Within herd eradication of the virulent strains of footrot with the aid of the new D. nodosus-PCR – a “proof of concept” study without using antimicrobials

• Research unit: FSVO
• Project number: 1.15.04

Key words (German)

Moderhinke; Herdensanierung; Dichelobacter nodosus; kompetitiver Nachweis mittels PCR; Interventionsstudie

Key words (English)

Footrot; within herd control; Dichelobacter nodosus; competitive PCR laboratory test; interventional field study

Short description (German)

Moderhinke (MH) ist eine ansteckende Klauenkrankheit der Schafe und anderer Klauentiere. Moderhinke verursacht grosse ökonomische Verluste in der Schafproduktion, und das Wohlbefinden erkrankter Tiere ist stark beeinträchtigt. Der ursächliche Erreger von MH ist das anaerobe Bakterium Dichelobacter nodosus (D.nodosus). In einer repräsentativen Umfrage im Jahr 2012 konnte gezeigt werden, dass bei mehr als der Hälfte aller Schafzüchter, welche in einem der Schweizer Schafzuchtverbände organisiert sind, MH ein ständiges Problem darstellt. Im Rahmen des Vorgängerprojektes der vorliegenden Studie konnte ein kompetitiver RT-PCR etabliert werden, welcher in der gleichen Reaktion den Nachweis von virulenten und benignen D. nodosus Stämmen erlaubt. Im Moment wird die Diagnose „MH“ im Feld weiterhin anhand der klinischen Befunde gestellt. Dabei sind „sich widersprechende Diagnosen“ - gestellt von unterschiedlichen Experten - nicht selten. Weiterhin kann MH bei klinisch gesunden Trägertieren (subklinisch infizierten Tieren) mittels klinischer Untersuchung nicht diagnostiziert werden. Diese erwähnten Nachteile führten dazu, dass das in der Schweiz momentan etablierte BGK Programm zur Kontrolle der MH wiederholt nicht zum vollständigen und flächendeckenden Erfolg führte.

Beim hier vorgeschlagenen Forschungsprojekt handelt es sich um eine „proof of concept“ Studie für ein neu erarbeitetes MH-Herdensanierungskonzept. Herden, bei denen kein Träger des virulenten Stammes von D. nodosus nachgewiesen werden kann, werden als „MH-frei“ klassiert und Herden, bei welchen mindestens bei einem Schaf der virulente Stamm von D. nodosus nachgewiesen werden kann, werden als „MH-infiziert“ klassiert.  In den Jahren 2014 bis 2016 sollen insgesamt 30 Schafherden mit dem Moderhinkestatus „MH-infiziert“ und einer Herdengrösse von 20 - 80 Schafen in die Studie miteinbezogen werden.

Bei der Herdensanierung wird folgendermassen vorgegangen: Die Infektion/Reinfektion muss klinisch erkennbar sein und wird mit Hilfe des neuen PCR bestätigt: Mindestens 1 Schaf mit virulentem D. nodosus. Woche 0: Kontrolle, Klauenschnitt und Scoring aller Tiere; Schafe mit einem (klinischen) MH-Score >2 werden markiert; Tupferprobe (gepoolter Tupfer aller 4 Zwischenklauenspalten eines Schafes) für PCR bei klinisch kranken Tieren (max. 5 Tiere); danach Klauenbad aller Tiere; keine Trennung von infizierten und nicht infizierten Schafen. Wochen 1-7: wöchentliches Klauenbad aller Schafe der Herde. Woche 3: Kontrolle der markierten Schafe, um den Tierhalter „bei der Stange zu halten“; Woche 6: Kontrolle und Tupferprobe aller Schafe; Woche 7: Elimination aller PCR positiven Schafe (virulenter Stamm von D. nodosus) und letztes Klauenbad der PCR negativen Schafe.     

Die Resultate der hier beschriebenen „proof of concept“ Studie sollen eine entscheidende Optimierung der Effizienz und Effektivität des heutigen BGK-Sanierungsprogrammes aufzeigen. Auf die Anwendung von Antibiotika bei der Sanierung wird bewusst vollständig verzichtet. Die vorliegende Studie dient als Pilotstudie, um die Einführung eines Schweiz-weiten MH Bekämpfungs-Programms zu prüfen.

Short description (English)

Footrot is a contagious bacterial disease of the foot of sheep and other ungulates. Footrot causes substantial economic loss and seriously impacts the welfare of sheep. The key pathogen involved in footrot is the anaerobic bacterium Dichelobacter nodosus (D. nodosus). In a recent representative Swiss study (2012), it was found that footrot was a permanent problem in the sheep flocks of 57.4% of the responding Swiss sheep farmers. Currently, footrot is diagnosed based on clinical signs. Contradictory interpretations of clinical findings – even among experts - are not uncommon, and detection of silently infected sheep (clinically healthy carriers) is currently not possible. The mentioned problems repeatedly hampered the success of the BGK (Swiss health service for small ruminants) eradication program that is currently the standard within-herd eradication program in Switzerland. Recently, a competitive real-time PCR - based on the protease alleles aprV2/B2 - was developed. It directly detects and differentiates virulent and benign D. nodosus strains.

The proposed research project represents a “proof of concept” study for a novel within-herd eradication program. Herds without carriers of the virulent strain of D. nodosus will be classified as „free of footrot“, while herds with at least 1 carrier of the virulent strain of D. nodosus will be classified as „infected with footrot“. From 2014 to 2016 a total of 30 herds with the herd status “infected with footrot” and a size of 20-80 sheep each will be included into the study.

The novel within-herd eradication program will be implemented as follows: Clinical signs of footrot must be present and diagnosis must be confirmed by PCR in at least 1 sheep of the respective herd. Week 0: The feet of each single sheep will be examined clinically, the footrot status will be scored according to the BGK-scoring system and a therapeutic foot trim will be performed; sheep with a score exceeding 2 will be marked (paint on the back); cotton swab interdigital samples (1 sample of a sheep = smear of all 4 feet of this individual sheep) will be harvested from a maximum of 5 clinically affected sheep; thereafter, a therapeutic footbath (zink-sulphate) will be applied to each individual sheep. Clinically healthy sheep will not be separated from clinically affected sheep. Weeks 1-7: The whole herd, without any exception, will undergo a weekly footbath. Week 3: Clinical condition of the feet of the marked sheep will be analyzed and protocolled by a veterinarian. Week 6: The feet of each sheep will be examined and a sample collected for further analysis with the D. nodosus PCR. Week 7: Each sheep that still reveals a positive PCR result for the virulent strain of D. nodosus will be culled, and a final footbath will be applied to all PCR negative sheep.

The results of this “proof of concept” study will allow optimizing the efficiency and efficacy of the current footrot eradication program of the BGK. It must be emphasized, that the use of antimicrobials does explicitly not represent a part of the eradication program. Furthermore, the current study may serve as the pilot study in order to evaluate the feasibility of a nation wide footrot eradication program in Switzerland.

Project aims (English)

The objectives of the study proposed here include:

·        To evaluate the clinical efficacy and validity of a within-herd eradication program of footrot in Swiss sheep flocks (complete within-herd elimination of the virulent strain of D. nodosus), using the newly established competitive RT-PCR under field conditions in some mountain-cantons in which alpine pasturing of sheep is economically relevant.

·        To analyze and interpret potential contradictory clinical versus laboratory results within sheep and within flocks.

·        To develop and propose a novel within-herd eradication program of footrot, which may serve as the pilot study for potentially establishing a nation wide footrot eradication program in Switzerland.

·        To learn about and to better understand actual clinical and logistic problems that might occur during the execution of a nation wide footrot eradication program.

·        To demonstrate that elimination of footrot from infected herds will be possible without using antimicrobials. This will contribute towards reduction of the use of antimicrobials and, therefore, decrease the likelihood of further supporting the development of bacterial resistance towards antmicrobials in the Swiss sheep production. 

Publications / Results (English)

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URL-addresses (German)

1.15.04 Steiner Moderhinkesanierung mit Hilfe der neuen Labordiagnostik - eine Interventionsstudie …