THE USE OF ANTI-OSTERTAGIA OSTERTAGI ANTIBODIES IN MILK TO STUDY THE ...

155 Pages·2007·6.12 MB·French

by  Dirk Demeulenaere

THE USE OF ANTI-OSTERTAGIA OSTERTAGI
ANTIBODIES IN MILK TO STUDY THE
EPIDEMIOLOGY AND IMPACT ON PRODUCTION OF
GASTROINTESTINAL-NEMATODE INFECTIONS IN
DAIRY COWS

Proefschrift ter verkrijging van de graad van doctor in de
diergeneeskundige wetenschappen aan de faculteit
diergeneeskunde
Universiteit Gent, 2007

door Johannes Charlier

Promotoren
Prof. dr. J. Vercruysse
Prof. dr. E. Claerebout

Vakgroep Virologie, Parasitologie en Immunologie
Faculteit Diergeneeskunde, Universiteit Gent
Salisburylaan 133, B-9820 Merelbeke

Zonder de medewerking van velen had deze thesis nooit tot stand kunnen
komen. Aan hen spreek ik hier mijn oprechte dank uit.
In de eerste plaats aan mijn promotoren prof. dr. Jozef Vercruysse en
prof. dr. Edwin Claerebout. Zij bedachten het idee van de melkantistoffen,
vonden de nodige fondsen en stimuleerden mij vervolgens om eigen
invalshoeken aan het onderzoek te geven. Zij stimuleerden zowel mijn
wetenschappelijk (wat is interessant) als pragmatisch (wat is haalbaar)
denken, gaven mij een brede kijk op veterinaire parasitologie, lazen en
verbeterden ongebreideld mijn manuscripten en gaven mij de kans naar
internationale congressen te gaan.
Een even grote dankbetuiging wil ik richten aan prof. dr. Luc Duchateau.
Hij stond me bij met de statistische analyses, de interpretatie van de data
en het verbeteren van de manuscripten. Bovendien stimuleerde hij me
zelf kennis over statistische data-analyse te vergaren en had hij
regelmatig een originele invalshoek in de aanpak van het onderzoek.
Aan de andere leden van de begeleidingscommissie, prof. dr. Ian Dohoo,
dr. Harm Ploeger en prof. dr. Dirk Berkvens die het manuscript
doornamen en een belangrijke bijdrage leverden tot het finale resultaat. I
also want to thank prof. dr. Ian Dohoo for the assistance of his
department when we started performing the ELISAs.
Aan de firma Merial, voor het financieel ondersteunen van dit project.
J’adresse mes remerciements tout particuliers à Jean-Marc Lalloz qui a
marqué sa sympathie pour le projet dès le début. Sa vision des
implications pratiques de ces études s’est confirmée au cours du temps.
Sincere thanks as well to Andy Forbes, whose contribution in the many
scientific discussions proved to be very valuable and helpful. Een woord
van dank ook aan Piet De Roose voor de praktische en logistieke steun bij
het opzetten van de behandelingsproef .
Aan Roland Bossuyt en Jean-Marie Van Crombrugge van het
Melkcontrolecentrum Vlaanderen. Zij waren steeds present op belangrijke
organisatorische vergaderingen van de proeven en verleenden hun
volledige medewerking bij het verzamelen van de melkstalen.
Aan Etienne De Mûelenaere en Kim Cattoir van de Vlaamse Rundveeteelt
Vereniging. Zij steunden ons project, stelden de productiegegevens ter
beschikking en motiveerden de melkcontroleurs voor het uitvoeren van de
enquête.
Aan dr. Luc De Meulemeester die ons in contact bracht met het
Melkcontrolecentrum Vlaanderen, de Vlaamse Rundveeteelt Vereniging, en
de medewerkende dierenartsen. Bovendien hielp hij mee aan de
organisatie van verschillende studies.
Aan al mijn collega’s op het werk voor de hulp, gezellige koffiekletsen en
uitstappen. Ze hielpen mij ook door mij op het einde “gerust” te laten en
taken over te nemen zodat ik ongestoord verder kon werken. Een speciaal
dankwoord aan Iris die me wegwijs maakte in de ELISA wereld, Dirk,
Mieke, Rudy, Stijn en Gert voor de technische ondersteuning.
Aan prof. dr. Christian Burvenich en dr. Frédéric Vangroenweghe die mee
de mastitis-studie mogelijk maakten.
Aan de dierenartsen Adelin De Vlieger, Rony De Weweire, Peter Dhont,
Raf Ide, Hendrik Keerman, Pieter Passchyn, Sylvie Rys en Tom Van Hulle
en aan de veehouders die allen geïnteresseerd hebben meegewerkt aan
het onderzoek.
Ik zou ook m’n verloofde Inge willen bedanken voor de vele keren dat ze
toestond dat ik m’n tijd besteedde aan deze thesis en niet met haar. En
tenslotte m’n ouders voor het mogelijk maken van mijn studies en de
stille aanmoedigingen bij het maken van dit werk. Mijn moeder dank ik
bovendien voor de mooie tekeningen op de omslag van de thesis.
List of abbreviations
AUC Area under the curve
BL Bovine leukaemia
BVD Bovine viral diarrhoea
CCC Concordance correlation coefficient
CI Confidence interval
C Maximal concentration
max
DIM Days in milk
DNA Deoxyribonucleic acid
ELISA Enzyme-linked immunosorbent assay
EPG Eggs per gram
EU European Union
FEC Faecal egg count
FSG First-season grazing
GI Gastrointestinal
GIS Geographical information system
IBR Infectious bovine rhinotracheitis
Ig Immunoglobulin
Inj. Injectable
L First-stage larva
1
L Second-stage larva
2
L Third-stage larva
3
L Fourth-stage larva
4
LL Lower limit
MAP Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis
MCC Milk Control Centre
ML Macrocyclic lactone
NC Negative control
OD Optical density
ODR Optical-density ratio
PBST Phosphate-buffered saline with 0.05 % Tween 20
PC Positive control
RS Remote sensing
UL Upper limit
V.R.V. Flemish Cattle Breeding Association
Table of contents

List of abbreviations 4
GENERAL INTRODUCTION 9
1. INTRODUCTION 10
2. GASTROINTESTINAL-NEMATODE SPECIES AND THEIR RELATIVE IMPORTANCE IN DAIRY
CATTLE 10
3. LIFE CYCLE AND EPIDEMIOLOGY OF OSTERTAGIA OSTERTAGI 11
4. PATHOGENESIS AND PATHOLOGY OF OSTERTAGIOSIS 13
6. REFERENCES 16
CHAPTER 1 17
THE DIAGNOSIS, IMPACT ON PRODUCTION AND CONTROL OF
GASTROINTESTINAL NEMATODES IN DAIRY CATTLE 17
1. INTRODUCTION 18
2. DIAGNOSIS 20
2.1. INTRODUCTION 20
2.2. FAECAL EXAMINATION 20
2.3. SERUM-PEPSINOGEN DETERMINATION 21
2.4. MEASUREMENT OF SPECIFIC ANTIBODIES 22
2.5. OTHER TECHNIQUES 25
3. IMPACT ON PRODUCTION 26
3.1. INTRODUCTION 26
3.2. EFFECT ON WEIGHT GAIN AND CARCASS QUALITY 27
3.3. EFFECT ON MILK PRODUCTION 28
3.4. EFFECT ON REPRODUCTIVE PERFORMANCE 31
3.5. EFFECT ON IMMUNITY 32
4. CONTROL 33
4.1. INTRODUCTION 33
4.2. ANTHELMINTICS 33
4.3. CONTROL METHODS 37
5. CONCLUSIONS 40
6. REFERENCES 41
OBJECTIVES 53
CHAPTER 2 55
ASSESSMENT OF THE REPEATABILITY OF A MILK OSTERTAGIA
OSTERTAGI ELISA AND EFFECTS OF SAMPLE PREPARATION 55
1. INTRODUCTION 56
2. MATERIALS AND METHODS 56
2.1. MILK SAMPLES 56
2.2. ELISA 57
2.3. EVALUATION STUDIES 58
2.4. STATISTICAL ANALYSIS 59
3. RESULTS 61
3.1. BORDER EFFECTS 61
3.2. REPEATABILITY OVER REPLICATES, PLATES AND DAYS 61
3.3. EFFECT OF SAMPLE PREPARATION 64
4. DISCUSSION 64
5. CONCLUSION 67
6. REFERENCES 68
CHAPTER 3 71
THE EFFECT OF AN EXPERIMENTALLY INDUCED ACUTE MASTITIS ON THE
TEST RESULTS OF AN OSTERTAGIA OSTERTAGI MILK ELISA 71
1. INTRODUCTION 72
2. MATERIALS AND METHODS 72
2.1. EXPERIMENTAL ANIMALS AND STUDY FACILITIES 72
2.2. INTRAMAMMARY INOCULATION PROCEDURE 73
2.3. SAMPLE COLLECTION 73
2.4. LABORATORY METHODS 73
2.5. TITRATION EXPERIMENT 74
2.6. STATISTICAL ANALYSIS 74
3. RESULTS 75
3.1. O. OSTERTAGI ODR AND IGG ODR 75
3.2. TITRATION EXPERIMENT 77
4. DISCUSSION 77
5. REFERENCES 79
CHAPTER 4 81
A SURVEY TO DETERMINE RELATIONSHIPS BETWEEN BULK-TANK MILK
ANTIBODIES AGAINST OSTERTAGIA OSTERTAGI AND MILK-PRODUCTION
PARAMETERS 81
1. INTRODUCTION 82
2. MATERIALS AND METHODS 83
2.1. SELECTION OF FARMS AND SAMPLE COLLECTION 83
2.2. COLLECTION OF FARM AND PRODUCTION DATA 83
2.3. LABORATORY METHODS 84
2.4. STATISTICAL ANALYSIS 85
3. RESULTS 86
3.1. ODR VALUES OF THE SAMPLED HERDS 86
3.2. FARM DATA 87
3.3. RELATIONSHIP BETWEEN ODR AND MILK YIELD 87
3.4. RELATIONSHIP BETWEEN ODR AND MILK-SOLIDS CONTENT 89
4. DISCUSSION 90
5. REFERENCES 94
CHAPTER 5 97
ASSOCIATIONS BETWEEN DAIRY HERD MANAGEMENT FACTORS AND
BULK-TANK MILK ANTIBODY LEVELS AGAINST OSTERTAGIA OSTERTAGI
97
1. INTRODUCTION 98
2. MATERIALS AND METHODS 99
2.1. DAIRY FARMS AND SAMPLE COLLECTION 99
2.2. COLLECTION OF HERD INFORMATION 99
2.3. ELISA PROCEDURE 100
2.4. STATISTICAL ANALYSIS 100
3. RESULTS 104
4. DISCUSSION 106
5. REFERENCES 110
CHAPTER 6 113
PREDICTING MILK-PRODUCTION RESPONSES AFTER AN AUTUMN
TREATMENT OF PASTURED DAIRY HERDS WITH EPRINOMECTIN 113
1. INTRODUCTION 114
2. MATERIALS AND METHODS 115
2.1. HERD SELECTION 115
2.2. TREATMENT PROTOCOL 115
2.3. SAMPLE COLLECTION AND ELISA-PROCEDURE 116
2.4. COLLECTION OF FARM DATA 116
2.5. STATISTICAL ANALYSIS 117
3. RESULTS 118
3.1. FARMS AND ANIMALS 118
3.2. ANTI-OSTERTAGIA ANTIBODY LEVELS 119
3.3. OVERALL TREATMENT EFFECT ON MILK YIELD 120
3.4. THE RELATION BETWEEN THE PRE-TREATMENT ANTI-O. OSTERTAGI ANTIBODY LEVEL IN THE
BULK-TANK MILK AND THE TREATMENT EFFECT 121
4. DISCUSSION 121
5. CONCLUSIONS 124
6. REFERENCES 125
CHAPTER 7 127
GENERAL DISCUSSION: THE USE OF MILK ANTIBODIES TO EVALUATE
PARASITE-ASSOCIATED PRODUCTION LOSSES IN DAIRY CATTLE 127
1. INTRODUCTION 128
2. THE PRACTICAL USE BY VETERINARIANS OF THE OSTERTAGIA ELISA ON BULK-TANK
MILK 128
3. THE LIMITATIONS/ADVANTAGES OF BULK-TANK MILK VERSUS INDIVIDUAL MILK 130
4. THE INTEGRATION OF MONITORING GASTROINTESTINAL-NEMATODE INFECTIONS IN A
BROADER DAIRY HEALTH CONTEXT 132
5. THE USE OF MILK ELISAS AND GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEMS TO
DETERMINE THE REGIONAL ECONOMIC IMPORTANCE OF PARASITIC DISEASES 134
6. CONCLUSION 135
7. REFERENCES 136
SUMMARY 141
SAMENVATTING 149
General introduction
10 General introduction
____________________________________________________________________________________________
1. Introduction
Infection of livestock with gastrointestinal (GI) parasitic nematodes is a
major constraint on production worldwide. All grazing cattle are exposed
to infection with these parasites resulting in economic losses (mainly due
to reduced productivity and costs of anthelmintic treatments).
Traditionally, infections with GI nematodes were considered to be mainly
important in first-season grazing (FSG) calves. The effects of clinical
disease in this age group have been clearly demonstrated and are well
known to both farmers and practitioners. In contrast, infections with GI
nematodes in older cattle were for a long time considered to be of no
major importance because of the absence of clinical symptoms and the
lower fecal egg counts usually found in these animals. However, recently
2 reviews have demonstrated that subclinical GI-nematode infections can
impair milk yield (Gross et al., 1999; Sanchez et al., 2004). This, together
with the availability of highly efficacious anthelmintics with a zero
withdrawal time for milk has generated new interest for GI-nematode
control in adult dairy cows. In the following paragraphs, a short review
will be given on the prevalence, life cycle, epidemiology and pathology in
the northern hemisphere of Ostertagia ostertagi, the most important GI
nematode of cattle in temperate-climate regions.

2. Gastrointestinal-nematode species and their relative
importance in dairy cattle
In temperate-climate regions, GI nematodes are widespread in dairy
cattle. Several abattoir studies in the United States and Western Europe
have shown that the prevalence of infection in adult cows is between 80-
100 %. This is not unexpected, because all pastures are likely to be
contaminated, and so all grazing animals are likely to be exposed to
infection.
The most important species in temperate climate areas are O. ostertagi
and Cooperia oncophora. The relative importance and infection levels of
the genera differ with host age because of acquired immunity.