Respiratory disease in Norwegian pig production - with focus on Actinobacillus pleuropneumoniae

Abstract

Respiratory disease is considered a major challenge to the porcine health, welfare, and production. To limit the occurrence and impact of clinical respiratory disease, knowledge of the etiologic agent is crucial. Efforts made by the Norwegian pig production sector has resulted in a unique health situation for the Norwegian pig population. Actinobacillus pleuropneumoniae (APP) is the suspected agent behind most clinical outbreaks of respiratory disease in pigs in Norway. Due to a complex disease etiology and differences in population structures and production practices, updated knowledge of respiratory disease under the Norwegian conditions was needed.

The aim of this thesis was to increase our understanding of infectious respiratory disease in the Norwegian pig population. The aim was approached through a case/control field study of respiratory disease outbreaks, and a genome study.

Severe clinical characteristics were observed during the outbreaks, and the disease characteristics were typical of APP. Typical acute pathological lesions of porcine pleuropneumonia were present in lungs and pleura of pigs with acute clinical signs, and APP serovar 8 (APP8) was found to be the main etiologic agent. No other respiratory agents were found to contribute to the disease outbreaks. The results confirmed APPs role as a primary infectious respiratory agent.

To further characterize APP8 in the Norwegian pig population, the genomic variability in these bacterial genomes was investigated through whole genome sequencing. Information of the structure of the Norwegian pig population was used to assess its’ effect on the dissemination of genetic lines including antimicrobial resistance (AMR) in APP8. A very low within-host variation indicated that APP8 caused monoclonal infections in the pig lungs, yet some within-herd genetic variation was evident. A geographical clustering of APP8 was seen within regions in Norway, and between APP8 in Norway, the United Kingdom (UK) and Denmark. The time of separation between APP8 isolates from the three national populations was estimated using Bayesian inference. The last common ancestors of Norwegian and Danish isolates were estimated to have occurred around 200 years ago, while a separation of the Norwegian and UK isolates happened even longer ago. The occurrence of AMR genes in the Norwegian APP8 isolates was low, and substantially lower than the UK isolates.

While a high level of national biosecurity in Norway is the most important contribution to the health status of the Norwegian pig population, biosecurity practices at the farm are important for preventing endemic respiratory agents. A study assessing the total, external and internal biosecurity of herds with outbreaks of respiratory disease and non-outbreak herds was performed using Biocheck.UGent™. No difference in biosecurity levels between the herds with and without outbreaks could be detected. Both herd groups scored higher on external than internal biosecurity. However, a lower internal biosecurity score in both outbreak and non-outbreak herds was found, implying there might be a lack of compliance with important biosecurity measures internally at the farm.

In conclusion, APP8 is the dominating serovar of APP in Norway, causing severe outbreaks of clinical respiratory disease in fattening pigs. The structure of the Norwegian pig population has allowed for low variability among APP8 isolates, with clear geographic clustering. International biosecurity considerations allowing for a closed Norwegian pig population has led to a distinct separation between Norwegian isolates and those from neighboring nations Denmark and the UK. More information regarding transmission of APP is needed to assess the influence of biosecurity measures on occurrence of outbreaks with APP. The work described in this thesis has increased our understanding of infectious respiratory disease in the Norwegian pig population and can contribute to improved health of pigs.

Luftveissykdommer er i svineproduksjon ansett som et stort problem med store konsekvenser for grisens helse og velferd. For å begrense forekomsten av klinisk luftveissykdom hos gris må man først komme til bunns i hvilke agens som står bak. Den norske svinenæringa har lagt inn store ressurser i å opprettholde en god helse blant norske griser. Actinobacillus pleuropneumoniae (APP) mistenkes å stå bak de fleste utbrudd med luftveissjukdom i den norske grisepopulasjonen i dag. Grunnet komplekse årsaksforhold, og store nasjonale forskjeller i populasjonsstruktur var det behov for å kartlegge luftveissjukdom hos griser ved norske forhold.

Som overordnet mål hadde denne avhandlingen å øke forståelsen av smittsom luftveissykdom i den norske grisepopulasjonen. For å nå målet ble det gjennomført en kasus/kontroll feltstudie av luftveisutbrudd, og en genom-studie.

Under utbruddene ble det observert alvorlige kliniske tegn, og sykdomsbildet var typisk for APP. Typiske akutte forandringer for ondartet lungesyke var til stede i lunger og brysthinne hos griser med akutte kliniske tegn, og APP serovar 8 (APP8) ble diagnostisert som det viktigste etiologiske agenset. Ingen andre luftveisagens bidro til sykdomsutbruddene. Resultatene bekrefter APP som primæragens ved smittsom luftveissykdom.

Gjennom helgenomsekvensering av APP8-isolater fra Norge ble variasjonen i disse bakterienes DNA undersøkt. Informasjon om strukturen i den norske grisepopulasjonen ble brukt til å undersøke effekten av denne på genetisk variasjon og utbredelse av genetiske trekk inkludert antibiotikaresistens i APP8. Det var en beskjeden variasjon mellom APP8 isolater fra Norge. En svært lav variasjon blant isolater fra samme griselunge indikerte at infeksjonene var utgått fra samme bakterieklon. Det ble observert noe variasjon mellom griser innad i den enkelte besetning. Isolatene var tydelig inndelt etter geografisk opphav, både innad i Norge, og mellom APP8 isolater fra Norge, England og Danmark. Studien indikerte at norske og danske isolater må ha skilt lag for 200 år siden, og at norske og engelske isolater må ha skilt lag betydelig mye før det. Forekomsten av antibiotikaresistens-gener i norske APP8 isolater var lav, og betydelig mye lavere enn i engelske isolater. Strukturen i den norske grisepopulasjonen og nasjonale smitteverntiltak som begrenser forflytningen av griser har antakelig påvirket evolusjonen og utbredelse av APP8 i Norge.

Et solid smittevern nasjonalt er antakelig det viktigste bidraget til den gode helsesituasjonen i den norske grisepopulasjonen. Smittevern på besetningsnivå er allikevel viktig for å forhindre smittsomme sjukdommer som finnes i populasjonen. En studie som kvantifiserte overordnet, eksternt og internt smittevern i besetninger med og uten utbrudd av luftveissjukdom ble gjennomført ved hjelp av verktøyet Biocheck.UGent™. Det kunne ikke påvises noen forskjell i smittevernnivåer mellom besetningene med og uten utbrudd. Begge besetningsgruppene scoret høyere på eksternt enn internt smittevern. Det ble imidlertid funnet en lavere intern biosikkerhetsscore i både utbruddsbesetninger og ikke-utbruddsbesetninger, noe som tyder på at det kan være manglende overholdelse av viktige biosikkerhetstiltak internt på gården.

Resultatene fra disse studiene har bekreftet at APP8 forårsaker alvorlige utbrudd av klinisk luftveissykdom hos slaktegriser og er den dominerende serovar av APP i Norge. Strukturen til den norske grisepopulasjonen har bidratt til lav variasjon blant APP8-isolater, og en tydelig geografisk gruppering. Internasjonale smittevernhensyn som tillater for en lukket norsk grisepopulasjon, har ført til et tydelig skille mellom norske, danske og engelske APP8 isolater. Mer informasjon om hvordan APP smitter er nødvendig for å vurdere viktigheten av smitteverntiltak på forekomst av utbrudd med APP. Arbeidet som er beskrevet her har økt vår forståelse av smittsomme luftveissykdommer i den norske grisepopulasjonen og kan bidra til bedre helse hos griser.