Diagnosis and risk factors of Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (MAP) in dairy herds of the Northern Region of Antioquia, Colombia

Abstract

ABSTRACT: Introduction: paratuberculosis is a slow-developing infectious disease, characterized by chronic granulomatous enterocolitis. This disease has a variable incubation period from 6 months to over 15 years, and is caused by Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (MAP). Some studies have been conducted in cattle during the last decades in Colombia. However, those studies were designed using a relatively small population, were not aimed to establish prevalence, and were limited to the assessment of risk factors. Objective: to determine the prevalence of MAP, confirmed by real-time PCR, and to explore the main risk factors associated with ELISA and/or real-time PCR positive results in animals of some dairy herds of the Northern region of Antioquia, Colombia. Methods: serum and fecal samples, and related data were taken from 696 randomly selected bovines in 28 dairy herds, located in 12 different districts in one of the main dairy municipality in Colombia (San Pedro de los Milagros). The samples were analyzed using a commercial enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) kit, Herrold´s egg yolk medium (HEYM) culture, an end-point IS900-specific nested PCR protocol, and a commercial F57-real-time PCR kit. The information on risk factors was analyzed by means of descriptive tatistics and logistic regression. Results: the seroprevalence obtained was 3.6% (1/28) at herd-level and 2% (14/696) at animal-level. Days in milk between 100 and 200 days and over 200 days, and daily milk production between 20 to 40 L/cow and over 40 L/cow, with Odds Ratios of 4.42, 3.45, 2.53, and 20.38, respectively, were associated with MAP seropositivity. None of the fecal samples from the seropositive herd resulted positive by duplicate to HEYM culture. None of the samples was found to be positive by F57-real-time PCR. Seven of the 27 samples were found to be positive by end-point IS900 -specific nested PCR. Agreement was found between ELISA and end-point IS900 -specific nested PCR in one of the samples. Conclusion: this study demonstrates MAP presence in dairy herds from Antioquia and the relationship between MAP seropositivity and milk yield and lactation stage. It also gives information about limitations of the different MAP-diagnostic techniques to be considered for the determination of an infected animal and herd.

RESUMEN: Introducción: la paratuberculosis es una enfermedad infecciosa de desarrollo lento, caracterizada por una enterocolitis granulomatosa crónica. Esta enfermedad tiene un periodo de incubación que varía entre 6 meses y 15 años, y es causada por Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (MAP). Algunos estudios se han desarrollado en el ganado bovino durante las últimas décadas en Colombia. Sin embargo, estos estudios fueron diseñados utilizando una población relativamente pequeña, no buscaban estimar la seroprevalencia y presentaron limitaciones al momento de definir factores de riesgo. Objetivo: determinar la prevalencia de MAP, confirmada por PCR en tiempo real, y explorar los principales factores de riesgo asociados con los resultados positivos de ELISA y/o PCR en tiempo real en animales de algunos hatos lecheros en la región norte de Antioquia, Colombia. Métodos: se tomó muestras de suero y materia fecal, así como información relacionada de 696 bovinos selccionados aleatoriamentre, en 28 hatos localizados en 12 veredas diferentes de uno de los principales municipios lecheros en Colombia (San Pedro de los Milagros). Las muestras fueron analizadas utilizando un kit comercial de ensayo por inmunoabsorción ligado a enzimas (ELISA), un medio de cultivo Herrold´s egg yolk medium (HEYM), un protocolo de PCR convencional anidado para IS900, y un kit comercial de PCR en tiempo real para F57. La información sobre factores de riesgo fue analizada por medio de estadística descriptiva y regresión logística. Resultados: la seroprevalencia obtenida fue de 3,6% (1/28) a nivel hato y del 2% (14/696) a nivel individual. Las variables días en leche, entre 100 y 200 diás y más de 200 días, y la producción diaria de leche, entre los 20 y 40 L/vaca y más de 40 L/vaca, con Odds Ratios de 4,42, 3,45, 2,53 y 20,38, respectivamente, estuvieron asociados a la seroprevalencia de MAP. Ninguna de las muestras fecales del hato seropositivo resultó positiva al cultivo en HEYM. Ninguna de las muestras resulto positiva por PCR en tiempo real para F57. Siete de las 27 muestras resultaron positivas por PCR convencional anidado para IS900. Se encontró concordancia entre los resultados de ELISA y de PCR convencional anidado para IS900 para una de las muestras. Conclusión: este estudio demuestra la presencia de MAP en hatos lecheros de Antioquia y la relación existente entre la seropositividad a MAP con la producción de leche y el estadio de lactancia. También aporta información sobre las limitaciones de las diferentes técnicas diganósticas de MAP a considerar para la determinación de un animal y un hato como infectados.