Détection des troupeaux laitiers infectés par Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis via la culture fécale et impact des mesures de contrôle des maladies entériques contagieuses sur l’incidence d’excrétion fécale individuelle

Abstract

Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis (MAP) est l’agent étiologique de la paratuberculosis (PTB) une maladie entérique contagieuse, chronique et incurable des ruminants, qui est associée à des pertes significatives pour l’industrie laitière. Le MAP a été associé à la maladie de Crohn chez l’humain mais le lien de causalité n’a pas encore été démontré. Les programmes de contrôle de la PTB visent à diminuer la transmission via la mise en place de bonnes pratiques de régie. Au Québec, le programme de prévention et contrôle (PVQPCP) a été lancé en 2007. Dans le PVQPCP, un questionnaire d’analyse du risque d’introduction et transmission de MAP est administré lors de l’adhésion. Le statut des fermes est déterminé avec la culture de prélèvements de l’environnement (CPE), une stratégie qui a été évaluée dans les grands troupeaux en stabulation libre aux États-Unis. Les résultats non interprétables (NI), dus à la surcroissance microbienne des échantillons, sont un frein à la détermination du statut des troupeaux. Les objectifs de cette thèse sont : 1) déterminer l'impact de l’adhésion des fermes laitières en stabulation entravée dans le PVQPCP sur l'incidence de l’excrétion fécale de MAP et 2) améliorer la stratégie de détection des troupeaux laitiers infectés par MAP. Pour le premier objectif, un modèle à risque proportionnel de Cox a été utilisé pour comparer l’incidence d’excrétion fécale des vaches nées avant et après l’adhésion de la ferme au PVQPCP. Pour le deuxième objectif, 7 échantillons de l’environnement et 2 échantillons groupés (vaches malades et vaches maigres) ont été prélevés dans 24 troupeaux à statut connu (19 positifs et 5 négatifs) et comparés avec des prélèvements individuels (sanguins et fécaux) de toutes les vaches du troupeau. Dans un deuxième temps, la performance de la réaction en chaîne par polymérase (PCR) avant et après l’incubation des échantillons dans le système automatisé a été évaluée sur 154 échantillons issus de l’environnement pour lesquels le statut à la culture bactérienne avait été déterminé au préalable (62 NI, 62 négatifs et 30 positifs). Les résultats de cette thèse ont démontré que l’incidence et le risque d’excrétion fécales de MAP étaient significativement moindres chez les vaches nées après l’adhésion de la ferme dans le PVQPCP que chez les vaches nées avant (IR=0,4; 95% IC: 0,2-0,8; HR=0,48; 95% IC: 0,23-0,98). L’hygiène inadéquate des vaches en préparation au vêlage (HR=3,4; 95% IC: 1,4-8,3) et le contact des veaux avec les vaches adultes ou leurs fèces (HR=2,7; 95% IC: 1,1-6,6) étaient significativement associés à un risque élevé d’excrétion fécale de MAP. De plus, la sensibilité de la CPE, si elle était répétée 2 fois, par rapport au statut du troupeau à MAP selon notre définition de cas était de 44% (IC 95%: 20%-70%). Elle est de 32% (IC 95%: 13%-57%) en utilisant aléatoirement le résultat d’un seul prélèvement. La meilleure stratégie d’échantillonnage était la combinaison des échantillons de la fosse, de l’écureur, du groupe de vaches malades et du groupe de vaches maigres. Finalement, la PCR a détecté l’ADN de MAP dans 1,6% des échantillons de l’environnement NI. La performance de la PCR était meilleure lorsqu’elle a été réalisée après vs avant l’incubation des échantillons en milieu liquide dans le système automatisé BACTEC (P = 0,004). Ainsi, les résultats de cette thèse démontrent une diminution de l’excrétion fécale individuelle chez les vaches nées après l’adhésion des fermes au le PVQPCP. Cette diminution est probablement une conséquence de la réduction du risque de transmission à l’intérieur du troupeau via la mise en place de pratiques de régie qui évitent le contact des veaux avec les vaches adultes ou leurs fèces. La CPE est la meilleure stratégie (peu coûteuse et non invasive) par rapport aux tests individuels (culture or ELISA), pour déterminer le statut des troupeaux. Elle détecte notamment les troupeaux à haute prévalence, mais aussi ceux à faible prévalence. L’utilisation de la PCR sur les échantillons NI contribue à améliorer le processus de culture de MAP en augmentant la sensibilité et la spécificité et en évitant des délais et des coûts supplémentaires liés à la prise des nouveaux échantillons et aux cultures additionnelles. Mots clés : Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis, troupeaux laitiers en stabulation entravée, incidence de l’excrétion fécale, programmes de prévention et contrôle, culture de prélèvements de l’environnement, statut des troupeaux, surcroissance microbienne.

Paratuberculosis is a chronic and contagious enteric disease of ruminants caused by Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (MAP). This disease is responsible for significant economic losses and the bacteria itself has been associated to Crohn’s disease in humans; even though the causal link has not been established. Paratuberculosis control programs focus on reducing MAP transmission by implementing better management practices that target infection routes. In Québec, a Voluntary Paratuberculosis Prevention and Control Program (QVPPCP) was launched in 2007. Upon enrolment in the QVPPCP, a risk assessment questionnaire is administered to determine the risk of introduction and transmission of MAP into the herd. Herd status is then determined by environmental sampling (ES). The ES has been previously evaluated mostly in large free-stall dairy herds in the US. Microbial overgrowth can interfere with the correct assessment of MAP herd status when non-interpretable (NI) results are obtained from environmental samples. The objectives of this thesis are: 1) to determine the impact of enrolment in the QVPPCP on the incidence of fecal excretion of MAP and 2) to improve the detection of MAP infected tie-stall dairy herds. A cohort study was design to answer to the first objective. The incidence of fecal excretion of cows born before and after the enrolment of the farms in the QVPPCP was compared using a Cox proportional hazards model. The second objective included two other studies. In one study, 7 environmental and 2 targeted pool samples were collected from 24 herds with MAP known status (19 positive and 5 negative herds) and compared with serum and fecal individual samples from all the adult cows in the herd. The other study evaluated the performance of the polymerase chain reaction (PCR) before and after the incubation of the samples in the automated system. The PCR was performed on 154 samples (62 NI, 62 negative and 30 positive). It was demonstrated that the incidence and hazard of fecal excretion were significantly lower for cows born after the enrolment of the farm in the QVPPCP than for cows born before (incidence rate ratio=0.4; 95% CI: 0.2-0.8 and hazard ratio (HR)=0.48; 95% CI: 0.23-0.98). Poor calving cow hygiene (HR=3.4; 95% CI: 1.4-8.3) and contact between pre-weaned heifers and adult cows or their feces (HR=2.7; 95% CI: 1.1-6.6) were significantly associated with an increased hazard of fecal excretion of MAP. In addition, the sensitivity of environmental culture was 44% (95% CI: 20%-70%) when combining results from 2 different samplings and 32% (95% CI: 13%-57%) when results from only 1 random sampling were analyzed. It was found that the best sampling strategy was to combine samples from the manure pit, gutter, sick cows, and cows with poor body condition. Finally, a total of 1.6% of the NI environmental samples had detectable MAP DNA. The PCR had a significantly greater performance when applied after the culture than before the culture (P = 0.004). Thus, the results of this thesis show a reduction of the fecal excretion of MAP in cows born after enrolment of farms in the QVPPCP. The lower fecal excretion is probably a consequence of the reduction of the risk of within-herd transmission of MAP which is likely achieved through the implementation of better management practices aiming to reduce the contact of calves with adult cows or their feces. ES is the best sampling strategy as compared to costly individual tests (culture or ELISA) for detecting MAP-infected tie-stall dairy herds. It is a non-expensive and non-invasive technique for detecting mainly high MAP prevalence herds. However, our results show that it also detects low MAP prevalence herds. Performing a PCR on overgrown environmental samples contributes to MAP culture process improvement increasing the sensitivity and specificity, and reducing the turnaround laboratory time.