Characterization of Lactococcus garvieae from rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) in Spain and Turkey

Abstract

Lactococcus garvieae is an emerging pathogen that causes mortalities in various farmed fish species, resulting in significant economic losses in aquaculture worldwide. The Gram-positive bacteria is pathogenic to both freshwater- and marine fish and occurs usually when the water temperature increases to about 16 ºC. In the Mediterranean L. garvieae affects the fresh water species rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) and causes hyperacute haemorrhagic septicemia.

Even though L. garvieae is considered an emerging pathogen, there are few studies performed to characterize this pathogen with respect to pathogenicity and virulence factors. Most studies on the virulence factors have been performed in L. garvieae strains of the marine species yellowtail (Seriola sp.) in Japan were the pathogen have been reported to exist since mid-1950s. The first outbreak in rainbow trout in the Mediterranean was reported in 1988. Based on current literature, the virulence factors in strains from these two fish species does not seem to be the same, and rainbow trout seem to be more sensitive for the pathogen with acute disease and raised mortality. Different typing techniques has been performed on L. garvieae from different hosts, but few studies have compared isolates from fish species only.

The aim of the current study was to obtain increased knowledge of the virulence factors and the phylogenetic relationship in L. garvieae, and to compare isolates from different geographical regions and fish species. Furthermore, there was also of interest to find a rapid and reliable identification method. Comparison of different phenotypic and genotypic methods, showed that sequencing of the gyrB was considered reliable. However, a simple PCR method published in 1998 seem to be the fastest method. To the best of our knowledge this is the first multilocus sequence analysis study (MLSA) of L. garvieae based on strains isolated only from fish. It revealed two main groupings of the strains that strengthen the proposed theory of how the pathogen was introduced to Europe from Japan. It could also explain why the vaccines used in aquaculture in the Mediterranean does not fully prevent outbreaks of the disease. In this study the major virulence factor, the capsule gene cluster, present in L. garvieae strains from yellowtail, was not found in strains from rainbow trout. However, few other virulence factors were detected in this work, and further investigation regarding virulence factors need to be done.

Lactococcus garvieae er et patogen som forårsaker økende dødelighet i ulike fiskearter i oppdrettsnæringen og gir betydelige økonomiske tap i akvakultur over hele verden. Den Gram-positive bakterien er patogen for både ferskvanns- og saltvannsfisk, og forekommer vanligvis når vanntemperaturen øker til ca. 16 ºC. I Middelhavet gir L. garvieae sykdom i ferskvannsarten regnbueørret (Oncorhynchus mykiss) og forårsaker hyperakutt septikemi. Til tross for at sykdom forårsaket av L. garvieae er et økende problem i akvakulturen, er det gjort få studier på karakterisering når det gjelder sykdomsbildet og virulensfaktorer. De fleste studier på virulensfaktorer er blitt utført på L. garvieae-stammer fra den marine arten yellowtail (Seriola spp.) i Japan, hvor patogenet har eksistert siden midten av 1950-tallet. Det første utbruddet i Middelhavet på regnbueørret ble rapportert i 1988. Basert på nåværende litteratur, så har man ikke funnet de samme virulensfaktorene i stammer fra disse to fiskeartene, og regnbueørret ser ut til å være mer følsom for patogenet med akutt sykdom og økt dødelighet. Ulike metoder på karakterisering har blitt utført på L. garvieae fra forskjellige verter, men få studier har sammenlignet isolater fra kun fiskearter. Målet med dette studien var å få bedre kunnskap om virulensfaktorer og fylogenetisk slektskap i L. garvieae, og sammenligne stammer fra forskjellige geografiske områder og fiskearter. Videre var det også av interesse å finne en rask og pålitelig identifikasjonsmetode. Sammenligning av forskjellige fenotypiske og genotypiske metoder viste at sekvensering av gyrB var en pålitelig metode. Men den raskeste metoden var en enkel PCR-metode publisert i 1998. Så vidt vi vet, er dette den første MLSA (multilocus sequence analysis)-analysen av L. garvieae med stammer som kun er isolert fra fisk. Det avslørte to hovedgrupper av stammene som styrker den foreslåtte teorien om hvordan patogenet ble introdusert fra Asia til Europa. Grupperingene kan også forklare hvorfor vaksinene som brukes i akvakultur i Middelhavet, ikke fullt ut forhindrer utbrudd av sykdommen. I dette studiet ble genene for kapselen, som er ansett som den avgjørende virulensfaktoren i L. garvieae-stammer fra yellowtail, ikke funnet i stammer fra regnbueørret. Imidlertid ble det oppdaget få andre virulensfaktorer i dette arbeidet, og ytterligere undersøkelser vedrørende virulensfaktorer må gjøres.