The prevalence of bacterial and protozoal intestinal pathogens in suckling camel calves in Northern Kenya

Abstract

This study was conducted in order to investigate the prevalence of bacterial and protozoal intestinal pathogens in camel calves up to twelve weeks of age in Northern Kenya. A point prevalence study was conducted to describe the existing intestinal pathogens according to age groups and health status and to compare their occurrence between two camel management systems. A longitudinal study was carried out in the ranch management system in order to strengthen the findings of the point prevalence study and to describe the age prevalence of the existing pathogens more comprehensively. Point prevalence study Of the 229 individual camel calves sampled in both management systems, 67.7% were healthy, 23.1% diseased, exhibiting diarrhoea, 6.6% convalescent and 2.2% dead. A higher percentage of camel calves suffering from diarrhoea were found in pastoralist herds (31.9%) as compared to ranch herds (19.2%). Looking at the age prevalence of camel calves suffering from diarrhoea there was a peak within the second and third week of age in both management systems. Of 197 individual camel calves investigated for parasitic infections, 6.6% were shedding Isospora sp. and Strongyloides sp. while only 4.6% were excreting Strongyle sp. eggs. Isospora sp. excretion was more prevalent in calves in pastoralist herds (12.9%) as compared to ranch herds (3.7%). Strongyloides sp. and Strongyle sp. were both more frequently isolated from pastoralist herds (9.7% and 6.5%) than from ranch herds (4.4% and 3.7%). Isospora sp. was found in 23% of calves suffering from diarrhoea. 92% of all calves shedding Isospora sp. suffered from diarrhoea. Excretion of Isospora sp. infection was most prevalent from the second week till the seventh week of age but no shedding was diagnosed at an older age. Klebsiella pneumoniae was isolated in 26.9% (n=119) of calves sampled. In 19.1% (n=226), Salmonella sp. was isolated, while in 97.5% (n=200) E. coli was present. The point prevalences of K. pneumoniae and Salmonella sp. were particularly high in the first three weeks of age. No K. pneumoniae was isolated from camel calves older than six weeks while Salmonella sp. infection was constantly present up to the twelfth week of age. E. coli was constantly present in all age groups. There was no difference in K. pneumoniae point prevalences between the two management systems. Point prevalence of Salmonella sp. infections was similar in both management systems with a peak during the first three weeks of age. No Salmonella sp. was detected in ranch herds after the ninth week of age while there was constant excretion of the pathogen in pastoralist herds. Longitudinal study For the longitudinal study, a total of 323 samples were taken from 86 individual camel calves belonging to ranch herds. Category A camel calves (60.5%) were never recorded with diarrhoea while Category B camel calves (39.5%) were recorded with diarrhoea at least once during the observation period. In Category B 7% were dead calves with previous diarrhoea history. The highest prevalence of calves recorded with diarrhoea was between weeks three and 12. The youngest calf sampled showing signs of diarrhoea was two days old, while the oldest was 132 days old. The longitudinal study underlined the findings of intestinal pathogens in the point prevalence study. Infection with Isospora sp. was detected in camel calves from the second till the fourth week of age with a peak around the third week of age. All samples positive for Isospora sp. were taken from calves falling into Category B. Similar to the infection with Strongyle sp., there was a higher Strongyloides sp. prevalence with an older age in the camel calves. Both parasites were detected in calves falling into the two categories with a higher prevalence in Category B. Klebsiella pneumoniae was more prevalent in young calves during their first ten weeks of age and less common in older camel calves. Comparing the two categories, there was a higher prevalence of K. pneumoniae infection in camel calves falling into Category B (25.3 %) as compared to Category A (12.5%). Salmonella sp. prevalence was high with the beginning of the second week of age slowly decreasing towards an older age. The prevalence of Salmonella sp. infection was higher in camel calves falling into Category B (43.6%) than in Category A (22.7%). Infections with E.coli were found in both categories and within the different age groups. Additional differentiation of pathogens Sequence analysis of the SSU rRNA gene and ITS 1 confirmed that the Isospora sp. isolates from this study belonged to the species Isospora orlovi and that the sequences were identical to isolates from Dubai. Out of 32 K. pneumoniae positive camel calves a total of 62 K. pneumoniae were isolated, incl. multiple and repeat isolations. 42 of the 62 isolates were typed and 18 capsular antigens types identified: K2, K3, K5, K11, K13, K16, K26, K28, K31, K34, K36, K38, K54, K55, K60, K61, K64, K81, six isolates were untypable. According to Pearsons Chi-Square (p<0.05), there was no significant relation (p=0.18) between health status and capsular type of K. pneumoniae present. Of the 62 K. pneumoniae isolates, 62.9% originated from calves that had either suffered from diarrhoea or were found dead. In one third of the dead camel calves (n=9) K. pneumoniae was the only noteworthy pathogen present. Capsular type 28 and type 2 were involved in two cases, while in one case no capsular typing was carried out. Klebsiella pneumoniae isolates were resistant to Amoxicillin, Sulphonamide-TMP and Tetracycline but sensitive to Streptomycin. Out of the 144 Salmonella sp. isolated 86.1% and 13.9% were from calves belonging to the ranches and pastoralist herds, respectively. Salmonella bovismorbificans was the most common serotype with 32.6%, followed by S. butantan (21.5%), S. typhimurium (11.1%), S. kiambu (9.0%) and S. muenchen (7.6%). Salmonella typhimurium and S. adelaide were the only two serotypes found in both management systems. Comparing the distribution of Salmonella sp. according to health status a total of 38.9%, 31.3%, 22.2% and 7.6% originated from healthy, diseased, convalescent and dead camel calves, respectively. The only Salmonella sp. associated commonly (81%) with calf disease and present in camel calves of both management systems was S. typhimurium. Out of 531 E. coli isolates, a total of 255 were analysed for virulence-associated genes. In 78 isolates virulence-associated genes were detected: eae (13.7%), astA (10.6%), hlyEHEC (4.3%) and stx (2.0%). None was positive for elt Ia/Ib and est Ia/Ib. 83.5% of the isolates originated from calves belonging to ranch herds and 16.5% from calves kept in pastoralist herds. While eae and astA were found in E. coli isolates from both management systems, hlyEHEC and stx were only found in isolates from ranch herds. The majority (92%) of the virulence-associated genes were found in camel calves kept in ranch herds. Virulence-associated genes were equally found in camels being healthy (57.7%), with diarrhoea or convalescent (42.3%). No virulence-associated genes were detected in dead camel calves. There was no indication that E. coli plays an important role in the diarrhoea-complex of camel calves up to twelve weeks of age. Escherichia coli serotype O157:H7 was not isolated from the camel calves in the studied age group.

Diese Studie untersuchte die Prävalenz von bakteriellen und protozoären Darmpathogenen von bis zu zwölf Wochen alten Kamelkälbern in Nord Kenia. Eine Prävalenzstudie wurde durchgeführt, um existierende Darmpathogene der Kamelkälber in Relation zu ihrem Alter, ihrem Gesundheitszustand und im Vergleich zwischen zwei Managementsystemen zu beschreiben. Eine Verlaufsstudie wurde bei Ranch-Kamelkälbern durchgeführt um die Ergebnisse der Prävalenzstudie zu bestätigen und die Altersabhängigkeit der existierenden Pathogene detaillierter zu beschreiben. Prävalenzstudie Von den 229 untersuchten Kamelkälbern aus beiden Managementsytemen waren 67.7% gesund, 23.1% an Durchfall erkrankt, 6.6% rekonvaleszent und 2.2% tot. Der Vergleich der beiden Managemensysteme zeigte, dass mehr Kälber aus Pastoralistenherden (31.9%) an Durchfall erkrankt waren als aus Ranch-Herden (19.2%). Die Altersverteilung der Kamelkälber aus beiden Managementsystemen mit Durchfall wies ein Maximum in der zweiten und dritten Lebenswoche auf. Von den 197 auf Parasiten untersuchten Kamelkälbern schieden 6.6% Isospora sp. und Strongyloiden-Eier aus und 4.6% Strongyliden-Eier. Die Prävalenz von Isospora sp. war in Pastoralistenherden mit 12.9% im Vergleich zu Ranch-Herden (3.7%) deutlich höher. Strongyloiden- und Strongyliden -Eier wurden in Pastoralistenherden (9.7% bzw. 6.5%) häufiger isoliert als in Ranch-Herden (4.4% bzw. 3.7%). Isospora sp. wurde von 23% der Kamelkälber mit Durchfall isoliert. 92% der Kamelkälber, die Isospora sp. ausschieden, hatten gleichzeitig Durchfall. Die Ausscheidungsrate von Isospora sp. wies die höchste Prävalenz von der zweiten bis zur siebten Lebenswoche auf, konnte jedoch in älteren Tieren nicht mehr nachgewiesen werden. Klebsiella pneumoniae wurde in 26.9% (n=119), Salmonella sp. in 19.1% (n=226) und E. coli in 97.5% (n=200) der untersuchten Kamelkälber isoliert. Die Prävalenz von K. pneumoniae und Salmonella sp. war vor allem in den ersten drei Lebenswochen hoch. Nach der sechsten Lebenswoche konnte K. pneumoniae nicht mehr nachgwiesen werden. Salmonella sp war präsent bis zur zwölften Lebenswoche. Escherichia coli wurde in allen Altersgruppen kontinuierlich nachgewiesen. Die Prävalenz von K. pneumoniae zeigte im Vergleich der beiden Managementsysteme keine Unterschiede auf. Die Prävalenz von Salmonella sp. wies in beiden Managementsystemen ein Maximum in den ersten drei Lebenswochen auf, konnte jedoch in Kamelkälbern von Ranch-Herden nach der neunten Lebenswoche nicht mehr nachgewiesen werden. In Pastoralistenherden wurde Salmonella sp. von Kälbern kontunierlich ausgeschieden wurden. Verlaufsstudie Während der Verlaufsstudie wurden 323 Proben von 86 individuellen in Ranch-Herden gehaltenen Kamelkälbern von Geburt bis zum dritten Lebensmonat gesammelt. Es wurde zwischen zwei Kategorien differenziert: in Kategorie A fielen Kamelkälber (60.5%), die während der gesamten Untersuchungsperiode nie mit Durchfall diagnostiziert wurden; in Kategorie B fielen Kamelkälber (39.5%), die mindestens einmal während der Untersuchungperiode Durchfall aufwiesen. 7% der in Kategorie B fallenden Proben stammten von toten Kamelkälbern, die vorher an Durchfall erkrankt waren. Die höchste Prävalenz an Kamelkälbern mit Durchfall wurde zwischen der dritten und zwölften Lebenswoche gefunden. Das jüngste Kalb mit Durchfall war zwei Tage und das Älteste 132 Tage alt. Die Verlaufsstudie bestätigt die Befunde zum Auftreten von Darmpathogenen der Prävalenzstudie. Die Infektion mit Isospora sp. trat bei Kamelkälbern im Alter von der zweiten bis zur vierten Lebenswoche auf. Alle Kamelkälber die Isospora sp. ausschieden, fielen in Kategorie B. Ähnlich wie bei der Infektion mit Strongyliden sp. war die Prävalenz von Strongyloiden sp. Infektion bei Kamelkälbern höher bei älteren Tieren. Beide Parasiten konnten von Tieren isoliert werden die in beide Kategorien fallen, jedoch war die Prävalenz geringgradig höher in Kamelkälbern die Kategorie B zugehörten. Klebsiella pneumoniae wies eine höhere Prävalenz in Jungtieren bis zur zehnten Lebenswoche auf als in Kamelkälbern höheren Alters. Vergleicht man die beiden Kategorien, so war die Prävalenz von K. pneumoniae Infektion höher in Kamelkälbern, die in Kategorie B fielen (25.3% positiv im Vergleich zu 12.5% in Kategorie A). Die Prävalenz von Salmonellen sp. in Kamelkälbern war hoch in der zweiten Lebenswoche, mit einer stetigen Abnahme bei älteren Kälbern. Die Prävalenz von Salmonella sp. war höher bei Tieren die in Kategorie B (43.6%) fallen als in Kategorie A (22.7%). Es konnten keine Unterschiede in der Prävalenz von E. coli Infektionen zwischen Kategorie A und B nachgewiesen werden. Escherichia coli wurde in allen Altersgruppen nachgewiesen. Weiterführende Erregerdifferenzierung Die Sequenzanalyse der SSU rRNA Gene und ITS 1 Segmente bestätigte, dass die gefundenen Isospora sp. Isoloate dieser Studie der Spezie Isospora orlovi angehören und dass sie identisch mit Isolaten aus Dubai sind. Von 32 Klebsiella pneumoniae positiven Kamelkälbern wurden insgesamt 62 K. pneumoniae Isolate isoliert, inklusive multipler und wiederholter Isolation. 47 der 62 Isoloate wurden typisiert und 18 Kapseltypen nachgewiesen: K2, K3 K5, K11, K13, K16, K26, K28, K31, K34, K36, K38, K54, K55, K60, K61, K64, K81, sechs Isolate waren nicht typisierbar. Nach Chi-Quadrat (Pearson) gab es zwischen dem Gesundheitsstatus des Kamelkalbes und den isolierten Kapseltypen keine signifikante Beziehung (p<0.05, p=0.18). Von den 62 K. pneumoniae Isolaten stammten 62.9% von Kamelkälbern, die an Durchfall erkrankt oder tot waren. Von einem Drittel der toten Kamelkälber (n=9) wurde K. pneumoniae als einziger aussagekräftiger Keim isoliert. Kapseltyp 28 und 2 wurden in zwei Fällen nachgewiesen, während im dritten Fall keine Kapseltypenbestimmung durchgeführt wurde. Die Isolate wiesen Resistenzen gegen Amoxicillin, Sulphonamide-TMP und Tetracycline auf und waren empfindlich gegenüber Streptomycin. Von den 144 Salmonella sp. Isolaten wurden 86.1% und 13.9% von Kamelkälbern isoliert, die zu Ranch-Herden bzw. Pastoralisten-Herden gehörten. Salmonella bovis- morbificans war mit 32.6%, der häufigste Serotyp, gefolgt von S. butantan (21.5%), S. typhimurium (11.1%), S. kiambu (9.0%) und S. muenchen (7.6%). Salmonella typhimurium und S. adelaide waren die einzigen Serotypen, die in beiden Managementsystemen nachgewiesen wurden. Vergleicht man die Verteilung der Salmonella sp. mit dem Gesundheitszustand der Kamelkälber, so waren 38.9 % der Kälber gesund, 31.3 % an Durchfall erkrankt, 22.2 % rekonvaleszent und 7.6 % tot. Salmonella typhimurium war die einzige Salmonelle, die häufig (81%) mit Kamelkälberdurchfall in beiden Managementsystemen assoziiert werden konnte. Von den insgesamt 531 E. coli Isolaten wurden 255 auf das Vorkommen von virulenzassoziierten Genen untersucht. In 78 Isolaten konnten virulenzassoziierte Gene nachgewiesen werden: eae (13.7%), astA (10.6%), hlyEHEC (4.3%) und stx (2.0%). Keines der Isolate war positiv für elt Ia/Ib and est Ia/Ib. Die Isolate stammten zu 83.5% von Kamelkälbern, die auf Ranchen gehalten wurden und zu 16.5% von Kamelkälbern aus dem Pastoralistenherden. Eae und astA konnten von Kälbern aus beiden Managementsystemen isoliert werden, während hlyEHEC und stx nur in Isolaten von Ranch-Herden gefunden wurden. Die Mehrheit (92%) der virulenzassoziierten Gene wurden in Isolaten nachgewiesen, die von Kamelkälbern im Ranchmanagementsystem stammten. Die virulenzassoziierten Gene wurden gleichermassen von gesunden Tieren (57.7%), von an Durchfall erkrankten oder von rekonvaleszenten Tieren (42.3%) nachgewiesen. Keines der nachgewiesenen virulenzassoziierten Gene stammte von einem E. coli Isolat, das von einem toten Tiere gewonnen wurde. Es gab keine Hinweis darauf, dass E. coli eine wichtige Rolle im Durchfallkomplex von Kamelkälbern bis zu einem Alter von zwölf Wochen spielt. Escherichia coli Serotyp O157:H7 konnte von den untersuchten Kamelkälbern nicht isoliert werden.