales durante un tiempo más o menos prolongado, al menos

superior a 3 años, para observar algún efecto sobre el rebaño. Las dificultades asociadas

al coste de las vacunas y al seguimiento de la vacunación no han permitido realizar un

seguimiento más prolongado en el tiempo, por lo que este hecho debe ser tenido en cuenta

para el diseño de experimentos de vacunación en condiciones de campo en el futuro. Aún

así, los resultados son prometedores y señalan que estas vacunas podrían ser un buen

método de control de C. burnetii, quizás con mayor eficacia en poblaciones en libertad

en las que las prevalencias de infección por C. burnetii son más bajas que en la población

objeto de este estudio. Los protocolos futuros de vacunación en ciervo deberían iniciar la

vacunación de los animales a edades más tempranas cuando los anticuerpos maternales

comienzan a desaparecer y antes de que los animales se enfrenten a la época principal de

excreción de C. burnetii por parte de las ciervas gestantes (CAPÍTULO II.3). El diseño

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del protocolo de vacunación para este estudio se realizó previamente al análisis de la

dinámica de infección por C. burnetii en esta misma población (CAPÍTULO II.3), razón

por la cual no se pudieron aplicar todas las evidencias de dicho estudio al programa

vacunal. A pesar de que la inducción de inmunidad humoral parece durar algo más que la

inmunidad humoral inducida por infección natural (CAPÍTULO II.3), quizás sería

recomendable plantear protocolos con revacunación cada 6 meses de las hembras que

sean seleccionadas para reproducción. En poblaciones naturales será necesario en el

futuro evaluar el efecto de la vacuna sobre los machos, ya que estos podrían estar también

excretando C. burnetii en heces y contaminar el ambiente.

En conclusión, los trabajos realizados en esta Tesis Doctoral constituyen un documento

único sobre aspectos básicos de la epidemiología y el control de C. burnetii en la fauna

silvestre que permitirán profundizar en el conocimiento de la ecología de este patógeno

zoonótico en el futuro y mejorar las capacidades de las sociedades humanas para prevenir

y controlar el riesgo asociado a esta bacteria. Debemos profundizar más allá de la punta

del iceberg que hoy en día constituye el conocimiento existente sobre C. burnetii en la

fauna silvestre.

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Conclusiones

1.- Coxiella burnetii está ampliamente distribuida en las poblaciones de ciervo rojo

(Cervus elaphus) y conejo de monte (Oryctolagus cuniculus) en la península ibérica, las

cuales presentan niveles de seroprevalencia similares a los descritos en explotaciones de

rumiantes domésticos - vacas, cabras y ovejas - en la Península.

Coxiella burnetii is widely distributed in red deer (Cervus elaphus) and European wild

rabbit (Oryctolagus cuniculus) populations in the Iberian Penisula, in which it presents

seroprevalence levels alike those reported in domestic ruminant - cattle, goat and sheep -

herds in the same region.

2.- El ciervo rojo (Cervus elaphus) y el conejo de monte (Oryctolagus cuniculus) son

reservorios verdaderos de Coxiella burnetii, al menos en la península ibérica, ya que son

susceptibles a la infección por Coxiella burnetii, permiten el desarrollo de infecciones

sistémicas por esta bacteria y son capaces de excretarla a través de diferentes secreciones

y excreciones permitiendo la transmisión de Coxiella burnetii a otros individuos.

Red deer (Cervus elaphus) and European wild rabbit (Oryctolagus cuniculus) are true

reservoirs of Coxiella burnetii, at least in the Iberian Penisula, because they are

susceptible to infection by Coxiella burnetii, suffer from systemic infections and shed the

bacterium in several secretions and excretions that allow transmission of Coxiella burnetii

to other hosts.

3.- En poblaciones de ciervo rojo (Cervus elaphus) en las que Coxiella burnetii es

endémica, la seroprevalencia fluctúa en el tiempo en ciervas adultas y jóvenes. Estos

cambios podrían estar asociados con la variación observada en la presión de infección y

ofrecerían ventanas temporales para introducir programas vacunales que alcancen a una

mayor proporción de animales susceptibles en la población.

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In red deer (Cervus elaphus) populations with endemic circulation of Coxiella burnetii,

seroprevalence fluctuates in time both in adult and yearling hinds. That changes could be

linked to the observed variation in infection pressure and could constitute time windows

in which introducing vaccination protocols that would reach a higher proportion of

susceptible individuals in the population.

4.- El efecto de la edad en las poblaciones de ciervo rojo (Cervus elaphus) endémicas

sobre la respuesta inmunológica humoral frente a la infección por Coxiella burnetii está

probablemente vinculado a una mayor capacidad inmunológica de los individuos con la

edad.

Age-related effects on the immune humoral response against infection by Coxiella

burnetii in endemic red deer (Cervus elaphus) populations are most probably linked to

increasing immune capacity of individuals with age.

5.- La vida media de los anticuerpos producidos en ciervo rojo (Cervus elaphus) frente a

la infección natural por Coxiella burnetii es de alrededor de 6 meses, aunque ésta aumenta

hasta alrededor de 1 año tras la vacunación con vacunas inactivadas de fase I.

Average half-life of antibodies in red deer (Cervus elaphus) after natural infection by

Coxiella burnetii is around 6 months although it increases up to around 1 year after

vaccination with phase I inactivated vaccines.

6.- La excreción de Coxiella burnetii en hembras de ciervo rojo (Cervus elaphus) presenta

un patrón estacional claro con predominancia de excreción alrededor de la época de

partos. Esto unido a la corta duración de los anticuerpos tras la infección natural conlleva

menor seroprevalencia en invierno, lo que implica que los estudios epidemiológicos

basados en muestras de animales silvestres recolectadas en época de caza - octubre a

febrero - subestimen la seroprevalencia real.

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Coxiella burnetii shedding by red deer (Cervus elaphus) females displays a seasonal

pattern with major shedding around the breeding season. That fact in addition to the low

average half-life of antibodies after natural infeccion triggers lower seroprevalence in

winter and therefore epidemiological studies based on wildlife samples collected during

the hunting season - October to February - subestimate real seroprevalence.

7.- Las crías de ciervo rojo (Cervus elaphus) reciben de sus madres una alta carga de

anticuerpos en la lactación que desaparecen antes de los 7 meses de vida. Estas cargas

elevadas de anticuerpos podrían proporcionar cierta protección frente a la infección por

Coxiella burnetii a estos animales que en su nacimiento están expuestos a altas cargas

bacterianas excretadas por las hembras paridas.

Red deer (Cervus elaphus) calves are given high doses of antibodies by their mothers

during lactation that disappear before their 7th month of life. That high antibody dose

could protect calves from infection by Coxiella burnetii which at birth are exposed to

high burdens of infectious bacteria shed by farrowed females.

8.- La fauna silvestre comparte genotipos de Coxiella burnetii con el ganado doméstico,

el ser humano y garrapatas.

Widlife shares Coxiella burnetii genotypes with livestock, human beings and ticks.

9.- Los genotipos de Coxiella burnetii que circulan en poblaciones simpátrica de ciervo

rojo (Cervus elaphus) y conejo de monte (Oryctolagus cuniculus) se agrupan en función

de su hospedador, lo que sugiere que existe algún tipo de adaptación del patógeno a sus

hospedadores.

Coxiella burnetii genotypes circulating in sympatric red deer (Cervus elaphus) and

European wild rabbit (Oryctolagus cuniculus) populations cluster according to their host

of origin, which suggest that there is some adaptation of the pathogen to its hosts.

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280

10.- El tipado genético mediante MLVA de cepas de Coxiella burnetii de ciervo rojo

(Cervus elaphus) y conejo de monte (Oryctolagus cuniculus) muestra mayor similitud de

los genotipos presentes en la fauna silvestre con genotipos aislados de casos clínicos de

fiebre Q en humanos que con los genotipos aislados en ganado. El genotipado mediante

PCR-RLB confirma estos resultados.

MLVA genotyping of Coxiella burnetii strains from red deer (Cervus elaphus) and

European wild rabbit (Oryctolagus cuniculus) shows higher similarities of wildlife

genotypes to genotypes isolated from human Q fever clinical cases than to genotypes

isolated in livestock. PCR-RLB genotyping confirms that findings.

11.- El genotipado de cepas de Coxiella burnetii en fauna silvestre en España mediante

PCR-RLB señala grandes similitudes con genotipos de garrapatas y con genotipos

aislados en casos clínicos agudos de hepatitis en humanos. Estos resultados sugieren que

algunos genotipos de Coxiella burnetii son mantenidos en un ciclo que incluye especies

silvestres y garrapatas y que estos genotipos podrían ser ocasionalmente transmitidos a

seres humanos a través de la picadura de garrapatas o por exposición a fauna silvestre.

PCR-RLB genotyping of Coxiella burnetii strains of wildlife origin in Spain shows high

similarities with genotypes of ticks and those isolated from acute clinical cases of hepatitis

in humans. That results suggest that certain Coxiella burnetii genotypes are maintained

in a cycle that includes wildlife and ticks and that, ocassionally, could be transmitted to

humans through tick bites or through exposure to wildlife.

12.- Coxiella burnetii puede ser excretada en ciervo rojo (Cervus elaphus), jabalí (Sus

scrofa) y conejo de monte (Oryctolagus cuniculus) en secreciones vaginales, semen,

leche y heces.

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281

Coxiella burnetii can be shed by red deer (Cervus elaphus), Eurasian wild boar (Sus

scrofa) and European wild rabbit (Oryctolagus cuniculus) in vaginal secretions, semen,

milk and faeces.

13.- La implementación de un programa vacunal frente a Coxiella burnetii basado en

vacunas inactivadas de fase I en una población endémica de ciervo rojo (Cervus elaphus)

no reduce ni la prevalencia de excreción ni la cantidad de bacterias excretadas en

secreciones vaginales ni en leche en comparación con el grupo control, aunque sí se

observa una reducción en la prevalencia de excretores de Coxiella burnetii en heces en el

tiempo tanto en el grupo vacunal como en el grupo control en simpatría. Este hecho unido

a una disminución en la incidencia de infección por Coxiella burnetii en hembras jóvenes

en la población tras la implementación de la vacunación sugiere que quizás a largo plazo

la vacuna tenga un efecto sobre la reducción de la contaminación ambiental por Coxiella

burnetii en poblaciones de ciervo rojo.

The implementation of a vaccination program against Coxiella burnetii based upon

inactivated phase I vaccines in an endemic red deer (Cervus elaphus) population does not

account in a reduction of shedding prevalence and bacterial burden in vaginal secretions

and milk in comparison to the control group; however a reduction in the prevalence of

Coxiella burnetii shedders in faeces with time both in the vaccinated and the sympatric

control group is observed. This fact together with the observed decreasing incidence of

Coxiella burnetii infection in yearling hinds in the population after the implementation of

vaccination suggest that perhaps in the long-time scale vaccination would reduce

environmental contamination with Coxiella burnetii in red deer populations.

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