Tick-borne fever in sheep : production loss and preventive measures

Abstract

A major challenge in sheep farming during the grazing season along the coast of southwestern Norway is tick-borne fever (TBF) caused by the bacteria Anaplasma phagocytophilum, that is transmitted by the tick Ixodes ricinus. The justification for this study is based on our limited knowledge on the effect of A. phagocytophilum infection on indirect losses i.e. reduces weight gain and weaning weight in lambs. Further, there is a lack of efficient and sustainable preventive measures to tick-infestation and TBF which implies a need for new knowledge. Knowledge on the effect of age of lamb to a natural A. phagocytophilum infection and genetic variation in robustness to A. phagocytophilum infection are possible preventive measures that are investigated in this study.

A study (PAPER I) was carried out in 2007 and 2008 to examine the prevalence of A. phagocytophilum infection and its effect on weaning weight in lambs. The study included 1208 lambs from farms in Sunndal Ram Circle in More and Romsdal County in Mid-Norway, where ticks were frequently observed. All lambs were blood sampled and serum was analysed by an indirect fluorescent antibody assay (IFA) to determine the antibody status (positive or negative) to A. phagocytophilum infection. The possible effect of A. phagocytophilum on autumn live weight and weight gain was analysed using the MIXED procedure in SAS. The overall prevalence of infection with A. phagocytophilum was 55 %. A reduction in weaning weight of 3 % (1.34 kg, p<0.01) was estimated in lambs seropositive to an A. phagocytophilum infection compared to seronegative lambs at an average age of 137 days. The results indicate that A. phagocytophilum infection has a negative but low effect on average lamb weight gain. The study also support previous findings that A. phagocytophilum infection is widespread in areas where ticks are prevalent, even in flocks that treat lambs prophylactic with acaricides. Field trial (PAPER II) was carried out in 2008 and 2009 on two sheep farms in tick infested areas where A. phagocytophilum is present, to examine if there is an effect of age of lambs to a natural A. phagocytophilum infection. Three trial groups per farm and year, including a total of 336 lambs, were established as follows: 3E; lambs ≥ three weeks old when turned out on pasture and early time of birth, 1L; lambs ≤ one week old when turned out on pasture and late time of birth, 3L; lambs ≥ three weeks old when turned out on pasture and late time of birth. Recordings of weight, tick-counts, rectal temperature, other clinical signs of disease and mortality, together with blood serology and blood smears were used to analyse the effect of age of lambs to a natural A. phagocytophilum infection. Gompertz weight curve parameters were estimated for all lambs, and the individual lamb parameter estimates and performance traits were further analysed using the MIXED procedure in SAS. The incidence of fever, tickbites, clinical disease and death of lambs were analysed statistically using the PROC LOGISTIC procedure in SAS. There were incidences of tick-bites, clinical disease (including fever) and mortality in all trial groups indicating no effect of lamb age to a natural A. phagocytophilum infection. However, lambs infected in spring with A. phagocytophilum in the 1L group had higher (P<0.05) maximum growth rate (358g/day) than infected lambs in 3E (334g/day) and 3L (310/day) groups. Pasturing of ≤ one week old lambs on tick-infested pastures, can therefore be recommended in order to reduce weight losses due to A. phagocytophilum. Note should however be taken on annual and seasonal variations in tick activity relative to lambing, variants of A. phagocytophilum involved and turnout time as this probably will influence the effect of pasturing young lambs. An infection study (PAPER III) was carried out in 2008 and 2009. Five-month-old lambs of two Norwegian sheep breeds, Norwegian White (NW) sheep and Old Norse (ON) sheep, were experimentally infected with a 16S rRNA genetic variant of A. phagocytophilum (similar to GenBank accession number M73220). The experiment was repeated for two subsequent years, 2008 and 2009, using 16 lambs of each breed annually. Ten lambs of each breed were inoculated intravenously each year with 0.4 ml A. phagocytophilum-infected blood containing approximately 0.5x106 infected neutrophils/ml. Six lambs of each breed were used as uninfected controls. The clinical, haematological and serological responses to A. phagocytophilum infection were compared in the two sheep breeds. The present study indicates a difference in fever response and infection rate between the two breeds after experimental infection with A. phagocytophilum. The clinical response seems to be less in ON-lambs compared to NW lambs, but further studies are needed to conclude on the possible higher protection against A. phagocytophilum infection in the ON-breed than other Norwegian breeds. Estimation of heritability for survival of lambs on tick-exposed pastures (PAPER IV) was conducted using data from the Norwegian Sheep Recording System. Data on lambs of the Norwegian White (NW) sheep breed from flocks participating in ram circles (cross flock organized breeding program) with recordings in the Norwegian Sheep Recording System and registered with cases of TBF or using prophylactic treatment against ectoparasites at any one time in 2000 to 2008 where included, making a total of 126 732 lambs. Analysis of the data was conducted using a linear model in DMU software. The estimated heritability for the direct effect on lamb survival was 0.22. The estimated maternal variance in proportion of phenotypic variance of lamb survival was close to zero. The heritability of direct effects on lamb survival indicates a potential for a selection response to improve survival of lambs on tick-exposed pastures. This heritability cannot, however, be directly attributed to robustness to A. phagocytophilum as the lambs in this study are not confirmed infected with A. phagocytophilum. Our findings show that A. phagocytophilum does cause a significant but relatively low reduction in live weaning weight in lambs. Furthermore, the bacteria seem to be widespread in areas with ticks, but its pathogenic effects may be variable. The proposed preventive measures of turning lambs ≤ one week old on pastures in tick infected areas show a potential to reduce indirect losses to TBF in Norwegian sheep farming, bearing in mind that annual and seasonal variations in tick-infestation will influence the effect of this preventive measure. The indications of breed differences as well as an estimated heritability of 0.22 in survival of lambs expected to be exposed to tick-infestation, indicates potential for improving performance on tick-exposed pastures. It is suggested that further studies should be done to identify genetically robust animals.

En betydelig utfordring i saueholdet i løpet av beitesesongen langs sør-vest kysten i Norge er sjodogg forårsaket av bakterien Anaplasma phagocytophilum som overfores med flåtten Ixodes ricinus. Bakgrunnen for denne studien er basert på var begrensete kunnskap om effekten av A. phagocytophilum infeksjon på indirekte tap dvs. på redusert tilvekst og hostvekt hos lam. Det er mangel på effektive og bærekraftige forebyggende tiltak mot flått og sjodogg, noe som tilsier at det er behov for ny kunnskap. Kunnskap om effekten av alder på lam ved naturlig A. phagocytophilum infeksjon på beite og genetisk variasjon i robusthet mot infeksjon av A. phagocytophilum er aktuelle forebyggende tiltak som er undersøkt i denne studien. En studie (PAPER I) ble gjennomført i 2007 og 2008 for å undersøke forekomsten av A. phagocytophilum infeksjon og effekt på høstvekt hos lam. Studien inkluderte 1208 lam fra gårder i Sunndal, Todal og Alvundeid værering i Møre og Romsdal, hvor flått er observert. Det ble tatt blodprøve av lam og serum ble analysert ved en indirekte fluorescerende antistoff analyse (IFA) for å bestemme antistoff status (positiv eller negativ) til A. phagocytophilum infeksjon. Effekten av A. phagocytophilum infeksjon på hostvekt og tilvekst ble analysert ved hjelp av MIXED prosedyren i SAS. Prevalensen av infeksjon med A. phagocytophilum var 55%. En reduksjon i høstvekt på 3% (1,34 kg, p <0,01) ble estimert hos lammene som var seropositive til en A. phagocytophilum infeksjon sammenlignet med seronegative lam ved en gjennomsnittlig alder på 137 dager. Resultatene indikerer at A. phagocytophilum infeksjon har en negativ, men lav effekt på gjennomsnittlig tilvekst. Studien støtter også tidligere funn om at A. phagocytophilum infeksjon er utbredt i områder der flått er utbredt, selv i flokker som behandler lammene forebyggende mot flått. Et feltforsøk (PAPER II) ble gjennomført i 2008 og 2009 på to sauegårder i flåttinfiserte områder hvor A. phagocytophilum var påvist tidligere, for å undersøke om det er en effekt av alder på lam ved A. phagocytophilum infeksjon. Tre forsøksgrupper per gård og år, inkluderte total 336 lam, og ble etablert som følger: 3E; lam ≥ tre uker gammel ved beiteslipp og født tidlig om våren; 1L, lam ≤ en uke gammel ved beiteslipp og født seint om våren, 3L; lam ≥ tre uker gammel ved beiteslipp og født seint om våren. Registrering av vekt, antall flått, temperatur, andre kliniske tegn på sykdom og død, sammen med serologi og blodutstryk ble brukt til å analysere effekten av alder av lam ved en naturlig A. phagocytophilum infeksjon. Gompertz vekstkurve parametere ble estimert for alle lam, og disse estimatene i tillegg til tilvekst og høstvekt ble videre analysert ved hjelp av MIXED prosedyren i SAS. Forekomsten av feber, flåttbitt, klinisk sykdom og død ble analysert statistisk ved hjelp av PROC LOGISTIC prosedyren i SAS. Det var forekomst av flått-bitt, klinisk sykdom (inkludert feber) og dødelighet i alle forsøksgrupper, noe som indikerer at det var ingen effekt av alder på lam ved en naturlig A. phagocytophilum infeksjon. Imidlertid hadde lam smittet med A. phagocytophilum i 1L gruppen høyere (P <0,05) estimert maksimal tilvekst (358g/dag) enn lam i 3E (334g/dag) og 3L (310/dag) grupper. Beiteslipp av lam ≤ en uke gamle på flåttinfisert beite, kan derfor anbefales for å redusere vekttap på grunn av infeksjon med A. phagocytophilum. Man må imidlertid være oppmerksom på år og sesong variasjon i flåttaktivitet i forhold til lamming, varianter av A. phagocytophilum involvert, og tidspunkt for beiteslipp da dette sannsynligvis vil påvirke effekten av beiteslipp av lam som er ≤ en uke gamle. En infeksjons studie (PAPER III) ble gjennomført i 2008 og 2009. Fem måneder gamle lam av to norske saueraser, Norsk kvit sau (NKS) og Gammelnorsk sau, ble smitta med en 16S rRNA genetisk variant av A. phagocytophilum (tilsvarende GenBank nummer M73220). Forsøket ble gjentatt i to påfølgende år, 2008 og 2009, med totalt 32 lam av hver rase. Ti lam av hver rase ble inokulert intravenøst hvert år med 0,4 ml A. phagocytophilum-infisert blod som inneholder omtrent 0.5x106 smittet noytrofiler / ml. Seks lam av hver rase var kontrollam som ikke ble smitta. Klinisk, hematologisk og serologisk respons til A. phagocytophilum infeksjon ble sammenlignet i de to sauerasene. Studien indikerer en forskjell i feber respons og infeksjons rate mellom de to rasene etter eksperimentell infeksjon med A. phagocytophilum. Den kliniske responsen synes å være mindre i lam av rasen Gammelnorsk sau i forhold til NKS lam, men videre studier er nødvendig for å konkludere om Gammelnorsk sau er mer beskyttet mot flåttbårne infeksjoner enn andre norske raser. Estimering av arvegrad for overlevelse av lam på flått-eksponerte beiter (PAPER IV) ble utført med data fra Sauekontrollen. Data fra lam av rasen NKS fra flokker som deltar i væreringer, registrert med tilfelle av sjodogg eller bruk av forebyggende behandling mot ektoparasitter i perioden 2000-2008 er inkludert, totalt 126 732 lam. Analyse av data ble utført med en lineær modell i programvaren DMU. Den estimerte arvegraden for direkte effekt av overlevelse hos lam var 0,22. Den estimerte morvariansen i andel av fenotypisk varians av overlevelse hos lam var nær null. Arvegraden på 0,22 på overlevelse av lam indikerer potensiale for å forbedre overlevelse av lam på flatt-infisert beite. Denne arvegraden kan imidlertid ikke knyttes direkte til robusthet til A. phagocytophilum infeksjon da lam i denne studien ikke er bekreftet smittet med A. phagocytophilum. Våre funn viser at smitte med A. phagocytophilum forer til en signifikant, men relativt lav reduksjon i høstvekt hos lam. Bakterien A. phagocytophilum ser ut til a vare utbredt i omrader med flatt, men dens sykdomsfremkallende effekt kan variere. Det foreslåtte forebyggende tiltaket med beiteslipp av lam ≤ en uke gamle på flåttinfiserte beiter indikerer at dette kan redusere indirekte tap til sjodogg. År- og sesongvariasjon i flått aktivitet vil imidlertid påvirke effekten av dette forebyggende tiltaket. Indikasjoner på rase-forskjeller samt en estimert arvegrad på av 0,22 for overlevelse av lam på flått-infiserte beiter tyder på at det er potensialet for å forbedre produksjon på flatt infiserte beiter gjennom avl. Det anbefales at videre studier bør gjøres for å identifisere genetisk robuste dyr.