Epidemiologic studies of bovine respiratory syncytial virus and bovine coronavirus in Norway

Abstract

Bovine respiratory syncytial virus (BRSV) and bovine coronavirus (BCV) cause respiratory infection in cattle worldwide. In addition, BCV also causes diarrhoea in calves and contagious diarrhoea in adult cows, i.e. winter dysentery. The occurrence is endemic in the Norwegian cattle population, and the planning of a national control programme against these viral infections prompted the need for more research focused at the herd level. The overall objective of this thesis was to provide knowledge about the epidemiology of BRSV and BCV in the Norwegian cattle population, as a scientific basis for systematic control work. To reach this aim, we utilized register data, bulk tank milk antibody testing and reports of disease outbreaks. A risk factor analysis showed that large herd size and short distance to neighbours were associated with increased odds of antibody positivity in bulk tank milk for both viruses. Purchase of livestock was an additional risk factor for BCV. Spatial analysis revealed geographic differences in the distribution of prevalence. A cohort study was performed based on a regional outbreak of winter dysentery. The estimated drop in milk production was 3.6 L/cow at maximum, or 15% for the average herd, showing a notable effect of winter dysentery on milk production at the herd level. The MVD-Enferplex BCV/BRSV multiplex immunoassay was developed to screen herds for antibodies in bulk tank milk. A diagnostic test evaluation was performed for this application, by comparing it to two commercially available ELISAs, using Bayesian latent class models. Adjusting the configuration and cut-off values of the test resulted in acceptable sensitivity and specificity for both BRSV and BCV. A framework for herd-level calculations of probability of freedom (PostPFree) from BRSV and BCV antibodies over time was developed by use of bulk tank milk testing, geographic information and animal movement data. PostPFree was updated every three months, and validation against a subsequent bulk tank milk sample after three years showed that it provided an improved estimate of a herd’s antibody status compared to relying on the previous test result. Altogether, the results have provided insights at the herd level regarding: risk factors for a positive classification, consequences of disease and the uncertainty of herd classification. This knowledge can be directly applied in systematic control work.

Bovint respiratorisk syncytialvirus (BRSV) og bovint coronavirus (BCV) er årsak til luftvegslidelser hos storfe over hele verden. I tillegg kan BCV også forårsake kalvediaré og smittsom diaré hos voksne storfe, kalt vinterdysenteri. Forekomsten er endemisk i den norske storfepopulasjonen, og planleggingen av et nasjonalt kontrollprogram mot disse virusinfeksjonene skapte behov for mer forskning på besetningsnivå. Det overordnede målet med avhandlingen var å generere kunnskap om epidemiologien til BRSV og BCV i den norske storfepopulasjonen, som et bidrag til forskningsbasert, systematisk kontrollarbeid. For å nå dette målet brukte vi registerdata, tankmelk-serologi, og rapportering av sykdomsutbrudd. En risikofaktoranalyse viste at store besetninger og kort avstand til nabogårder, var assosiert med økt odds for antistoffpositivitet i tankmelk for begge virus. I tillegg var kjøp av livdyr en risikofaktor for BCV. Romlig statistisk analyse avdekket geografiske forskjeller i fordelingen av prevalens. En kohortstudie basert på et regionalt utbrudd av vinterdysenteri viste at det estimerte tapet i melkeproduksjon var 3,6 L/ku på det meste, eller 15% for en gjennomsnittsbesetning. Dette viser at vinterdysenteri har en betydelig effekt på besetningens melkeproduksjon. En nyutviklet MVD-Enferplex BCV/BRSV multiplex immunoassay har blitt brukt til screening av besetninger for antistoffer i tankmelk. Testen ble evaluert for denne anvendelsen ved å sammenligne den med to kommersielt tilgjengelige ELISA-tester, i Bayesianske latent klasse modeller. Multiplex testen kan, ved å endre konfigurering og cut-off verdier, oppnå akseptabel sensitivitet og spesifisitet for både BRSV og BCV. En metode for å beregne en besetnings sannsynlighet for frihet (PostPFree) fra BRSV og BCV antistoffer over tid ble utviklet ved å inkludere tankmelk-testing, geografisk informasjon og dyreforflytninger. PostPFree ble oppdatert hver tredje måned, og ved validering mot ny tankmelktest etter tre år gav den bedre estimater for besetningers antistoffstatus enn det man fikk bare basert på forrige prøvesvar. Alt i alt har resultatene gitt mer kunnskap på besetningsnivå om: risikofaktorer for positiv klassifisering, konsekvenser av sykdom og usikkerheten rundt klassifisering av besetninger. Denne kunnskapen har direkte anvendelse i systematisk kontrollarbeid.