Avian pathogenic E. coli in Norwegian broiler Production - characterisation, identification of risk factors and prevention

Den første leveuken er en kritisk periode for slaktekyllingen. Norsk fjørfeindustri har et felles mål om å redusere dødeligheten i første leveuke i slaktekyllingflokker til under 0,8 %. På tross av dette har man i løpet av de siste årene opplevd perioder med økning i dødelighet forårsaket av E. coli infeksjon (colibacillose) både i Norge og i andre land i Europa. Forskningsprosjektet APEC-Seq har som mål å redusere forekomsten av colibacillose i slaktekylling gjennom et tett samarbeid med aktører fra fjørfenæringen og forskere innen dyrehelse, bakteriologi og epidemiologi. Prosjektet har gjort en systematisk innsamling av prøver fra 54 målflokker (flokker med høy dødelighet i første leveuke), 20 kontrollflokker, 21 foreldredyrflokker og 7 samleprøver fra rugeri fra 2018-juni 2021. Det er utarbeidet standardiserte protokoller og innsendelsesskjema for harmonisert prøvetaking og innsamling av data fra fjørfehusene. Innsamlingen har inkludert obduksjon i felt, registrering av patologiske funn, prøvetaking til bakteriologiske undersøkelser og registrering av data fra flokken og miljøet som settes i sammenheng med helgenomsekvensdata og en kasus-kontrollundersøkelse. I et pilotforsøk har vi helgenomsekvensert 47 E. coli isolater fra tre ulike slaktekyllingflokker med høy førsteukedødelighet. Hensikten var å undersøke hvor like E. coli bakteriene er innad i en flokk og innad i et dyr, og hvilket organ som kunne egne seg best til prøvetakning. Vi ønsket å inkludere inntil 15 E. coli isolater per flokk (fem dyr per flokk, og inntil tre prøver per dyr). Resultatene viser at det er lite eller ingen forskjell mellom isolater fra samme fugl basert på serotype og 7-gen MLST sekvenstype (ST). Fylogenetiske analyser viser også at det er høy grad av likhet mellom isolater fra fugler i samme flokk, og at isolatene antas å ha samme opprinnelse. E. coli isolater fra lever ser ut til å representere aviærpatogene E. coli (APEC), hovedårsaken til sykdom og død hos fuglen, og kan være et anbefalt organ å prøveta. Artikkel 1 er sendt inn og venter på revisjon fra vitenskapelig journal. Basert på pilotforsøket ble det valgt ut ett E. coli isolat per fugl (fem totalt per flokk), fortrinnsvis fra lever, til helgenomsekvnesering for videre studier. I første omgang har vi fokus på kasus og kontrollflokker og har sekvensert henholdsvis 286 og 78 isolater. Innledende bioinformatiske analyser er startet for å gjøre kvalitetskontroll av dataene, samt identifisere ST. Målet er å sammenlikne APEC fra slaktekyllingflokker med høy dødelighet innad i flokk og mellom flokker i tillegg til sammenlikning med E. coli isolater fra kontrollflokker uten høy dødelighet. De bioinformatiske analysene vil inneholde screening for virulensassosierte gener og serotype i tillegg til ST. Basert på resultatene vil det gjøres fylogenetiske analyser på utvalgte isolater. Dette vil føre til artikkel 2 for stipendiaten. Våren 2021 var det et utbrudd av colibacillose i slaktekylling i Norge. En del av de innsamlede prøvene i prosjektet er en del av utbruddet, og ble fulgt tett opp med sporing tilbake til foreldredyr og besteforeldredyr. E. coli isolater fra slaktekylling og foreldredyr ble isolert og sekvensert fortløpende i forbindelse med APEC-Seq prosjektet og identifisert til å være ST23. Prosjektet har i samarbeid med næringen og samarbeidspartnere i utlandet fått tilgang til E. coli isolater fra besteforeldreflokk og isolater fra fjørfe i Finland med samme besteforeldreflokk. Foreløpige analyser viser at isolatene er like og at det er sannsynlig at de har samme opprinnelse, men at de er mindre like enn vi er vant til å se i utbrudd med zoonotiske agens. Planen er å skrive sammen dette til en vitenskapelig publikasjon. Alle innsamlede data fra prøvetakingen i 2018-2021 er samlet og transkribert. I tillegg er det planlagt innsamling av data fra ca 100 kontrollflokker retrospektivt i samarbeid med næringen. Dataene skal brukes for videre analyse og identifisering av risikofaktorer assosiert med økt førsteukedødelighet forbundet med colibacillose, og er planlagt som artikkel 3 for stipendiaten. Som en overordnet del av APEC-Seq vil vi øke forskningsbasert kunnskap rundt sykdomsframkallende E. coli hos fjørfe som hvor like bakteriene egentlig er; om de finnes hos både besteforeldredyr, foreldedyr og avkom (avlspyramiden) og hvilke faktorer i kyllingens miljø som kan disponere for sykdom med E. coli. Resultatene vil bli brukt til å utvikle et system for å overvåke og kontrollere E. coli infeksjoner hos slaktekylling, både ved å identifisere spesielt sykdomsframkallende bakteriestammer i en tidlig fase, og gjennom å innføre retningslinjer for forebygging av colibacillose hos slaktekyllingprodusenter. Ved å redusere forekomsten av colibacillose vil APEC-Seq prosjektet forbedre dyrehelsen og dyrevelferden, legge til rette for bærekraftig og kostnadseffektiv matproduksjon, redusere matsvinn og øke forbrukernes tillit til fjørfekjøtt.

-

By whole genome sequencing (WGS) of avian pathogenic Escherichia coli (APEC) combined with advanced statistical modelling of complex data APEC-Seq aims to reduce the overall occurrence of colibacillosis in broilers. Important gaps of knowledge are clonality and dissemination of APEC strains through the breeding pyramid and significance of risk factors linked to management and environment. The Norwegian poultry industry has an aim of keeping first-week mortality (FWM) in broilers below 0.8 %. However, during the last couple of years broiler flocks in Norway, other Nordic countries and elsewhere in Europe have experienced periods of sudden and inexplicable increase in FWM due to colibacillosis. APEC-Seq joins actors from research and industry working with clinical bacteriology, epidemiology, poultry health management and broiler production in order to improve the evidence-based knowledge on APEC and predisposing factors. By systematic sampling in high mortality flocks, APEC-Seq will characterize and compare APEC isolates by WGS, identify potential risk factors from production, management and environment and quantify their relative contribution in advanced statistical modelling. Results will be used to develop a framework for monitoring APEC in broilers, i.e. identification of APEC with strong disease-inducing properties at an early phase and implementation of best practice guidelines for prevention of colibacillosis in broiler production. APEC-Seq will have a significant impact on animal health and welfare, enable sustainable and cost-effective food production and increase consumer confidence in poultry meat.