Disease occurrence in small mammals from Northern Borneo: Histopathology and selected pathogens

Abstract

Small mammal species have been the study object for various scientific disciplines because their adaptation skills into different habitats, the basic position they occupy in the trophic pyramid and the role of multiple of these species as host and reservoir for parasites and zoonotic pathogens. From a veterinary point of view, there is a lack of information on the diseases of wild small mammal species and the pathogens they might carry, especially in degraded and anthropogenically modified environments, which could have a negative effect on the animal’s health. For this reason, this project investigated 15 different small mammal species and a total number of 346 individuals captured between 2012 and 2013 along a landuse gradient in Northern Borneo from the tropical rainforest to the urban area of Kota Kinabalu. The animals belonged to the families Muridae, Sciuridae, Soricidae and Tupaiidae and were classified according to their habitat preference into forest species, i.e. forest rodents and treeshrews, the generalist Sundamys muelleri found along all habitat gradient and urban species as Rattus spp. and the shrew Suncus murinus. After capture animals were immediately euthanized, dissected and tissue samples were collected. Subsequently all animals were examined for subclinical histopathological changes followed by a scoring of their lesions to estimate the individuals’ health status. Additionally, molecular analyses and transmission electron microscopy were conducted to identify selected pathogens. The histopathological assessment showed that endoparasitic lesions were the most prevailing finding. Comparing the occurrence of pathological changes of the different organs the lung was predominantly affected with 89% (277/310), follow by lesions in liver (60% (192/321)), gastrointestinal tract (38% (102/266)) and striated muscle (sarcosporidiasis) (35% (108/309)). In all animals, the organs affected to a lesser degree were kidney and heart in 28% (89/314) and 19% (60/324), respectively. One the more notable findings were dense bacterial layers on the mucosal surface of the stomachs in the forest rodents Maxomys spp. and Niviventer sp., which so far was only described in laboratory rodents. Further, the first time a Klossiella-like infection in the kidneys of two Sundascirurus lowii squirrels was described. As the majority of pathological changes were observed in individuals from all species, the exposure to pathogens seems to occur regardless their chosen habitat. However, although lesions with parasitic origin were detected in forest species as well as in the generalist Sundamys muelleri, they were more predominant in urban individuals from the Rattus genus. Possible reasons could be the high density and the colony social structure, which favour parasite occurrence and transmission. The evaluation and scoring of the health status, based on the histopathological findings showed that the majority of the individuals were estimated to be moderately affected 66% (219/331) by their lesions, while 22% (74/331) had no or only mild lesions and were classified as clinically healthy. In contrast to this, only 12% (38/331) of all individuals were assumed to have a severely affected health status. Comparing the ecological groups, the health status was similar, however, there were distinct differences of the health status between certain species living in the same habitat. Among forest species, treeshrews were healthier than forest rodents, which health status was similar to the generalist species Sundamys muelleri. Amongst urban species, the shrew Suncus murinus presented a better health status than individuals from the Rattus genus. These findings suggest that in general the habitat has not a significant influence of the health status. But intraspecific characteristics based on the behaviour, predation pressure and/or social structure may have an impact in the health of the species. Species living in urban areas, mainly Rattus species, as well as the generalist Sundamys muelleri, were predominantly infected with Leptospira interrogans. While in contrast to this, infections of forest species showed a higher diversity of the detected Leptospira spp. DNA of the blood parasite Trypanosoma spp. was found in approximately 9% (24/277) of all investigated individuals. Amongst them, the potentially zoonotic Trypanosoma lewisi was predominantly found in Sundamys muelleri and urban Rattus species, meanwhile forest individuals were infected with either novel or unclassified Trypanosoma species. Histopathological investigations revealed that 30% (108/309) of all animals were infected by Sarcocystis. Further examination of the ultrastructural features of the Sarcocystis walls revealed the presence of three different Sarcocystis species (S. singaporensis, S. zuoi and S. villivillosi) in the forest species Sundascuirus lowii and Maxomys whiteheadi, and the generalist Sundamys muelleri. Additionally, a novel species, Sarcocystis scandentiborneensis sp. nov., was detected in treeshrews, corroborated by unique ultrastructural wall characteristics and phylogenetic evaluations. The morphological evaluation of Sarcocystis spp. showed a higher diversity among forest species and Sundamys muelleri, supporting that a broad range of small mammal species are intermediate hosts for the Sarcocystis spp. The occurrence of herpesvirus DNA was similar to Sarocystis spp. (29% (46/156) of all individuals), and although due to rather short fragments of herpesvirus DNA strain identification was not possible, sequence results indicated a wide diversity due to marked genetic heterogeneity of herpesviruses among animals from all habitats. For the first time this study investigated multiple small mammal species trapped along a landuse gradient not only by molecular techniques, but by histopathology. This allowed to not only detect the presence of a given pathogen, but to get an estimate of the individuals’ health status. Moreover, it lead to the identification of a novel parasite species (S. scandentiborneensis sp. nov.). Such investigations are only possible with an interdisciplinary approach, but to be able to better understand the interconnectivity of multiple animal species and pathogens in an ecosystem such approaches are indispensable.

Kleinsäugerarten sind aufgrund ihrer Anpassungsfähigkeit an verschiedene Lebensräume, der Position, die sie in der trophischen Pyramide einnehmen und der Rolle als Wirt und Reservoir für Parasiten und zoonotische Krankheitserreger das Untersuchungsobjekt für verschiedene wissenschaftliche Disziplinen. Aus veterinärmedizinischer Sicht mangelt es aber an Informationen über die Krankheiten wildlebender Kleinsäugerarten und die Krankheitserreger, die sie vor allem in degradierten und anthropogen veränderten Milieus ausgesetzt sind und die sich negativ auf den Gesundheitszustand der Tiere auswirken könnte. Das hier beschriebene Projekt untersuchte 15 verschiedene Kleinsäugerarten mit einer Gesamtzahl von 346 Individuen, die zwischen 2012 und 2013 im Norden Borneos entlang eines Landnutzungsgradienten vom tropischen Regenwald bis zum Stadtgebiet von Kota Kinabalu gefangen, euthanasiert und seziert wurden. Die Tiere gehörten zu den Familien Muridae, Sciuridae, Soricidae und Tupaiidae und wurden entsprechend ihrer Habitatpräferenz klassifiziert in Waldtierarten, darunter Waldnagetiere und Spitzhörnchen (Tupaia), den Generalisten Sundamys muelleri, der entlang des gesamten Habitatgradienten gefunden wurde, sowie urbane Tierarten wie Rattenarten (Rattus spp.) und Spitzmäuse (Suncus murinus). Nach dem Fang wurden die Tiere sofort euthanasiert, seziert und Gewebeproben entnommen. Alle Tiere wurden histopathologisch auf subklinische Veränderungen untersucht, gefolgt von einem Scoring der in einem Tier gefundenen Läsionen, um den Gesundheitszustandes der einzelnen Individuen abschätzen zu können. Zusätzlich wurden molekulare Analysen und Transmissionselektronenmikroskopie durchgeführt, um ausgewählte Krankheitserreger identifizieren zu können. Die histopathologische Beurteilung zeigte, dass endoparasitäre Läsionen der häufigste Befund waren. Vergleicht man das Auftreten pathologischer Veränderungen der verschiedenen Organe, so war die Lunge mit 89% (277/310) überwiegend betroffen, gefolgt von Läsionen in der Leber (60% (192/321)), im Magen-Darm-Trakt (38% (102/266)) und der muskulären Sarcosporidiasis (35% (108/309)). Bei allen Tieren waren Niere und Herz in 28% (89/314) bzw. 19% (60/324) der Organe in geringerem Maße betroffen. Die bemerkenswertesten Befunde waren die dichten Bakterienrasen auf der Schleimhautoberfläche der Mägen der Waldnager Maxomys spp. und Niviventer sp., die bisher nur bei Labornagern beschrieben wurden, und ferner die erstmalige Beschreibung von Klossiella-ähnlichen Infektionen in den Nieren von zwei Sundascirurus lowii-Eichhörnchen. Da generell pathologische Veränderungen bei Individuen aller Arten beobachtet wurden, scheint eine Erregerexposition unabhängig vom gewählten Habitat stattzufinden. Läsionen mit parasitärem Ursprung wurden zwar sowohl bei Waldtierarten als auch beim Generalisten Sundamys muelleri festgestellt, doch waren sie bei urbanen Individuen der Gattung Rattus deutlich stärker ausgeprägt. Mögliche Gründe könnten die hohe Dichte und die Sozialstruktur der Rattenkolonien sein, die das Vorkommen und die Übertragung von Parasiten begünstigen. Die Bewertung und Einstufung des Gesundheitszustands auf Grundlage der histopathologischen Befunde ergab, dass die Mehrheit der Individuen mit 66% (219/331) als mäßig von ihren Läsionen betroffen eingeschätztz wurde, während 22% (74/331) keine oder nur leichte Läsionen aufwiesen und als klinisch gesund eingestuft wurden. Im Gegensatz dazu wurde bei 12% (38/331) aller Individuen von einem stark beeinträchtigten Gesundheitszustand ausgegangen. Beim Vergleich der ökologischen Gruppen miteinander war der Gesundheitszustand ähnlich, jedoch gab es deutliche Unterschiede im Gesundheitszustand zwischen bestimmten Arten, die im gleichen Lebensraum leben. Unter den Waldtierarten waren Tupaia gesünder als Nagetiere, letztere wiesen einen ähnlichen Gesundheitszustand auf wie die generalistische Art Sundamys muelleri. Bei den uranen Arten zeigte die Spitzmaus Suncus murinus einen besseren Gesundheitszustand auf als Individuen der Gattung Rattus. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Lebensraum im Allgemeinen keinen signifikanten Einfluss auf den Gesundheitszustand hat. Aber intraspezifische Merkmale, die auf dem Verhalten, dem Prädationsdruck und/oder der Sozialstruktur beruhen, können einen Einfluss auf die Gesundheit der Art haben. Kleinsäugerarten, die in städtischen Gebieten leben, hauptsächlich Rattus spp., sowie der Generalist Sundamys muelleri, waren überwiegend mit Leptospira interrogans infiziert. Im Gegensatz dazu zeigten Infektionen von Waldtierarten eine höhere Diversität der nachgewiesenen Leptospira spp. Die DNA des Blutparasiten Trypanosoma spp. wurde bei etwa 9% (23/277) aller untersuchten Individuen gefunden. Darunter wurde auch die potentiell zoonotischen Trypanosoma lewisi gefunden, vorwiegend in Sundamys muelleri und urbanen Rattus-Arten, während waldbewohnende Kleinsäugerarten entweder mit neuartigen oder nicht klassifizierten Trypanosoma-Arten infiziert waren. Herpesvirus-DNA wurde bei 29% (46/156) aller Individuen nachgewiesen, und obwohl aufgrund der relativ kurzen Fragmente der Herpesvirus-DNA keine Identifizierung des Stammes möglich war, zeigten die Sequenzergebnisse aufgrund der ausgeprägten genetischen Heterogenität der Herpesviren bei Tieren aus allen Lebensräumen eine große Diversität. Histopathologische Untersuchungen ergaben, dass 30 % (108/309) aller Tiere mit Sarcocystis spp. infiziert waren. Die Untersuchung ultrastruktureller Merkmale der Sarcocystis-Wände ergab das Vorhandensein von drei verschiedenen Sarcocystis-Arten (S. singaporensis, S. zuoi und S. villivillosi) bei den Waldarten Sundascuirus lowii und Maxomys whiteheadi sowie dem Generalisten Sundamys muelleri. Zusätzlich wurde eine neue Spezies, Sarcocystis scandentiborneensis sp. nov., in Tupaia nachgewiesen, was durch einzigartige ultrastrukturelle Wandmerkmale und phylogenetische Auswertungen bestätigt wurde. Die morphologische Auswertung von Sarcocystis spp. zeigte eine höhere Diversität unter Waldtierarten und Sundamys muelleri, was dafür spricht, dass eine breite Palette kleiner Säugetierarten als Zwischenwirte für die Sarcocystis spp. fungiert. Das Auftreten von Herpesvirus-DNA war ähnlich wie bei Sarocystis spp. (29 % (46/156) aller Individuen), und obwohl aufgrund der eher kurzen Fragmente der Herpesvirus-DNA eine Stammidentifizierung nicht möglich war, deuteten die Sequenzergebnisse auf eine große Diversität aufgrund einer ausgeprägten genetischen Heterogenität der Herpesviren bei Tieren aus allen Habitaten hin. Zum ersten Mal wurden in dieser Studie nicht nur durch molekulare Techniken, sondern auch durch Histopathologie zahlreiche Kleinsäugerarten untersucht, die entlang eines Landnutzungsgradienten gefangen wurden. Dies ermöglichte nicht nur den Nachweis des Vorhandenseins eines bestimmten Erregers, sondern auch eine Einschätzung des Gesundheitszustandes der Individuen. Darüber hinaus führte es zur Identifizierung einer neuen Parasitenart (S. scandentiborneensis sp. nov.). Solche Untersuchungen sind nur mit einem interdisziplinären Ansatz möglich, aber um die Verflechtung mehrerer Tierarten und Erreger in einem Ökosystem besser verstehen zu können, sind solche Ansätze unverzichtbar.