Home About Browse Search
Svenska


Evaluation of macrocyclic lactone resistance in gastrointestinal nematodes of first season grazing cattle

Areskog, Marlene (2014). Evaluation of macrocyclic lactone resistance in gastrointestinal nematodes of first season grazing cattle. Diss. (sammanfattning/summary) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2014:7
ISBN 978-91-576-7962-8
eISBN 978-91-576-7963-5
[Doctoral thesis]

[img]
Preview
PDF
3MB

Abstract

Parasitic gastrointestinal nematodes (GIN) are common world-wide among grazing cattle, and cause welfare problems and associated economic losses due to reduced performance of their hosts. In Sweden, the most important GIN include Cooperia oncophora and the more pathogenic Ostertagia ostertagi, which are usually present as mixed infections in first season grazing cattle (FSG). Strategic treatments with anthelmintic drugs remain the principal means of control of helminth infections in grazing livestock in conventional cattle farming. A new challenge for European livestock farmers is the increasing evidence of emerging anthelmintic resistance (AR), which today seems to be an emerging global problem among GIN in cattle. The reasons for AR development, and the mechanisms behind it have not been fully investigated. The primary aim of this thesis was therefore to investigate the effect of one of the most commonly used anthelmintic groups (macrocyclic lactones, ML) against GIN in Swedish cattle, including both dairy and beef herds. An additional aim was to seek an explanation for AR by further characterising worm isolates in vitro and comparing changes in gene expression before and after treatment.

Two field trials carried out in consecutive years, one in Northern Europe and one in Sweden, both showed reduced efficacy of ML in FSG, with C. oncophora being the predominant surviving species post anthelmintic treatment. To further investigate this, a controlled pen trial was performed using two isolates collected from the field trials. The results were ambiguous when animals were successfully dewormed according to the standard, but nevertheless several adult worms of C. oncophora survived the treatment. To seek explanations for the varying results, another controlled pen trial was performed in which the pharmacokinetic behaviour of the anthelmintic drug was studied in interaction with concomitant use of dexamethasone (DXM) in FSG. The results showed a significant difference in plasma levels of the anthelmintic drug in combination with DXM.

Finally, gene expression regarding P-glycoproteins (PGP), which are transmembrane efflux transporters, was investigated in the same worm isolates before and after ML treatment. Surviving male worms showed a tendency for increased gene expression of putative Con-pgp-9, but amplified fragment length polymorphism (AFLP) testing showed no sign of changes in gene diversity among the surviving worms. The differing results of these studies illustrate the complexity of the AR problem, which poses a great challenge for future research in this area.

Authors/Creators:Areskog, Marlene
Title:Evaluation of macrocyclic lactone resistance in gastrointestinal nematodes of first season grazing cattle
Alternative abstract:
LanguageAbstract
Swedish

Löpmagsmasken Ostertagia ostertagi och tunntarmsmasken Cooperia oncophora är parasitära nematoder som orsakar skador i mag-tarmkanalen framför allt hos unga nötkreatur och förekommer över hela världen. Skadorna leder till nedsatt tillväxt hos värddjuret och därigenom ekonomisk förlust för djurägaren. Vid kraftigare infektioner kan de även orsaka klinisk sjukdom och utgöra ett djurskyddsproblem. Förebyggande åtgärder tillämpas i viss utsträckning i det svenska lantbruket men avmaskning med anthelmintika utgör alltjämt hörnstenen i en effektiv parasitkontroll bland förstagångsbetande nötkreatur på konventionella gårdar. Under det senaste decenniet har resistens mot avmaskningsmedel bland nötkreaturens parasiter påvisats i en allt högre grad världen över, i synnerhet på södra halvklotet där läkemedlen traditionellt använts i hög utsträckning. Undersökningar från USA och Europa, främst Storbritannien och Belgien, har pekat på att problemet finns även på norra halvklotet och bör påverka hur vi tänker kring antiparasitär behandling av boskap. Denna avhandling baseras på fem publikationer och syftar till att utreda resistensläget bland svenska nötkreatur samt undersöka möjliga mekanismer bakom anthelmintikaresistens.

Ett tvåårigt fältförsök genomfördes genom ett internationellt samarbete, där Tyskland, Sverige och Belgien deltog under betessäsongerna år 2006 och 2007. Fem svenska gårdar valdes ut och 10-15 förstagångsbetare avmaskades efter inledande träckprovtagning och följdes sedan upp med nya prover efter 7 och 21 dagar. Träckproverna undersöktes med avseende på förekomst av maskägg och art av mask. Resultaten av våra mätningar bland svenska besättningar pekade mot förekomst av anthelmintikaresistens, då vi såg en otillfredsställande effekt av avmaskningsmedlet ivermektin. Främst överlevde maskar av arten C. oncophora men också O. ostertagi.

Försöket följdes upp med en fältstudie inkluderande svenska nötbesättningar av både mjölk- och köttras under somrarna 2009 och 2010. Initialt mättes nivåerna av parasitsmitta bland 107 respektive 64 besättningar via inskickade träckprover och ca 40 % av de anmälda betesgrupperna hade ett sådant parasittryck att de inkluderades i ett avmaskningsförsök. Mjölkrasbesättningarna och köttrasbesättningarna hade lika stor parasitbörda. I försöket fick djurägarna själva samla prover och sedan behandla djuren efter tydliga instruktioner och enligt gällande doseringsrekommendationer. Avmaskningsmedlen som förskrevs efter träckprovtagning och analys var s.k. pour-on preparat av typen makrocykliska laktoner. En till två veckor efter behandling provtogs djuren igen och nivåer av kvarvarande parasitsmitta mättes. Resultaten visade än en gång att avmaskningsmedlen gav en otillfredsställande effekt, då färre än 40 % av besättningarna uppnådde en acceptabel reduktion av maskägg i träcken. Molekylärbiologiska analyser av framkläckta larver visade vilken art som överlevt behandlingen, och även denna gång dominerade C. oncophora. Löpmagsmasken, O. ostertagi, kunde dock påvisas efter behandling i 15 % av besättningarna.

Effekten av avmaskningsmedlet ivermektin utreddes vidare genom ett kontrollerat försök på universitetets forskningsanläggning, där kalvar infekterades med larver av både löpmagsmask och tunntarmsmask från två av de svenska gårdarna som deltog i fältförsöket 2006 och 2007. Maskägg samlades genom träckprovtagning under tre veckors tid för att senare analyseras med hjälp av laborativa och molekylärdiagnostiska metoder, innan djuren avmaskades. Denna gång visade sig avmaskningsmedlet ge acceptabel effekt enligt globala riktlinjer för detektion av anthelmintikaresistens. Fortfarande kunde dock en liten mängd överlevande maskar av båda arterna påvisas och åter igen var tunntarmsmasken, C. oncophora, mest motståndskraftig.

Resultaten från fältförsöken skiljde sig alltså från de kontrollerade försöken med experimentellt infekterade djur. Detta pekar mot att flera faktorer än behandling och dosering skulle kunna påverka resultatet av läkemedlet. För att undersöka eventuella sådana faktorer, utfördes ytterligare ett kontrollerat försök på forskningsanläggningen, där ivermektinets effekt studerades under interaktion med glukokortikoiden dexametason. Båda läkemedlen gavs samtidigt till en av djurgrupperna och blodprovsanalys från dessa kalvar visade att plasmanivåerna av ivermektin sänktes betydligt under påverkan av kortisonet, jämfört med kontrollgruppens. Detta påverkade även avmaskningsresultatet, där kontrollgruppen hade en signifikant högre reduktion av maskägg i träcken.

Mekanismerna bakom nematodernas utveckling av resistens mot ivermektin är ännu inte fullt kartlagda men problemet tycks vara multifaktoriellt. En gemensam nämnare mellan ivermektin och dexametason är P-glykoproteiner, s.k. PGP. Proteinet fungerar som en membranpump med syfte att transportera in eller ut ämnen ur celler i kroppen. Båda de givna läkemedlen påverkar eller påverkas av PGP. För att närmare undersöka proteinets roll i effekten av ivemektin, studerade vi vuxna maskar som vi samlat in före respektive efter avmaskning i ett av de kontrollerade försöken. Överlevande hanliga maskar av arten C. oncophora tenderade att uttrycka genen för en sorts PGP, Con-pgp-9, i högre utsträckning än innan de utsatts för ivermektin. Dock kunde vi med vårt underlag inte säkerställa resultaten statistiskt och genetiska studier med metoden AFLP kunde inte påvisa någon skillnad i genetisk mångfald före respektive efter avmaskning.

Resultaten av de olika studierna pekar åt olika håll och visar på hur komplex problematiken med resistens mot makrocykliska laktoner är. I samtliga studier överlevde ett varierande och mer eller mindre acceptabelt antal maskar behandlingen med avmaskningsmedel och C. oncophora var ständigt den dominanta arten. Vi kunde också se att den uteblivna behandlingseffekten i fält inte nödvändigtvis beror på genetisk resistens, då samma maskpopulation gav ett helt annat resultat i kontrollerade försök på stall. Vi kunde inte heller säkerställa en genetisk skillnad hos de maskar som överlevt en avmaskning jämfört med maskar som undersökts innan behandlingen, men vi anade en tendens mot ökat genuttryck av Con-pgp-9 hos överlevarna. Det finns fortfarande en uppsjö av ännu oprövade mekanismer bakom anthelmintikaresistens att utreda i framtida forskning.

Series/Journal:Acta Universitatis agriculturae Sueciae (1652-6880)
Year of publishing :2014
Volume:2014:7
Number of Pages:58
Papers/manuscripts:
NumberReferences
I.Demeler, J., van Zeveren, A.M.J., Kleinschmidt, N., Vercruysse, J., Höglund, J., Koopmann, R., Cabaret, J., Claerebout, E., Areskog, M. & von Samson-Himmelstjerna G. (2009). Monitoring the efficacy of ivermectin and albendazole against gastro intestinal nematodes of cattle in Northern Europe. Veterinary Parasitology 160, 109-115.
II.Areskog, M., Ljungström, B. & Höglund, J. (2013). Limited efficacy of pour-on anthelmintic treatment of cattle under Swedish field conditions. International Journal of Parasitology: Drugs and Drug Resistance. 3, 129- 134.
III.Areskog, M., Sollenberg, S., Engström, A., von Samson-Himmelstjerna, G. & Höglund, J. (2014). A controlled study on gastrointestinal nematodes from two Swedish cattle farms showing field evidence of ivermectin resistance. Parasites & Vectors 7, 13. doi: 10.1186/1756-3305-7-13.
IV.Areskog, M., von Samson-Himmelstjerna, G., Alvinerie, M., Sutra, J.F. & Höglund, J. (2012). Dexamethasone treatment interferes with the pharmacokinetics of ivermectin in young cattle. Veterinary Parasitology 190, 482-8.
V.Areskog, M., Engström, A., Tallkvist, J., von Samson-Himmelstjerna, G. & Höglund, J. (2013). PGP expression in Cooperia oncophora before and after ivermectin selection. Parasitology Research. 112, 3005-12.
Place of Publication:Uppsala
Publisher:Department of Biomedical Sciences and Veterinary Public Health, Swedish University of Agricultural Sciences
ISBN for printed version:978-91-576-7962-8
ISBN for electronic version:978-91-576-7963-5
ISSN:1652-6880
Language:English
Publication Type:Doctoral thesis
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:L Animal production > L70 Veterinary science and hygiene - General aspects
L Animal production > L72 Pests of animals
L Animal production > L73 Animal diseases
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 403 Veterinary Science > Pathobiology
Agrovoc terms:cattle, young animals, lactones, ivermectin, anthelmintics, resistance to anthelmintics, ostertagia ostertagi, cooperia oncophora
Keywords:Anthelmintic resistance, ivermectin, Cooperia oncophora, Ostertagia ostertagi
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-e-1792
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-e-1792
ID Code:11036
Faculty:VH - Faculty of Veterinary Medicine and Animal Science
Department:(VH) > Dept. of Biomedical Sciences and Veterinary Public Health
Deposited By: Marlene Areskog
Deposited On:27 Feb 2014 12:10
Metadata Last Modified:12 Dec 2014 08:29

Repository Staff Only: item control page

Downloads

Downloads per year (since September 2012)

View more statistics

Downloads
Hits