veterinaria italiana, volume 49 (2), april-june 2013

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RIVISTA DI SANITÀ PUBBLICA VETERINARIA VOLUME 49 (2) - APRILE-GIUGNO / APRIL-JUNE 2013 ISSN 0505-401X

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Abruzzo, Anaplasma phagocytophilum, Anaplasmosis, Animal protection, Aomori, Brucella melitensis, Brucella spp., Brucella suis biovar 2, Brucellosis, Canidae, Central Equatoria, Companion animals, Contagious ecthyma, Coxiella burnetii, DNA polymerase gene, East Coast fever, ELISA, Emilia-Romagna, Enzyme-linked immunosorbent assay, European Union, Ewe, Farming, Fat-tailed ewes, Halicephalobus gingivalis, Hip dysplasia, HIV, Hokkaido, Horse, India, Iran, Italy, Iwate, Ixodes ricinus, Japan, Joint disease, Meningo-encephalitis, MLVA, Msp4, Multiple-locus variable-number tandem-repeat analysis, Nyctereutes procyonoides, Orf, Osteoarthritis, Osteochondrosis, Parasite, PCR, Polymerase chain reaction, Potency, Prevalence, Q fever, Raccoon dog, Real-time PCR, Regulation, Review, rRNA, SARS, Serology, Sheep, Sheep, Slaughter, South Sudan, Strain Rev. 1, Sudan, Surveillance, Swine, TaqMan, Theileria parva, Tick, Transport, Vaccine, Vaccine, Virology, Virus, West Nile disease, Wild boar

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RIVISTA DI SANITÀ PUBBLICA VETERINARIA

VOLUME 49 (2) - APRILE-GIUGNO / APRIL-JUNE 2013

ISSN 0505-401X

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Istituto Zooprofilattico Sperimentale dell’Abruzzo e del Molise “G. Caporale”

Campo Boario, 64100 TERAMO, Italiatelefono +39 0861 3321fax +39 0861 332251www.izs.it

Questa rivistaè nata nel 1950 con il

nome di Croce Azzurra.Dal 1954 si chiamerà

Veterinaria Italiana.

Rivista trimestrale di Sanità Pubblica Veterinaria,edita dall’Istituto Zooprofilattico Sperimentale

dell’Abruzzo e del Molise “G. Caporale”

A quarterly journal devoted to veterinary public health,veterinary science and medicine,

published by the Istituto Zooprofilattico Sperimentale dell’Abruzzo e del Molise ‘G. Caporale’ in Teramo, Italy

Volume 49 (2), 2013

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Segreteria di redazione Associate EditorsMonica Bucciarelli, Guido Mosca,Mariarosaria Taddeo, Carlo Turilli

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Amministrazione AdministrationIstituto Zooprofilattico Sperimentaledell’Abruzzo e del Molise “G. Caporale”Campo Boario, 64100 Teramo, [email protected]

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© 2013 Istituto Zooprofilattico Sperimentaledell’Abruzzo e del Molise “G. Caporale”Campo Boario, 64100 Teramo, Italia

ISSN 0505-401XFormato elettronico Electronic formatISSN 1828-1427

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Si ringrazia Fabrizio Piccari per la gentile concessione dell’immagine di copertina.

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Acknowledgement is made to Fabrizio Piccari for the cover image.

Volume 49 (2), 2013

Vahid Noaman, Edris Shirvani, Seyed Mohammad Hosseini,Amir Hossein Shahmoradi, Mohammad Reza Heidari, Hamid Raiszadeh, Morteza Kamalzadeh & Masoume BahreyariSerological surveillance of bluetongue virusin cattle in central Iran ...............................................................................141Sorveglianza sierologica del virus della Bluetongue (BTV)in bovine Holstein nell’Iran Centrale (riassunto) ........................................................................... 141

Chintu Ravishankar, Sukdeb Nandi, Vishal Chander & Tapas Kumar MohapatraConcurrent testing of breeding bulls forbovine herpesvirus 1 infection (BHV-1) in India ......................................145Infezione da Herpesvirus bovino-1 (BHV-1) intori da riproduzione in India (riassunto) ......................................................................................... 145

Rudi Cassini, Manuela Signorini, Antonio Frangipane di Regalbono,Alda Natale, Fabrizio Montarsi, Mauro Zanaica, Michele Brichese,Giulia Simonato, Serena Borgato, Amira Babiker & Mario PietrobelliInfluenza delle misure preventive sulla prevalenzadi leishmaniosi canina in un focolaioidentificato in Nord Italia nel 2006 ...........................................................151Preliminary study of the effects of preventive measures on the prevalence of Canine Leishmaniosis in a recently established focus in northern Italy ................................................ 157

Javad Asadi, Mojtaba Kafi & Mohammad KhaliliSeroprevalence of Q fever in sheep and goat flockswith a history of abortion in Iran between 2011 and 2012 .....................163Sieroprevalenza di Febbre Q in greggi di pecore e caprecon anamnesi di aborto in Iran tra il 2011 e il 2012 (riassunto) ................................................ 163

Elisabetta Di Giannatale, Alessandra Alessiani, Francesca Sauro,Francesco Sbraccia, Giuseppe Croce, Antonella Nissim,Alessandra Carnevale & Giacomo MiglioratiStudio epidemiologico di un focolaio da Norovirus rilevatonel 2009 in una residenza assistita per anziani in Italia Centrale ...........169Epidemiological study of an outbreak of Norovirus in a rest home in Italy........................... 175

Irshad Ahmed Hajam, Pervaiz Ahmed Dar, Shanmugam Chandra Sekar, Rajakishore Nanda, Subodh Kishore, Veerakyathappa Bhanuprakash& Kondabattula GaneshExpression, purification, and functional characterisation ofFlagellin, a TLR5-ligand ..............................................................................181Espressione, purificazione e caratteristiche funzionalidella Flagellina, un TLR5-legante (riassunto) ................................................................................ 181

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Volume 49 (2), 2013

Velca Botti, Francine Valérie Navillod, Lorenzo Domenis, Riccardo Orusa,Erika Pepe, Serena Robetto & Cristina GuidettiSalmonella spp. e antibiotico-resistenza in Mammiferie Uccelli selvatici in Italia nord-occidentale dal 2002 al 2010 ................187Salmonella spp. and antibiotic resistant strains in wild mammals and birdsin north-western Italy from 2002 to 2010 ....................................................................................... 195

Paola Scocco, Francesca Mercati, Andrea Brusaferro,Piero Ceccarelli, Carlo Belardinelli & Alessandro MalfattiGrado di cheratinizzazione dell’epitelio ruminalee valutazione dello stato corporeo in ovini tenuti su pascolidi Brachypodium rupestre ..........................................................................203Keratinisation degree of rumen epithelium and body condition score in sheepgrazing on Brachypodium rupestre ............................................................................................... 211

Paolo Dalla Villa, Shanis Barnard, Elisa Di Fede, Michele Podaliri,Luca Candeloro, Antonio Di Nardo, Carlo Siracusa & James A. SerpellRisposte comportamentali e fisiologicheal confinamento del cane lungodegente in canile ...................................219Behavioural and physiological responses of shelter dogs to long-term confinement ........ 231

SHORT COMMUNICATIONMostafa Halimi, Abasalt Hosseinzadeh Colagar & Mohammad Reza YoussefiImmune response in spirlins (Alburnoides bipunctatus, Bloch 1782) infested by Ligula intestinalis parasite ......................................................243Risposta immunitaria in alborelle bipuntateinfestate da Ligula intestinalis (riassunto) ................................................................................... 243

LIBRI/Book reviewsMaria Caramelli Per non scoprirlo mangiando… .................................................247Eric Chaline 50 Animali che hanno cambiato il corso della Storia ..............249

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Parole chiaveBovino,ELISA competitiva,Iran,Sieroprevalenza,Virus della Bluetongue.

RiassuntoIl presente studio è stato effettuato con l’obiettivo di valutare la sieroprevalenza e la distribuzione di anticorpi per il virus della Bluetongue (BTV) in bovine da latte Holstein nella provincia di Esfahan, situata nella zona centrale dell’Iran. Tra settembre 2010 e agosto 2011 sono stati prelevati campioni di sangue da 892 animali sani. I campioni sono stati suddivisi in base alla tipologia di allevamento, alla stagione, alla zona di provenienza, al periodo produttivo e all’età dell’animale. Lo screening dei sieri è stato effettuato con kit commerciale c-ELISA. Ventiquattro sieri (2,69%) sono risultati positivi per BTV. La sieroprevalenza è risultata molto più elevata negli animali testati nelle zone meridionali (χ2 = 8,29, p<0,05). Negli animali di età superiore ai 2 anni la sieroprevalenza è risultata più alta ma la differenza non è stata statisticamente significativa (p=0,06). I diversi tipi di allevamento, le stagioni e i diversi stadi del periodo produttivo non hanno permesso di rilevare differenze statisticamente significative (p>0,05). In conclusione i risultati hanno dimostrato bassi valori di sieroprevalanza nei bovini testati. Gli autori indicano la necessità di ulteriori studi per determinare sierotipi e vettori di BTV nella regione centrale dell’Iran.

Sorveglianza sierologica del virus della Bluetongue (BTV)in bovine Holstein nell’Iran Centrale

KeywordsBluetongue virus,Cattle,Competitive ELISA,Iran,Seroprevalence.

SummaryThe aim of this study was to evaluate the seroprevalence and distribution of antibodies to the bluetongue virus (BTV) among dairy Holstein cattle of central Iran. From September 2010 to August 2011, 892 blood samples from Holstein dairy cattle were collected from healthy animals. Blood samples were divided according to type of farm (industrial and non-industrial), season (warm and cold), location (North, South, East, and West), cattle production groups (calf, heifer, dairy and dry) and age groups (under 6 months, 6 months-2 years and over 2 years). The sera were screened using a commercially competitive enzyme-linked immunosorbent assay (c-ELISA) kit. Twenty-four sera (2.69 %) were found to be positive for BTV. Bluetongue virus seroprevalence was significantly higher (χ2 = 8.29, df = 3, p < 0.05) in cattle in southern locations as compared to those in other locations. Older animals (> 2 years) showed a relatively higher seroprevalence, but the difference was not statistically significant (p = 0.06). No statistically significant difference in BTV seroprevalence was noted between farming systems, seasons and cattle production groups (p  >  0.05). The results demonstrate that the seroprevalence of BTV is low in cattle from the Isfahan province, central Iran. Further studies are needed to determine the serotypes and vectors of BTV in the central region of Iran.

1 Department of Veterinary Research, Isfahan Research Centre for Agriculture and Natural Resources,Amirieh Town, Postal Box 81785-199, Isfahan, Iran

[email protected] Razi Vaccine and Serum Research Institute, Postal Box 31975-148, Karaj, Iran

3 Isfahan Veterinary Head Office, Amirieh Town, Isfahan, Iran

Vahid Noaman1, Edris Shirvani2, Seyed Mohammad Hosseini3, Amir Hossein Shahmoradi1, Mohammad Reza Heidari1, Hamid Raiszadeh1, Morteza Kamalzadeh2 & Masoume Bahreyari2

Serological surveillance of bluetongue virusin cattle in central Iran

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years: 640). The samples were transported to the laboratory in iceboxes. After proper clotting, the blood samples were centrifuged at 5,000 rpm for 10 min and the serum samples were stored at –20°C until analysis.

The sera were screened using a commercially c-ELISA kit (IDEXX/Institut Pourquier, Montpellier, France) following the manufacturer’s instructions. This test is based on the detection of antibodies specific to the VP7 protein of BTV, and is designed to detect antibodies against any serotype of BTV. One positive and two negative controls provided by the manufacturer were included in each test. Results were expressed as a percentage of the S/N ratio, calculated as % S/N = 100 × sample absorbance/negative control mean absorbance. According to the manufacturer’s specifications, a sample is considered to be positive if its S/N% value is less than or equal to 70%.

Chi square (χ2) test (SAS software, version 8.2) was used to assess the association between the seroprevalence of BTV and farming systems, seasons, locations, cattle production groups and age groups (20). Results were considered statistically significant for p < 0.05.

Results

The overall seroprevalence was 2.69% (95% confidence interval [CI], 1.82-3.97). Bluetongue virus seroprevalence was significantly higher (χ2  =  8.29, p  <  0.05) in cattle from southern locations as compared to those in other locations (Table I).

Older animals (> 2 years) showed a relatively higher seroprevalence as compared to other age groups, but the difference was not statistically significant (p  =  0.06). Similarly, no statistically significant difference in BTV seroprevalence was noted between farming systems (p  =  0.44), seasons (p  =  0.45) and cattle production groups (p = 0.11).

DiscussionIran is considered a favourable country for presence and abundance of BTV vectors, because of its latitude and climate (15). Several studies have been performed in different parts of the country for BTV and seropositive sheep and goats have been extensively reported in the West, South-West, North-West and Central provinces of Iran (1, 3, 9, 13, 16).

This study reports for the first time the presence of BTV antibodies in cattle from Isfahan province, central Iran. Interestingly, the value of the seroprevalence was similar to the one found in cattle in South-East Iran (14), but it was much lower

IntroductionBluetongue (BT) is a non-contagious, infectious viral disease of ruminants. Bluetongue viruses (BTV) are arthropod-borne and comprise the type species of the genus Orbivirus, family Reoviridae. To date, a total of 26 BTV serotypes have been recognised worldwide (8, 11, 23, 17, 21). Bluetongue is responsible for substantial economic losses in ruminants and, because of this economic impact, it has been included in a list of notifiable diseases by the World Organisation for Animal Health (Office International des Épizooties: OIE) (23). The infection occurs throughout tropical and subtropical regions as well as in some temperate regions of the world (between latitudes 34°S and 53°N) (5, 6, 12, 18), where many populations of the adult Culicoides vectors reproduce and can affect domestic and wild ruminants (17, 21).

Based on virological and serological studies, BTV is widely present in sheep and goats in Iran (1, 3, 9, 13, 16). However, only limited information is available on BTV in cattle in Iran (14).

The clinical signs of BT disease in cattle range from a mild febrile illness to extensive erosions of the oral mucosa, at times such symptoms are confused with the symptoms of foot and mouth disease (FMD) (19). To our knowledge, there is no confirmed report of BT in Iran, although some field veterinarians have previously reported suspected BT-like disease in cattle. Similarly, there have been reports of FMD-like disease in cattle from central Iran that had previously been immunised against FMD. Therefore, the aim of this study was to evaluate the seroprevalence and distribution of antibodies to BTV among dairy Holstein cattle in central Iran.

Material and methodsThe study was carried out on industrial and non-industrial Holstein dairy cattle farm around Isfahan (latitude 30° 43’-34° 27’ N, longitude 49° 36’-55° 31’ E), central Iran.

From 26 September 2010 to 25 August 2011, a total of 892 blood samples were collected via the jugular vein from healthy cattle from 24 randomly selected Holstein dairy farms in the North, South, East and West of Isfahan. According to the farm records, clinical symptoms related to BTV had not been observed in the animals. Cattle were grouped according to the type of farm (industrial: 621 and non-industrial: 271), season when the samples were collected (warm: 512 and cold: 380), location (North: 199; South: 211; East: 226; and West: 256), production (calf: 123; heifer: 122; in milk production: 514; and during the dry period: 133), and age (under 6 months: 124; 6 months-2 years: 128; and over 2

Bluetongue virus in cattle of Central Iran Noaman et al.

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non-industrial farms is lower than in industrial farms and the environmental conditions in non-industrial farms is suitable for vectors activity, contrary to expectations, no significant difference in BTV seroprevalence was shown between cattle kept in industrial and non-industrial farms.

BTV is highly seasonal and antibody levels can be more easily detected after the vector season (4). However, no statistically significant difference in BTV seroprevalence was found between cold and warm seasons. This observation is in contrast with the results reported by Noaman et al. (16), who observed higher BTV seroprevalence in sheep and goats during the warm season. This finding might indicate the absence of new infection.

The results of this study suggest that the clinical symptoms observed by some field veterinarians in cattle in this region were probably not related to BTV infection. However, further investigations on BTV epidemiology, including studies on BTV serotypes and vectors, should be planned in Iran.

AcknowledgementsThe authors are thankful to Razi Vaccine and Serum Research Institute of Iran and Isfahan Research Centre for Agriculture and Natural Resources for funding the research and technical support.

than the values recorded in sheep (53%) and goats (49%) from the same province (16). The value of the seroprevalence was also different from the one reported in neighboring countries where high BTV seroprevalences were detected both in cattle and in sheep and goats (7, 10). Since the test used in this study (c-ELISA) had 100% sensitivity and 98.0% specificity, and the sample size was sufficient for the study purpose, the apparent low seroprevalence in cattle in our study might reflect that either the vector does not bite cattle or that cattle only rarely come into contact with infected vectors.

Species of Culicoides from Iran have been previously reported (15), but there is no information on the Culicoides vectors of BTV in Iran (9). BTV seroprevalence was significantly (p  <  0.05) higher in cattle in southern locations as compared to those in other locations. This can probably be due to their proximity to the Zayandeh-Rood River (16); this river plays an effective role on the climatic conditions and the humidity of the region, and provides excellent opportunity for reproduction, proliferation and propagation of vectors (15).

As expected, older animals were found to have a higher seroprevalence than younger animals. As described by Singer et al. 1998 (22), the higher seroprevalence in older animals is probably due to a longer time of exposure to the vector.

Although cattle-housing hygiene level (manure, pond, and stagnant water management) in

Noaman et al. Bluetongue virus in cattle of Central Iran

Table I. Distribution of bluetongue virus seroprevalence according to farming system, season, location, cattle production groups and age.

Category Level Number tested Positive Seroprevalence (%)(95% confidence interval)

All animals All animals 892 24 2.69 (1.82-3.97)

Farming system Industrial 621 15 2.42 (1.48-3.95)

Non-industrial 271 9 3.32 (1.76-6.19)

Season Warm 512 12 2.34 (1.34-4.05)

Cold 380 12 3.16 (1.82-5.44)

Location North 199 4 2.01 (0.78-5.05)

South 211 11 5.21 (2.93-9.09)

East 226 2 0.88 (0.24-3.16)

West 256 7 2.73 (1.33-5.53)

Cattle production group Calf 123 0 0

Heifer 122 2 1.64 (0.45-5.78)

Dry 133 3 2.26 (0.77-6.43)

Dairy 514 19 3.7 (2.38-5.71)

Age group Under 6 months 124 0 0

6 months-2 years 128 2 1.56 (0.43-5.51)

Over 2 years 640 22 3.44 (2.28-5.15)

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Virus Laboratory, Centre for Animal Disease Research and Diagnosis, Indian Veterinary Research Institute, Izatnagar, Uttar Pradesh, PIN 243 122 India

[email protected]

Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 145-150. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.145.150

Parole chiaveELISA,Herpesvirus bovino 1 (BHV-1),Isolamento virale,Real time PCR,Test di neutralizzazione virale (VNT),Toro da riproduzione.

RiassuntoL’articolo riporta i risultati ottenuti analizzando i sieri prelevati da 65 tori da riproduzione e 19 tori in prova nello stato indiano dell’Uttar Pradesh per il rilevamento di anticorpi nei confronti dell’Herpesvirus bovino-1 (BHV-1). Il saggio di sieroneutralizzazione (VNT) ha evidenziato la positività per anticorpi anti BHV-1 in 56 (86,15%) tori da riproduzione e 9 (47,37%) in prova. L’ELISA ha permesso di riscontrare la positività in 63 (96,92%) esemplari da riproduzione e in 10 (52,63%) dei soggetti in prova. Contemporaneamente, con TaqMan real time PCR (qPCR), sono stati analizzati campioni di seme prelevati dai tori da riproduzione. Solo 40 (61,54%) dei 65 campioni hanno evidenziato la presenza di BHV-1, mentre i restanti 25 sono risultati negativi. L’isolamento del virus dai campioni risultati positivi con qPCR, tramite cellule Madin-Darby bovine kidney (MDBK), non ha avuto esito favorevole. L’articolo descrive i vantaggi dell’analisi contemporanea di siero e seme e propone misure atte al controllo delle infezioni da BHV-1 in allevamenti di tori da riproduzione.

Infezione da Herpesvirus bovino-1 (BHV-1) in tori da riproduzione in India

KeywordsBovine herpesvirus 1 (BHV-1),Breeding bulls,ELISA,Real time PCR,Virus isolation,Virus neutralisation test (VNT).

SummaryIn this study, sera from 65 breeding and 19 training bulls from Uttar Pradesh State in north India were tested for bovine herpesvirus 1 (BHV-1) antibodies by enzyme linked immunosorbent assay (ELISA) and virus neutralization test (VNT). The VNT test could detect 56 (86.15%) and 9 (47.37%) of the samples from breeding and training bulls as positive for BHV-1 antibodies whereas in ELISA 63 (96.92%) and 10 (52.63%) were found positive, respectively. Semen samples from the breeding bulls were simultaneously tested by the Taqman based real time PCR (qPCR). Of the 65 samples screened, only 40 (61.54%) were found to contain BHV-1 DNA indicating that all the seropositive bulls are not shedding the virus in semen. When the RT-PCR positive samples were subjected to virus isolation on Madin-Darby bovine kidney (MDBK) cells, no virus isolates could be obtained. The advantages of concomitant testing of serum and semen of breeding bulls and measures for control of BHV-1 infections in bull farms are discussed.

Chintu Ravishankar, Sukdeb Nandi, Vishal Chander & Tapas Kumar Mohapatra

Concurrent testing of breeding bulls for bovine herpesvirus 1 infection (BHV-1) in India

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Pradesh State in north India (17). At present the disease is endemic in the country and the seroprevalence of BHV-1 infections has been reported from cattle and buffalos from different parts of the country (15, 20, 21, 22, 25, 28). The Government of India has decided to screen breeding bulls for the infection before using semen for artificial insemination purposes. However, reports on simultaneous screening of serum and semen of breeding bulls for BHV-1 status are scarce. This article reports the evaluation of serum and semen of breeding bulls from Uttar Pradesh State for the presence of BHV-1 antibodies using VNT and ELISA, virus shedding using a Taqman probe based qPCR, and virus isolation. It also communicates the results obtained by testing training bulls for seropositivity.

Materials and methodsThe samples of the study were from Uttar Pradesh state, North India, which is situated between 23°52´N and 31°28’N latitude and 77°3´E and 84°39´E longitude. The climate of the state is of tropical monsoon type, but variations exist because of differences in altitudes. The average temperature varies in the plains from 3°C to 4°C in January to 43°C to 45°C in May and June. Blood samples from 65 breeding bulls were collected in sterile vacutainers, allowed to clot and transported under chilling conditions to the Virus Laboratory, Centre for Animal Disease Research and Diagnosis (CADRAD), Indian Veterinary Research Institute, Izatnagar, for testing. Serum was separated from the clotted blood by centrifugation; heat inactivated at 56°C for 30 min and stored at –20°C until testing was done. Semen samples were also collected from the animals on the same day and transported to the laboratory under the conditions mentioned above. All the animals were apparently healthy and were not vaccinated against BHV-1 as this vaccination is not practiced in India.

The virus neutralisation test was used to determine the titre of BHV-1 antibodies and was performed following the standard protocol of the OIE (36) with some modifications. Two fold serial dilutions of all the test serum samples, including control positive and control negative serum samples, were made up to 1:32 in Dulbecco modified Eagle’s medium (DMEM) containing 2% foetal bovine serum (FBS) and 50 µg/ml gentamicin. A total of 50 µl of each dilution was put in duplicate wells in a 96 well tissue culture microtitre plate. Undiluted serum samples were put in one well to test the toxicity of the serum to the Madin-Darby bovine kidney (MDBK) cells. A volume of 50 µl of BHV-1 containing 100 TCID50 was added to each well excluding the cell control wells, and the plate was incubated at 37°C for 24 h in a CO2 incubator. A volume of 100 µl of MDBK cell suspension containing 3 × 104 cells was added to all

IntroductionBovine herpesvirus 1 (BHV-1) is the etiologic agent of a variety of disease conditions in bovines, like infectious bovine rhinotracheitis (IBR), infectious pustular vulvovaginitis (IPV), infectious pustular balanoposthitis (IPB), conjunctivitis, abortion, enteritis, and a generalized disease of newborn calves. Bovine herpesvirus 1 belongs to the genus Varicellovirus, subfamily Alphaherpesvirinae, family Herpesviridae (14). The virus can be differentiated into subtypes 1.1, 1.2a and 1.2b on the basis of restriction enzyme profiling of genomic DNA (18). Subtype 1.1 is mainly responsible for the respiratory form of the disease whereas 1.2a and 1.2b are associated with the reproductive system. However, BHV-1 subtype 1.1 may also be associated with the reproductive form of the disease and vice versa. Bovine herpesvirus 1.2 subtypes may be less virulent than subtype 1.1. Bovine herpesvirus subtype 1.2a is abortigenic whereas 1.2b is not (9). The virus is distributed worldwide with the exception of few BHV-1 free countries. It has been eradicated from some European countries and parts of Germany. Control programs are being implemented in several other countries such as Germany and Italy (36). Though an infection with BHV-1 does not cause high mortality among the affected animals, the economic loss due to reduced production, impaired work ability, abortion and so on, is enormous.

Bovine herpesvirus 1 replicates to high titres in mucous membranes of the upper respiratory tract and, after genital infection, replication occurs in the mucous membranes of the vagina or prepuce. After initial replication in respiratory, prepuce or vaginal mucosal epithelium, the virus can enter neural cells and remain latent in the trigeminal (respiratory form) or sacral ganglia (reproductive form) probably for the entire life of the host (10, 19). Natural stress such as transportation, pregnancy, inclement weather and artificial stress, such as application of corticosteroids, can induce reactivation of the latent infection and potentially shed the virus intermittently in semen, respiratory or vaginal secretion (6). The virus can be transmitted through infected semen by natural mating and artificial insemination to susceptible cows (8, 23). The achievement and maintenance of BHV-1-free status is the best way to prevent the diseases caused by BHV-1. The World Organisation for Animal Health (Office International des Épizooties: OIE) prescribes that, for international trade, sera of animals should be tested for freedom from BHV-1 antibodies by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) or virus neutralisation test (VNT) and semen for absence of BHV-1 by virus isolation or by real time PCR (qPCR).

In India, IBR was first reported in 1976 from Uttar

BHV-1 infection in breeding bulls in India Ravishankar et al.

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modifications. Briefly, 200 μl of each fresh semen sample was diluted in 2 ml FBS and gentamicin was added to it at 500 µg/ml. The suspension was mixed vigorously and left at room temperature for 30 min. The mixture was inoculated into confluent MDBK cell monolayer in a six-well tissue culture plate and the plates were incubated for 1 h at 37°C. The mixture was removed and the monolayer washed twice with 5 ml maintenance medium (DMEM with 2% FBS and 50 µg/ml gentamicin) and 5 ml maintenance medium was added to each well. Known positive control and cell control (without sample) wells were also kept. The plates were observed daily for the appearance of a CPE. If no CPE was present after 7 days, the cultures were frozen and thawed three times, clarified by centrifugation, and the supernatant used to inoculate fresh MDBK monolayers. The samples were considered to be negative, if there was no evidence of a CPE after three passages.

ResultsFifty-six (86.15%) and 9 (47.37%) samples out of the 65 bull and 19 training bull sera tested by VNT were found to have BHV-1 antibodies. The VNT titre of the positive samples ranged from 1:2 to 1:16. In the ELISA test, 63 (96.92%) out of the 65 samples tested were found to be positive for BHV-1 antibodies. Percentage positivity values ranged from 40.83 to 95.96%. Ten (52.63%) of the sera of the 19 training bulls tested were found to be positive and the PP values ranged from 55.70 to 95.19%. The samples that were positive in ELISA were positive also in VNT. The two ELISA negative sera were negative also in VNT. When the relative sensitivity of ELISA with respect to VNT for detection of BHV-1 antibodies was calculated, it was found to be 100%. The relative specificity of detection of ELISA was calculated to be 100% for breeding bulls and 90% for training bulls (Table I). A total of 40 (61.64%) of the 65 semen samples tested were found to be positive for BHV-1 as evidenced by Ct values ranging from 33.74 to 38.58. All the qPCR positive semen samples were tested as positive in ELISA; however, five samples were detected as negative in the VNT. Virus isolation trials could not recover any BHV-1 isolate from the qPCR positive semen samples.

DiscussionBovine herpesvirus 1 causes conditions in bovines that are important from the economic point of view. Some of the characteristics of the virus which make it an important pathogen are:

• its capacity to spread quickly in a herd with a basic reproduction number (R0) of more than 3,

the wells. The plate was further incubated at 37°C for 48 h in a CO2 incubator and read for presence or absence of cytopathic effect (CPE). The end point titre was determined on the basis of the highest dilution of the test serum neutralising 100 TCID50 of virus in 50% of cell culture wells. Any neutralisation by undiluted serum was considered as positive.

Serum samples were also tested for antibodies to BHV-1 by using an indirect ELISA (i-ELISA) kit (Svanovir® IBR-Ab, Svanova Biotech Ab, Uppsala, Sweden) following the protocol supplied by the manufacturer. After the test, the plate was read at 450 nm in ELISA reader. The percentage positivity (PP) was calculated using the formula PP = (OD of test sample/OD of positive control) × 100. Serum samples with a percentage positivity <25 were considered negative and those with a percentage ≥25 were positive. The relative sensitivity and specificity of VNT with respect to ELISA were calculated following the method of MacDiarmid and Hellstrom (13).

A Taqman probe based qPCR was used to detect BHV-1 genomic DNA in the semen samples. The assay detects a 97 bp portion of the highly conserved glycoprotein B gene of BHV-1. The extraction of DNA from the samples and qPCR were carried out as described previously (36). For extraction of DNA from the semen samples, 10 µl of the sample was added to 100 µl of Chelex 100 (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) (10%, w/v, in sterile distilled water), 11.5 µl of 10 mg/ml proteinase K (Sigma), 7.5 µl of 1M DTT (Sigma) and 90 µl sterile distilled water. The sample mixture was mixed gently and incubated at 56°C for 30 min. Following brief vortexing, the sample tube was placed in a boiling water bath for 8 min. The vortexing was repeated and the samples were centrifuged at 10,000 × g for 3 min. The supernatant containing DNA was used directly or stored at -20°C for future use. For use as positive control, DNA from BHV-1 isolate was extracted using SDS-Proteinase K method protocol as described by Sambrook and Russell (27).

A 25 µl qPCR reaction mixture consisted of 12.5  µl of 2X Platinum Quantitative PCR SuperMix-UDG master mixture (Invitrogen, California, USA), 1 µl of each primer (4.5 mM), Taqman probe (3 mM), 4  µl of nuclease free water, 0.5 µl of 1:10 diluted ROX dye and 5 µl of template DNA. Positive control and no template control (NTC) were also included with each run. The cycling was carried out in a Stratagene Mx3005P RT-PCR machine and the cycling parameters were 50°C for 2 min, 95°C for 2  min followed by 45 cycles of 95°C for 15 sec and 60°C for 45 sec. Any sample with a cycle threshold (Ct) value equal or less than 45 was regarded as positive.

Virus isolation from semen was carried out as per the procedure described by the OIE (36) with slight

Ravishankar et al. BHV-1 infection in breeding bulls in India

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similar to that obtained by Deka et al. (5) in India wherein 14  (58.33%) of 24 semen samples were tested positive by conventional PCR. In another study conducted in India, Rana et al. (24) used qPCR to detect BHV-1 in frozen semen batches and reported that 86 (19.5%) of the 439 bull samples tested were positive. This positivity percentage is lower compared to the one obtained in this study and it may be due to a lower number of animals shedding the virus or to the fact that frozen (extended) semen in which virus load becomes diluted was used for testing.

In the present study no isolate could be recovered from any of the semen samples tested. There are contrasting reports on the sensitivity of virus isolation from semen employing cell cultures. Brunner et al. (3) and Drew et al. (8) could detect as little as 5TCID50 in 0.5 ml and 1TCID50 in 0.1 ml of artificially contaminated semen, respectively. Some reports, on the contrary, suggest that virus isolation in cell culture is not sensitive enough to detect BHV-1 that is still infectious for bovines (2, 12). However, many authors have reported the isolation of BHV-1 from semen samples with varying success rates (4, 5, 32, 33). The failure to get any isolates in the present study may be due to the very low concentration of virus in the samples which was further reduced by dilution (1:10) prior to inoculation, inactivation of virus during transport of semen samples to the laboratory, and to the inherent toxicity of bovine semen to cell cultures.

The establishment of a BHV-1 free herd/bull station can be effected by strict quarantine and periodic testing of animals for BHV-1 antibodies. Testing random serum samples (20%) collected one month apart are a safe surveillance system to monitor BHV-1 infection in bull farms (34). In a country like India, where BHV-1 is endemic, it is difficult, although not impossible, to maintain a BHV-1 free herd. However, it should also be borne in mind that seronegative animals have also been shown to excrete the virus in semen (5, 26). Bulls shed BHV-1 virus in the semen intermittently and following natural and artificially induced stress.

• its capacity to remain latent in the nervous system,

• to be reactivate intermittently,

• to shed in semen, and

• be transmitted by natural mating and artificial insemination (34).

Artificial insemination with BHV-1 contaminated semen can result in reduction of conception rates, shortened oestrus cycles and endometritis that leads to huge economic losses as well as reduction in production (31). Abortion caused by BHV-1 infection is observed at 4 - 8 months of gestation (19).

In the present study, it was observed that a very high percentage of breeding bulls (96.92%) were positive for BHV-1 antibodies indicating that they have been exposed to BHV-1. In breeding bulls, 95% seropositivity from Tamil Nadu, 41% from Karnataka, and 32.34% from Punjab have been reported from India (25, 29). Another important finding is that 52.63% of the training bulls were also found to be seropositive and this should be taken seriously as semen will be collected from these bulls in the future. Among the serological tests conducted, VNT could detect a lesser percentage of animals in both groups as positive.

The greater sensitivity of ELISA is due to the fact that ELISA detects both neutralising and non-neutralising antibodies whereas VNT detects only the former (20).

There are many reports of the use of conventional PCR assays for the detection of BHV-1 DNA in bovine semen samples (5, 11, 16, 30, 33, 35, 37). However, qPCR has the advantage to be more sensitive and specific than conventional PCR; besides, results can be visualised in real time as and when the reaction is progressing without the need for post PCR processing. Real time PCRs for the detection of BHV-1 in samples have been reported (1, 7). In the present study, the Taqman based qPCR could detect only 40 (61.54%) out of the 65 semen samples as positive. However, the percentage of seropositive animals was much higher (96.92%). This indicates that not all the seropositive bulls shed virus in the semen at that time. The percentage of positivity is

BHV-1 infection in breeding bulls in India Ravishankar et al.

Table I. Results of virus neutralisation test and enzyme-linked immunosorbent assay for bovine herpesvirus 1 antibodies performed on sera of breeding and training bulls.

Breeding bulls Training bulls

TestVNT

TestVNT

Positive Negative Total Positive Negative TotalELISA Positive 56 7 63 ELISA Positive 9 1 10

Negative 0 2 2 Negative 0 9 9

Total 56 9 65 Total 9 10 19VNT = Virus neutralisation test; ELISA = Enzyme-linked immunosorbent assay.

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detect BHV-1, though ELISA was superior to VNT in this regard. The presence of the virus in semen samples could be detected by a highly sensitive qPCR. However, the virus could not be isolated from the positive samples. Since serological results do not always correlate well with the presence of virus in the semen, and since virus isolation from semen is a laborious process, the only prudent approach to check the spread of BHV-1 through semen would be to test each batch of semen by a sensitive test like qPCR and release batches of semen found negative.

AcknowledgmentsThe authors wish to thank the Director of the Indian Veterinary Research Institute for providing the facilities in which this study was conducted.

Real time PCR has several limitations such as need for sophisticated and expensive laboratory instruments, costly chemicals and reagents, and skilled manpower for carrying out of the test and interpretation of results. However, these drawbacks are negligible as compared to the huge economic losses brought about by the release of batches of infected semen into the susceptible population. Further, the adoption of programs to vaccinate the animals with a suitable potent and efficacious vaccine would definitely reduce the incidence of disease and associated economic losses.

ConclusionsIn the present study breeding bulls were tested for the presence of BHV-1 infection by VNT, ELISA, qPCR and virus isolation. Both the serological tests could

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151

d’Europa (17). L’uso pervasivo di misure di preven-zione della puntura dei flebotomi (es. collari impre-gnati con deltametrina o con imidacloprid-10%/flumethrin-4,5%, formulazioni spot-on contenenti imidacloprid-10%/permethrin-50%) ha dimostrato di essere un efficace mezzo di prevenzione della lei-shmaniosi canina e di riduzione della sua incidenza nelle aree endemiche e iperendemiche (6, 10, 14, 16). Nonostante questo tipo di approccio sia da tem-po ampiamente utilizzato e promosso nei focolai di recente instaurazione al fine di controllare il diffon-dersi del parassita, non ci sono studi di campo che ne abbiano dimostrato l’efficacia.

IntroduzioneLeishmania infantum è un importante ed emergen-te agente patogeno responsabile di zoonosi (17). Il protozoo è l’agente eziologico della leishmaniosi ca-nina e delle forme cutanea e viscerale della leishma-niosi umana nell’area del bacino del Mediterraneo. La leishmaniosi canina è endemica in molte zone delle coste del Mediterraneo con notevoli variazioni di prevalenza (1, 8, 18).

In Italia è stata dimostrata la tendenza della malat-tia a diffondersi verso nord (11) con il forte rischio che focolai emergano in altre parti più settentrionali

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Parole chiaveCane,Italia,Leishmania infantum,Leishmaniosi canina,Prevenzione,Sieroprevalenza.

RiassuntoLa leishmaniosi canina è un’infezione endemica nel bacino del Mediterraneo con una documentata tendenza a diffondersi verso nord. L’uso massiccio di misure di protezione contro i rischi del contatto con i flebotomi (collari e formulazioni spot-on) è stato studiato in un focolaio registrato in una zona collinare dei Colli Euganei in Italia nord-orientale nel 2006. Nel 2006 e 2007 sono stati testati i sieri di 449 cani provenienti dalla stessa zona. Trentuno animali (6,9%) sono risultati positivi al test di immunofluorescenza indiretta (IFI). L’analisi dei fattori di rischio ha chiaramente dimostrato come il focolaio fosse limitato alla località di Calaone, situata nel comune di Baone (PD). Per verificare l’efficacia delle misure preventive adottate, nel 2010, 63 cani di Calaone sono stati campionati e i loro proprietari intervistati. In base alle informazioni rilasciate dai proprietari, la protezione dei cani nei confronti della leishmaniosi ha avuto inizio nel 2006 (66,7% dei cani protetti) crescendo negli anni seguenti (90% dei cani protetti). Il valore di sieroprevalenza (4,2%) della classe di cani di età più giovane (<5 anni) è risultato significativamente minore di quello delle altre classi, dimostrando che gli animali nati dopo il 2006 hanno avuto meno probabilità di infettarsi. Inoltre, i valori di sieroprevalenza riferiti esclusivamente ai cani di Calaone sono risultati del 32,4% (23/71) nel 2006-2007 e 20,6% (13/63) nel 2010, mostrando una tendenza decrescente. I risultati ottenuti mostrano un alto livello di sensibilizzazione dei proprietari dei cani e sembrano evidenziare come l’uso pervasivo di collari e spot-on agisca positivamente nel ridurre l’intensità di circolazione di Leishmania infantum.

1 Dipartimento di Biomedicina Comparata e Alimentazione (BCA), Università degli Studi di Padova,Viale dell’Università 16, 35020 Legnaro (PD), Italia

[email protected] Dipartimento di Medicina Animale, Produzioni e Salute (MAPS), Università degli Studi di Padova,

Viale dell’Università 16, 35020 Legnaro (PD), Italia3 Istituto Zooprofilattico Sperimentale delle Venezie, Viale dell’Università 10, 35020 Legnaro (PD), Italia

4 Unità Sanitaria Locale, ULSS 17, Regione Veneto, via G. Marconi 19, 35043 Monselice (PD), Italia5 Unità Complessa Sanità Animale e Igiene Alimentare, Dorsoduro 3493, 30123 Venezia, Italia

6 Medico Veterinario, Cavalcavia Stati Uniti 14, 35127 Padova, Italia

Rudi Cassini1, Manuela Signorini2, Antonio Frangipane di Regalbono2, Alda Natale3,Fabrizio Montarsi3, Mauro Zanaica4, Michele Brichese5, Giulia Simonato2,

Serena Borgato6, Amira Babiker3, Mario Pietrobelli2

Influenza delle misure preventivesulla prevalenza di leishmaniosi canina

in un focolaio identificato in Nord Italia nel 2006

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cumentate nel 2005 (3), hanno contribuito a far so-spettare che la leishmaniosi stesse circolando nel co-mune di Baone. Il livello di diffusione della parassitosi è stato indagato nel 2006 e nel 2007, quando sono stati analizzati i campioni di sangue prelevati, rispetti-vamente, da 245 e 229 cani (25 soggetti sono stati te-stati entrambi gli anni). I proprietari di cani del comu-ne di Baone e dei comuni collinari limitrofi sono stati invitati a far controllare i propri animali, partecipando alle giornate di campionamento gratuito organizzate a maggio 2006 e giugno 2007. Sin dalla prima giorna-ta i proprietari dei cani sono stati invitati a usare misu-re preventive (collari o spot-on) da giugno a ottobre di ogni anno. Inoltre è stato organizzato un incontro informativo nell’ottobre del 2006 per aumentare la consapevolezza della popolazione locale nei confron-ti della malattia e delle misure di controllo attuabili.

A completamento dello studio, una specifica indagi-ne epidemiologica è stata predisposta nel 2010 per verificare l’efficacia dell’intervento promosso nella località di Calaone, intervistando i proprietari sull’u-tilizzo delle misure di prevenzione della puntura del flebotomo durante gli anni precedenti. In totale sono stati prelevati campioni da 63 cani e intervistati i rispettivi proprietari.

Analisi di laboratorioI campioni di sangue sono stati analizzati utilizzando un test di immunofluorescenza indiretta (IFI) esegui-to secondo le indicazioni OIE riportate nel Manual of Diagnostic Tests and Vaccines for Terrestrial Animals (13). I titoli ≥1:40 sono stati considerati positivi e indicativi di esposizione al parassita, rivelatori del contatto tra soggetto e flebotomo infetto durante la precedente stagione estiva. Quando possibile, è sta-to eseguito un esame citologico su aspirato linfono-dale dei cani risultati positivi all’analisi sierologica, la colorazione è stata eseguita con kit Diff-Quick® (Me-dionDiagnostics International Inc., Miami, FL, USA).

Figura 1. Area di studio. Confini dei comuni coinvolti nello studio (linea bianca spessa) e confini dell’area dei Colli Euganei (linea bianca sottile).

Molti focolai di leishmaniosi canina sono stati de-scritti in Nord Italia a partire dagli anni ‘90 (15). Tra questi, un piccolo focolaio è stato prima sospettato e poi confermato in una piccola località della zona dei Colli Euganei nell’Italia nord-orientale. Questo studio riassume i risultati di cinque anni di attività di sorveglianza del focolaio e presenta i risultati prelimi-nari dell’uso massiccio di misure di prevenzione della puntura dei flebotomi per controllare e, possibilmen-te, eradicare la leishmaniosi canina nella zona.

Materiali e metodi

Area di studioNella prima parte dello studio è stato indagato il li-vello di diffusione di Leishmania infantum nella zona collinare a sud dei Colli Euganei, posta nella parte centrale della regione Veneto, nell’Italia nord-orien-tale (Figura 1). Questa zona presenta caratteristiche climatiche e ambientali peculiari, sostanzialmente differenti da quelle dell’area pianeggiante che la cir-conda. In particolare, i versanti esposti a sud sono caratterizzati da un clima tipicamente mediterraneo.

Nella seconda parte lo studio si è ristretto nella loca-lità di Calaone, Comune di Baone, sempre nella zona a sud dei Colli Euganei (45°14’58’’N-11°39’54’’E). Ca-laone è l’unica frazione del comune che si trova so-pra i 100 m sul livello del mare (s.l.m.), con altitudine media di 223 m s.l.m. (intervallo 74-377 m s.l.m.) e predominante esposizione verso sud. Secondo i dati forniti dai servizi veterinari locali (ULSS 17), la popo-lazione canina, registrata all’anagrafe nel 2010, è ri-sultata costituita da 119 cani con una percentuale di animali non registrati stimata intorno al 5%.

CampionamentoLa segnalazione di un caso autoctono di leishmaniosi canina e la presenza di Phlebotomus perniciosus, do-

Influenza dell’uso di misure preventive sulla prevalenza di leishmaniosi canina Cassini et al.

Figura 2. Amastigoti in un aspirato linfonodale risultato positivo e prelevato da un cane residente nella località di Calaone, comune di Baone (PD).

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o 1:160). Le analisi statistiche sono state eseguite usando PASW Statistic 18 (SPSS Inc.).

Per quanto riguarda i cani monitorati nel 2010 a Cala-one (n=63), le differenze di sieroprevalenza tra classi di età (<5; 5-7; >7anni) sono state valutate usando il test del Chi-quadrato di Pearson. La sieroprevalen-za ottenuta nel 2010 è stata confrontata con il va-lore ottenuto dal dataset del 2006-2007, ma riferito esclusivamente ai cani provenienti da Calaone.

Risultati

Indagine preliminare (anni 2006-2007)Su 449 cani controllati, 31 (6,9%) sono risultati sie-ropositivi (≥1:40). Dei soggetti positivi 29 cani sono risultati provenire dal Comune di Baone, in partico-lare, 24 dalla località di Calaone. Solo per un sog-getto l’anamnesi ha riportato lo spostamento in area endemica.

La maggior parte dei proprietari si è mostrata rilut-tante al prelievo di materiale biologico dal proprio cane mediante aspirato linfonodale. In totale sono stati campionati solo 4 cani, di questi 2 sono risultati positivi (Figura 2). I titoli anticorpali dei due cani po-sitivi erano di 1:320 e 1:160.

I risultati delle analisi univariate sono riportati in Ta-bella I e quelli del modello di regressione logistica

Analisi statisticaL’analisi ha coinvolto 449 cani controllati nel 2006 e nel 2007 (i soggetti prelevati entrambi gli anni sono stati considerati una sola volta). Si è proceduto con un’analisi dei fattori di rischio per valutare le even-tuali differenze di sieroprevalenza tra animali di diverso sesso, con diverso stile di vita (cani da com-pagnia e da caccia/guardia), appartenenti a diverse classi d’età (<5; 5-7; >7 anni), provenienti da diversi comuni (Arquà Petrarca, Baone, Cinto Euganeo) o residenti in zone a diversa altitudine (pianura: sot-to i 100 m s.l.m.; collina: sopra i 100 m s.l.m.). Sono stati anche indagati quali possibili fattori di rischio: l’abitudine a pernottare nell’ambiente esterno, la convivenza con altri cani e lo spostamento in aree endemiche. Le differenze di sieroprevalenza sono state valutate inizialmente utilizzando una statisti-ca di tipo univariato con il test del Chi-quadrato di Pearson o con il test esatto di Fisher, se maggior-mente appropriato. Le analisi statistiche sono sta-te eseguite sia considerando tutti i positivi (soglia ≥1:40), sia considerando positivi solo gli animali con titoli ≥1:160, valori normalmente considerati indicativi di infezione (5). Inoltre, il dataset è stato analizzato anche con statistica multivariata, me-diante un modello di regressione logistica (9), in modo da verificare quali fossero i potenziali fattori di rischio associati alla sieropositività per Leishma-nia infantum nei due diversi valori di cut-off (1:40

Cassini et al. Influenza dell’uso di misure preventive sulla prevalenza di leishmaniosi canina

Tabella I. Valori di sieroprevalenza per Leishmania infantum in relazione ad alcuni dati epidemiologici della popolazione canina (anni 2006-2007).

Fattori di rischio Numeroanimali

Esposizione (1:40 cut-off) Infezione (1:160 cut-off)Positivi Prevalenza (%) Positivi Prevalenza (%)

Comune Arquà Petrarca 48 0 0,0 0 0,0

Baone 242 29 12,0** 20 8,3**

Cinto Euganeo 111 1 0,9 0 0,0

Altitudine Pianura 273 6 2,2 2 0,7

Collina 174 25 14,4** 18 10,3**Pernottamento in ambiente

esterno

No 131 6 4,6 1 0,8

Si 316 25 7,9 19 6,0*

Classi di età (anni) <5 185 12 6,5 9 4,9

5-7 123 10 8,1 5 4,1

>7 133 9 6,8 6 4,5

Sesso Maschi 246 16 6,5 10 4,1

Femmine 199 15 7,5 10 5,0

Stile di vita Cani da compagnia 278 17 6,1 10 3,6

Cani da caccia/guardia 94 9 9,6 6 6,4

Convivenza con altri cani No 208 11 5,3 9 4,3

Si 238 20 8,4 11 4,6

Spostamento in area endemica No 413 30 7,3 20 4,8

Si 32 1 3,1 0 0,0** p<0,01; * p<0,05.

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154 Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 151-156. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.151.156

Tabella II. Risultati dell’analisi multivariata dei fattori di rischio (anni 2006-2007).

Fattore di rischio p value Odds Ratio

95% C.I. per O.R.Inferiore Superiore

Comune di Baone <0,001 8,718 3,181 23,890

Area collinare <0,001 4,225 2,468 7,232Pernottamento

ambiente esternoa 0,026 3,332 1,158 9,592a Considerando solo cani positivi con titolo ≥1:160.

zione di sieroprevalenza tra il 2006-2007 e il 2010 è stata dell’11,8%.

DiscussioneL’indagine condotta sulla popolazione canina nel 2006-2007 ha dimostrato la presenza di un focolaio di leishmaniosi canina in quest’area meridionale dei Colli Euganei. La residenza in un’area collinare e la provenienza dal comune di Baone sono stati iden-tificati come i due più importanti fattori di rischio, confermando la località di Calaone come centro del focolaio. La mancanza di differenze di sieropreva-lenza tra le classi d’età è indicativa di un’infezione di nuova introduzione, quando i soggetti più anziani hanno le stesse probabilità di quelli più giovani di entrare in contatto con il parassita e diventare infet-ti. Il focolaio è stato dunque descritto come limitato all’area di Calaone e di recente instaurazione (2006).

Utilizzando il cut-off 1:160, i cani abituati a pernot-tare all’esterno sono risultati a maggior rischio. Questo risultato suggerisce che anche i cani tenuti in ambienti interni durante la notte possono avere occasionali contatti con i flebotomi infetti, ma la per-manenza all’esterno viene confermata come impor-tante fattore di rischio per lo sviluppo dell’infezione e, conseguentemente, della malattia (4, 12).

I risultati dello studio epidemiologico condotto nel 2010 per valutare la progressione del focolaio sem-brano essere incoraggianti anche se risentono della ridotta numerosità del campione.

I dati sull’impiego delle misure di prevenzione della puntura del flebotomo dimostrano come i proprie-tari dei cani siano stati fortemente sensibilizzati sulla malattia e come gli stessi siano a conoscenza delle corrette misure di controllo dell’infezione.

L’uso diffuso di collari e di spot-on sembra agire in modo positivo, come dimostrano la tendenza de-crescente della sieroprevalenza e il limitato numero di cani sieropositivi tra i soggetti giovani. Infatti, in tre anni, il valore di sieroprevalenza nella località di Calaone si è ridotto di circa un terzo. Inoltre, consi-derando gli animali campionati nel 2010, il valore di sieroprevalenza della classe di età più giovane (fino a 4 anni di età) è risultato significativamente più basso di quello delle altre classi, dimostrando che gli ani-mali nati dopo il 2006 (quando è iniziato l’utilizzo di massa delle misure preventive) hanno avuto meno probabilità di essere esposti al parassita rispetto agli animali più anziani (Figura 3).

Questo focolaio, insieme con i numerosi nuovi fo-colai di leishmaniosi canina segnalati nel Nord Ita-lia (11, 14), conferma l’espansione dell’infezione da Leishmania infantum in questa parte del paese, che a ragione deve essere considerata endemica, alme-no in buona parte delle proprie aree collinari a clima

in Tabella II. I cani residenti in area collinare, quelli provenienti dal comune di Baone e quelli tenuti a pernottare nell’ambiente esterno hanno mostrato una maggiore probabilità di entrare in contatto con i flebotomi infetti.

Indagine epidemiologica a Calaone (anno 2010)I proprietari dei cani intervistati nell’indagine del 2010 hanno riferito che l’utilizzo di collari e di spot-on efficaci contro i flebotomi aveva avuto inizio nel 2006. Nel primo anno il 66,7% (30/45) dei cani è risultato dotato di misure preventive. Tale percentuale è aumentata negli anni seguenti: 90,0% (45/50) nel 2007, 91,1% (51/56) nel 2008 e 88,9% (56/63) nel 2009.

Nel 2010, su 63 cani campionati, 13 (20,6%) sono risultati positivi. La Figura 3 mostra la differenza dei valori di sieroprevalenza tra le classi d’età. La classe <5 anni presenta un valore (4,2%) significati-vamente minore (p<0,05) delle altre due classi. Nel 2006-2007, dei 449 soggetti campionati, 71  sono risultati provenienti dalla località di Calaone, di questi 23 (32,4%) sono risultati positivi al test IFI, almeno ad uno dei due campionamenti. La ridu-

1/24 (4,2%)

8/25 (32,0%)

4/14 (28,6%)

0

5

10

15

20

25

30

35

<5 5-7 >7

Sier

opre

vale

nza

(%)

Classi di età (anni)

Figura 3. Valori di sieroprevalenza per Leishmania infantum nella popolazione canina in relazione alle classi di età (anno 2010).

Influenza dell’uso di misure preventive sulla prevalenza di leishmaniosi canina Cassini et al.

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mo, è stato messo in atto con successo per arrestare la diffusione del parassita, riducendo la sieropreva-lenza nei cani dell’area. I risultati ottenuti conferma-no che il monitoraggio attivo della leishmaniosi ca-nina è un utile mezzo per allertare i servizi di sanità pubblica e che ogni azione finalizzata a prevenire il diffondersi della malattia nel cane contribuisce a di-minuire il rischio per la popolazione umana.

RingraziamentiSi ringraziano per la collaborazione il personale del comune di Baone e i medici veterinari liberi profes-sionisti del territorio.

FinanziamentiQuesto studio è stato supportato da un Progetto di Ateneo dell’Università degli Studi di Padova (Codice progetto CPDA083110) e dalla Regione Veneto.

Mediterraneo. In letteratura, solo un caso di leishma-niosi umana è stato documentato in Italia nord-orientale (7), ma la presenza di casi sub-clinici e la sottostima di casi di leishmaniosi umana nei report ufficiali potrebbero contribuire a non far emergere una più rilevante circolazione del parassita all’inter-no della popolazione umana, come riscontrato in Italia nord-occidentale (2). La presenza di aree con elevata prevalenza del parassita all’interno della po-polazione canina e la sempre maggiore diffusione geografica suggeriscono un aumento del rischio per la popolazione umana nel prossimo futuro.

ConclusioniLo studio descrive l’identificazione di un focolaio di leishmaniosi canina in una piccola località di una zona collinare del Nord Italia, in precedenza consi-derata indenne dal parassita. Un tempestivo inter-vento, finalizzato a promuovere l’utilizzo di misure di prevenzione nei confronti della puntura del fleboto-

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157

shown to be one of the most effective systems in preventing CanL in dogs and reducing its incidence in endemic and hyper-endemic areas (6, 10, 14, 16). Although this approach has been extensively promoted also in newly established foci to control the spread of the parasite, no field studies have documented its effectiveness so far.

Many new autochthonous foci of CanL in northern Italy have been described since the 90s (15). Among these, a small focus was first suspected and then confirmed in a small village in the southern part of Colli Euganei, an isolated hilly area in the central part of the Veneto Region, north-eastern Italy. This study summarizes a 5-year surveillance activity and presents the preliminary results of a mass use of

IntroductionLeishmania infantum is considered an important and emerging zoonotic pathogen (17). It is the etiologic agent of Canine Leishmaniosis (CanL) and of cutaneous and visceral zoonotic Human Leishmaniasis (HumL) in Mediterranean areas. Canine Leishmaniosis is endemic along the Mediterranean coast, where its prevalence varies widely (1, 8, 18).

A northward spread of CanL in Italy is well documented (11) and there is a high risk of emergence in other parts of Europe further north (17). The massive use of sandfly bite preventive measures (e.g. deltamethrin- and imidacloprid 10%/flumethrin 4.5%-impregnated collars, and imidacloprid 10%/permethrin 50% in spot-on formulation) has been

Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 157-161. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.157.161

KeywordsCanine Leishmaniosis,Dog,Italy,Leishmania infantum,Preventive measures,Seroprevalence.

SummaryCanine Leishmaniosis is endemic in Mediterranean areas, with a well-documented northward spread. The mass use of preventive measures against sandfly bites (collar and spot-on formulations) was tested in a small focus recently established in an isolated hilly area of north-eastern Italy (Colli Euganei). In 2006 and 2007, a total of 449 dogs living in the southern part of Colli Euganei were screened against Leishmania infantum using an immunofluorescence antibody test (IFAT), and 31 (6.9%) were seropositive. A risk factor analysis clearly described the focus as limited to a small village named Calaone. In 2010, 63 animals from Calaone were sampled and their owners interviewed to verify the effectiveness of the preventive measures. According to what reported by owners, dogs started to be protected in 2006 (66.7% dogs protected), and protection rate incremented (around 90%) during the subsequent years. The seroprevalence value (4.2%) of the youngest age class (<5 years) was significantly lower than other classes, demonstrating that animals born after 2006 had low probabilities of getting infected. Besides, seroprevalence value referred only to dogs living in Calaone was 32.4% (23/71) in 2006-2007 and 20.6% (13/63) in 2010, showing a decreasing trend. Although still preliminary, the results show high sensitization of dog owners and suggest that the mass use of collars and spot-on acts positively in reducing the circulation of L. infantum.

1 Department of Comparative Biomedicine and Food Science, University of Padova,Viale dell’Università 16, 35020 Legnaro (PD), Italy

[email protected] Department of Animal Medicine, Production and Health, University of Padova,

Viale dell’Università 16, 35020 Legnaro (PD), Italy3 Istituto Zooprofilattico Sperimentale delle Venezie, Viale dell’Università 10, 35020 Legnaro (PD), Italy

4 Local Health Unit, ULSS 17, Veneto Region, via G. Marconi 19, 35043 Monselice (PD), Italy5 Veneto Region, Animal Health Unit, Dorsoduro 3493, 30123 Venezia, Italy

6 Veterinary practitioner, Cavalcavia Stati Uniti 14, 35127 Padova, Italy

Rudi Cassini1, Manuela Signorini2, Antonio Frangipane di Regalbono2, Alda Natale3,Fabrizio Montarsi3, Mauro Zanaica4, Michele Brichese5, Giulia Simonato2,

Serena Borgato6, Amira Babiker3 & Mario Pietrobelli2

Preliminary study of the effects of preventive measures on the prevalence of Canine Leishmaniosis

in a recently established focus in northern Italy

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158 Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 157-161. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.157.161

2006 campaign, dog owners had been invited to use preventive measures (collars or spot-on formulation) during the June-October period. Furthermore, an informative meeting was organized in October 2006 in Baone, aimed at increasing the public awareness of the disease and its prevention.

A new specific epidemiological survey, including queries about dog owners’ use of preventive measures, was designed in 2010 to verify the effectiveness of the intervention promoted in Calaone village. A total of 63 animals were sampled and their owners interviewed on the use of preventive measures against sandfly bites during the previous years.

Laboratory analysesBlood samples were analysed using an immunofluorescence antibody test (IFAT) according to OIE Manual of Diagnostic Tests and Vaccines for Terrestrial Animals (13). Immunofluorescence antibody test serum titres ≥1:40 were considered positive and indicative of CanL exposure, i.e. a contact with an infected vector in the previous summer season. Whenever possible, aspirates from lymph nodes were collected from dogs positive at serological analysis, and cytological smears were stained using Diff-Quick® kit (Medion Diagnostics International Inc., Miami, FL, USA).

Statistical analysesConsidering all dogs sampled in 2006 and 2007 (n  =  449; dogs tested both years were considered only once), a risk-factor analysis was performed to evaluate seroprevalence differences among sex, life style (companion animals; hunting dogs/watchdogs), age class (<5; 5-7; >7 years), municipality of origin (Arquà Petrarca; Baone; Cinto Euganeo), and altitude (plain: under 100  m  a.s.l.; hill: above

Figure 1. Study area. Boundaries of municipalities involved in the study (thick white lines) and of Colli Euganei area (thin white lines).

sandfly bite preventive measures in controlling, and possibly eradicating, CanL from the area.

Material and methods

Study areaThe first part of the study investigated the diffusion of L. infantum in southern Colli Euganei (Figure 1). The area presents unique climatic and environmental characteristics, which substantially differ from the surrounding plain. In particular, southern slopes are characterized by a Mediterranean climate.

The second part of the study was limited to Calaone, which is a small village located in Baone municipality, southern part of Colli Euganei (45°14’58’’N-11°39’54’’E). Calaone is the only village of the municipality located mostly 100 m above sea level (a.s.l.), with an average altitude of 223 m a.s.l. (range 74-377 m a.s.l.), and a predominant southern exposition. According to the local veterinary service office (ULSS 17) the registered Calaone dog population in 2010 consisted of 119 animals, with an estimated 5% of unregistered dogs.

Field samplingThe first suspicion of the presence of L. infantum in the area was based on the report of one autochthonous case of CanL and on the presence of Phlebotomus perniciosus in Calaone village, documented in 2005 (3). The spread of CanL in the southern area of Colli Euganei was assessed in 2006 and 2007, when 245 and 229 dogs, respectively, were screened by serological tests (25 dogs were tested both years). Dog owners in Baone and surrounding hilly municipalities were invited to test their animals during a one-day sampling campaign organized on a free basis in the late May 2006 and in June 2007. Since the first

Effects of preventive measures on canine leishmaniosis Cassini et al.

Figure 2. Amastigotes in a positive lymph node aspirate collected from a dog living in Calaone stained using Diff-Quick® kit.

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159Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 157-161. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.157.161

in Calaone village. Only one animal had history of travelling to an endemic area.

Most of the dog owners were not willing to let their dogs being checked by means of lymph nodes aspirates. Thus, only 4 dogs were sampled and 2 resulted positive, respectively with 1:320 and 1:160 titres at IFAT (Figure 2).

The results of univariate analysis are presented in Table I, whereas logistic regression model results are shown in Table II. Dogs living in hilly areas and particularly in Baone municipality and kept outside at night showed higher probability to be exposed to an infected sandfly bite.

Epidemiological investigation in Calaone (year 2010)Dog owners interviewed during the 2010 campaign reported that they had started using collars or spot-on formulations or both since 2006. At the beginning 66.7% (30/45) dogs resulted to be protected from sandfly bites. The percentage increased in subsequent years: 90.0% (45/50) in 2007, 91.1% (51/56) in 2008, and 88.9% (56/63) in 2009.

In 2010, 13 (20.6%) dogs, out of 63 investigated, resulted positive. Figure 3 shows the differences in age class seroprevalence values in 2010. The <5 age class presents a value (4.2%) significantly lower

100  m  a.s.l.). Sleeping outside at night, living with other dogs, and travelling to endemic areas were also investigated as possible risk factors. Differences in seroprevalence were first evaluated using univariate statistic, specifically Pearson’s Chi-squared test or, when appropriate, Fisher’s exact test. Statistical analyses were also performed considering positive animals with titres ≥1:160, which is indicative of CanL infection (5). Moreover, the dataset of dogs was analysed by means of multivariate logistic regression model (9) to evaluate potential risk factors associated with L. infantum seroprevalence at different cut-off (1:40 or 1:160). Statistical analysis was performed using PASW Statistic 18 (SPSS Inc.).

Differences in seroprevalence among age classes (<5; 5-7; >7 years) of the dogs sampled in 2010 in Calaone village (n  =  63) were evaluated using Pearson’s Chi-squared test. Seroprevalence obtained in 2010 was compared to the values referred only to Calaone dogs and obtained from the dataset of 2006-2007 samples.

Results

Preliminary survey (years 2006-2007)A total of 31 (6.9%) out of the 449 dogs tested were seropositive (≥1:40). Nearly all positive dogs (n = 29) were from Baone municipality, and 24 lived

Cassini et al. Effects of preventive measures on canine leishmaniosis

Table I. L. infantum seroprevalence based on epidemiological data and significant statistical differences (years 2006-2007).

Factor NExposure (1:40 cut-off) Infection (1:160 cut-off)

Pos Prev (%) Pos Prev (%)Municipality Arquà Petrarca 48 0 0.0 0 0.0

Baone 242 29 12.0** 20 8.3**

Cinto Euganeo 111 1 0.9 0 0.0

Altitude Plain 273 6 2.2 2 0.7

Hill 174 25 14.4** 18 10.3**

Night outdoor No 131 6 4.6 1 0.8

Yes 316 25 7.9 19 6.0*

Age class (years) <5 185 12 6.5 9 4.9

5-7 123 10 8.1 5 4.1

>7 133 9 6.8 6 4.5

Sex Male 246 16 6.5 10 4.1

Female 199 15 7.5 10 5.0

Life style Companion animals 278 17 6.1 10 3.6

Hunting dogs/watchdogs 94 9 9.6 6 6.4

Living with other dogs No 208 11 5.3 9 4.3

Yes 238 20 8.4 11 4.6

Travels to endemic areas No 413 30 7.3 20 4.8

Yes 32 1 3.1 0 0.0** p<0.01; * p<0.05.

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160 Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 157-161. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.157.161

Table II. Results of multivariate risk-factor analysis (years 2006-2007).

Factor P value Odds Ratio95% C.I. for O.R.Lower Upper

Baone municipality <0.001 8.718 3.181 23.890

Hilly area <0.001 4.225 2.468 7.232

Night outdoora 0.026 3.332 1.158 9.592a Only dogs positive at IFAT >1:160.

conducted in 2010 to evaluate focus progression are still preliminary and affected by the limited size of the dog population sampled, they are encouraging.

Data on the use of sandfly bite preventive measures suggest that dog owners have been highly sensitized to the disease and are aware of the appropriate measures to control the infection.

The mass use of collars and spot-on products seems to act positively, considering the decreasing trend of the seroprevalence and the reduced number of seropositive dogs among young animals. In fact, seroprevalence in Calaone was reduced by one third in about three years. Furthermore, considering only animals sampled in 2010, the seroprevalence value of the youngest age class (up to 4 years old) is significantly lower than other classes, demonstrating that animals born after 2006, when the mass use of preventive measures started in the village, had clearly lower probabilities of being exposed to the parasite than older animals (Figure 3).

This focus, along with the numerous new foci of CanL detected in northern Italy (11, 14), confirm the expansion of L. infantum infection in this part of the country, which must now be considered endemic, at least in most of its hilly areas with Mediterranean climate. At present, only one autochthonous case of HumL has been documented in north-eastern Italy (7), but subclinical cases and the underestimation of HumL cases in official reports can conceal a higher circulation of the parasite in the human population, as it has been found in north-western Italy (2). The presence of areas with high prevalence and the geographic spread of the parasite among dog populations suggest that the risk to the human population may increase in the near future.

ConclusionsThe study describes the identification of a new autochthonous focus of CanL in a small village of a hilly area of northern Italy, previously considered free from the parasite. A prompt intervention to promote the use of sandfly bite preventive measures was implemented to stop the spread of the parasite and showed to be able to reduce the seroprevalence among dogs in the area. The results confirm that active CanL monitoring is a useful tool in alerting and preparing public health services, and that any action aimed at preventing the spread of CanL also contributes to lowering the risk for the human population.

AcknowledgmentsWe thank Baone municipality personnel and private veterinary practitioners of the area for the collaboration.

(p < 0.05) than other classes. In 2006-2007, 71 dogs out of the 449 sampled were from Calaone village, and 23 (32.4%) of these resulted positive at IFAT, at least at one sampling. The reduction of prevalence between 2006-2007 and 2010 was 11.8%.

DiscussionThe screening of dogs in 2006-2007 clearly demonstrated that a CanL focus has established in the southern part of Colli Euganei area. Provenances from a hilly area and from Baone municipality were identified as the two major risk factors, so confirming Calaone village as the centre of the focus. The lack of differences in seroprevalence values among age classes is indicative of a newly established infection in which old dogs have the same probability of getting infected as young animals. The CanL focus was therefore described as limited to Calaone village and recently established.

Dogs spending the night outdoor resulted at higher risk when using the 1:160 cut-off. This result suggests that also dogs kept inside during the night may have occasional contacts with infected sandflies, but sleeping outside is confirmed to be an important risk factor for the development of the infection and consequently of the disease (4, 12).

Although the results of the epidemiological study

1/24 (4.2%)

8/25 (32.0%)

4/14 (28.6%)

0

5

10

15

20

25

30

35

<5 5-7 >7

Sero

prev

alen

ce (%

)

Age classes (years)

Figure 3. Seroprevalence for L. infantum in different age classes (year 2010).

Effects of preventive measures on canine leishmaniosis Cassini et al.

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161Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 157-161. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.157.161

Grant supportThis study was supported by a grant from the University of Padua (Project code CPDA083110) and by the Veneto Region.

Cassini et al. Effects of preventive measures on canine leishmaniosis

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Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 163-168. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.163.168

Parole chiaveAborto,Capra,Coxiella burnetii,Febbre Q,Iran,Pecora,Sieroprevalenza.

RiassuntoL’articolo descrive i risultati di uno studio condotto in Iran tra Marzo 2011 e Aprile 2012 per valutare la sieroprevalenza di infezioni da Coxiella burnetii in pecore e capre con anamnesi di aborto. Lo studio si è basato su un campionamento casuale effettuato su 43 greggi di pecore e capre in quattro province dell’Iran: Mashhad (zona nordorientale), Esfahan (zona centrale), Arak (zona occidentale) e Shiraz (zona sudorientale). Sono stati utilizzati 1.100 campioni prelevati da pecore e 180 prelevati da capre. Per identificare gli anticorpi specifici per Coxiella burnetii è stato impiegato il test CHEKIT Q Fever ELISA. I risultati hanno mostrato la sieroprevalenza totale del microrganismo nel 19,5% delle pecore e nel 27,2% delle capre, differenza che è risultata statisticamente significativa (P<0,05). Nella zona centrale dell’Iran sono stati rilevati valori di sieroprevalenza più elevati nelle capre (40,8%), nella zona nordorientale valori più bassi nelle pecore (12,8%) e nella zona occidentale non sono stati evidenziati anticorpi Coxiella burnetii nelle capre. La presenza di un maggior numero di animali affetti da febbre Q nella zona centrale dell’Iran può essere ricondotta al persistere nell’area di condizioni favorevoli alla diffusione del microrganismo come siccità e tempeste di polvere, queste ultime provenienti da Iraq e Kuwait (paesi confinanti). I risultati dello studio hanno mostrato che in greggi di pecore e capre con anamnesi di aborto esiste una prevalenza relativamente alta di febbre Q, il cui agente eziologico potrebbe essere responsabile del considerevole numero di aborti riscontrati.

Sieroprevalenza di Febbre Q in greggi di pecore e caprecon anamnesi di aborto in Iran tra il 2011 e il 2012

KeywordsAbortion,Coxiella burnetii,Goat,Iran,Seroprevalence,Sheep,Q fever.

SummaryThe purpose of this study was to estimate the seroprevalence of Coxiella burnetii infection in sheep and goat flocks with a history of abortion in different areas of Iran. One thousand and one hundred ovine and 180 caprine samples from 43 sheep and goat flocks in four counties located in the Northeast (Mashhad), Central (Isfahan), Western (Arak), and Southwest (Shiraz) Iran were collected randomly between March 2011 and April 2012. The CHEKIT Q fever ELISA kit was used to identify specific antibodies against C. burnetii in sheep and goats. The results showed that the overall seroprevalence of C. burnetii in sheep and goats was 19.5% and 27.2%, respectively. There was a significant difference in seropositivity between sheep and goats (P<0.05). Central Iran significantly had the highest prevalence among the studied areas, especially in goat coxiellosis (23.8% and 40.8% in sheep and goats, respectively). The lowest prevalence in sheep was 12.8% in Northeast Iran while in Western Iran C. burnetii antibodies were absent in goats. The higher prevalence of Q fever in Central Iran may be partly due to persistent favourable conditions to spread C. burnetii in this area including drought and dust storms that originated from neighbouring Iraq and Kuwait. In conclusion, the present study demonstrated the relatively high prevalence of Q fever in sheep and goat flocks with a history of abortion. Therefore, Q fever could be responsible for considerable numbers of ovine and caprine abortions in Iran.

1 Department of Clinical Sciences, School of Veterinary Medicine, Shiraz University, Shiraz, 71345, Iran2 Department of Pathobiology, School of Veterinary Medicine,

Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, 7616914111, [email protected], [email protected]

Javad Asadi1, Mojtaba Kafi1 & Mohammad Khalili2

Seroprevalence of Q fever in sheep and goat flockswith a history of abortion in Iran

between 2011 and 2012

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164 Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 163-168. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.163.168

animals, and reproductive disorders (1, 18, 39, 41). C. burnetii is commonly shed in the amniotic fluid and placenta of infected animals during parturition, but shedding of the bacterium can also occur via milk, urine, and feces. The only clinical finding in sheep and goats is abortion, particularly in late gestation (11, 31). Abortions during coxiellosis epizootics have been described in goats and sheep (4, 22, 28).

In Iran, the incidence of ovine and caprine abortion is very high, mainly in late gestation without specific clinical signs. Although Brucella species and other causal agents are responsible for a considerable percentage of abortions in Iran, there have also been a significant number of abortions each year with unknown etiology. So far, C. burnetii has not been investigated as plausible agent of these cases in Iran, in addition, recent serological studies have reported the evidence of C. burnetii infection in animals and humans in Kerman, Southeast Iran (16, 17, 36). However, these studies have been conducted with low sample size and limited to this area of the country.

Serological tests are usually used for detection of antibodies against C. burnetii. The most commonly used techniques include ELISA and immunofluorescence assay (IFA). ELISA is preferable to IFA because it is more sensitive (23, 34).

Due to lack of information on the epidemiology and biology of C. burnettii infection, outbreaks of Q fever may occur unnoticeably in humans and animals. Despite the prevalence of Q fever in Iran, only few studies have been conducted on abortions in relation to this disease. Therefore, the present study was undertaken to estimate the prevalence of Q  fever in sheep and goat sera of flocks with a history of abortion in different regions of Iran.

Materials and methods

Sample collectionA total of 1,280 serum samples (1,100 ovine and 180 caprine) was collected from 43 sheep and goat flocks in four counties located in the Northeast (Mashhad), Central (Isfahan), Western (Arak), and Southwest (Shiraz) Iran from April 2011 to March 2012. These four counties were selected on the basis of geographical distribution and local reports of a high occurrence of abortion in both sheep and goats. For each area, information on flock reproductive status (including abortion, fetal death, and newborn animals’ viability) was obtained from the Province Veterinary Department. In all counties except Mashhad, farms with a history of high abortion rate (≥10%) were selected. In the selected farms, about 10–12% of the population of each flock

IntroductionQ fever is a zoonotic disease caused by Coxiella burnetii, an obligate intracellular bacterium (23). The infection has a worldwide distribution with the exception of New Zealand (10). A wide range of hosts is susceptible to infection with C. burnetii including farm animals, pets, wild mammals, arthropods (mainly ticks), birds, as well as humans. C. burnetii coud be maintained in nature following two different cycles: the wild cycle, in which ticks and wild animals are involved, and the domestic cycle, where ruminant and other animal species such as dogs and cats are the main reservoirs (3, 23). However, the link between both proposed cycles is currently poorly understood, especially because the domestic cycle has been considered the main source for human infection (18). The main reservoirs of C. burnetii are domesticated ruminants such as cattle, goats and sheep which are also considered the major source of infection for human beings (2). Transmission of infection to humans occurs mainly through inhalation of contaminated aerosols and, less commonly, ingestion of infected milk and/or raw dairy products (3, 30).

The bacterium has a small gram-negative pleomorphic coccobacilli shape and produces two morphologically distinct cell types that comprise a bi-phasic developmental cycle. A small cell variant (SCV), with its characteristic condensed chromatin, is thought to be an extracellular survival form with enhanced resistance to environmental stressors such as desiccation and heat. When the small cell variant invades the host, it develops into a large cell variant (LCV) that is metabolically and divisionally active. Differentiation of LCV to SCV occurs during the stationary phase of the organism’s growth cycle. It involves changes in surface proteins, but changes in lipopolysaccharide (LPS) have not been studied so far. Originally LCV was thought to produce an endospore that served as a progenitor of the SCV, but this developmental form has since been discounted (23).

C. burnetii is very resistant to heat, drought and disinfectants. Therefore, the organism can survive for long periods in the environment and be transmitted through contaminated aerosols (2). It has been shown that dry and windy conditions play a role in C.  burnetii transmission and are epidemiologic factors in Q fever outbreaks occurring near sheep-rearing areas (6, 33, 40).

The infection is mainly asymptomatic in humans. However, acute forms of the disease can cause clinical signs including a flulike illness, pneumonia, and hepatitis. Endocarditis is the major clinical presentation of chronic Q fever (23, 32). Q fever is often subclinical in animals, however it can lead to abortion, fetal death, delivery of weak newborn

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seropositivity between sheep and goats (p=0.02). The highest prevalence in sheep and goats was 23.8% and 40.8% in Central Iran, respectively. The lowest prevalence in sheep was 12.8% in Northeast Iran while in Western Iran, C. burnetii antibodies were absent in goats (Table I).

All flocks had at least one positive animal. Therefore, the flock-level prevalence of Q fever was 100%. Within-herd seroprevalence ranged from 6.1% to 55.30% in the studied flocks.

DiscussionThe present study demonstrated that the overall seroprevalence of C. burnetii in sheep and goats was 19.5% and 27.2%, respectively. With the exception of Northeast Iran - where farm data were not available, all farms had at least one seropositive animal (farm prevalence 100%). This study demonstrated substantial transmission of C. burnetii within and between sheep and goat flocks in the studied regions.

The prevalence of seropositive animals (sheep or goats) per farm varied between 6.1 and 55.3%. The difference between farms may be partly related to differences in management and hygienic measures. All studies performed in rural areas have shown that poor hygiene could be an exacerbating factor in the spread of C. burnetii (20, 21). The overall high prevalence of C. burnetii infection detected in this study can also be associated with poor sanitary practices in most flocks in Iran including inappropriate disposal of fetal fluids and membranes, aborted fetuses, and use of placentas to feed dogs. The seroprevalence estimates, however, are lower than those found in sheep (29.42%) and goats (65.78%) in Southeast Iran (16, 36).

In this study the Q fever seroprevalence in sheep is comparable to those found in neighbouring countries of Iran. In Turkey serosurveys have demonstrated that seropositivity of C. burnetii infection is 20% in the southern Marmara region (15) and 13.5% in the West Black Sea region (9).

was randomly tested. The number of sampled flocks was 15, 15, and 13 farms in Southwest, Central, and Western Iran, respectively. The flock size ranged from 30 to 500 in Southwest, 50 to 1,120 in Central, and 23 to 400 animals in Western Iran.

In Mashhad, blood samples were randomly obtained immediately before slaughter of sheep and goats at the abattoir of the county. The catchment area of this abattoir includes all counties of Razavi Khorasan province, Northeast Iran.

Animals older than 6 months were included in this study. Blood samples were taken aseptically from the jugular vein using a sterile 10-ml anticoagulant-free vacutainer. Samples were transported to the laboratory in containers with ice and sera were separated immediately by centrifugation of blood at 1,500×g for 10 min at room temperature and were stored at −20 °C until the day of analysis.

ELISA assaySerum samples were tested for Q fever antibodies using the indirect ELISA kit (CHEKIT, IDEXX Laboratories, Switzerland), which was carried out following the protocol recommended by the manufacturer using phase I + II purified antigens of C. burnetii. Sera were prepared at 1:400 dilution, and specific antibodies were measured using a peroxidase-labeled anti ruminant immunoglobulin G conjugate. Results were expressed as a percentage of the optical density reading of the test sample (value), calculated as value = 100× (S−N)/(P−N), where S, N, and P are the OD of the test sample, the negative control, and the positive control, respectively. Sera were considered to be ELISA positive if they had a value of 40% or more, suspect if the value was between 30% and 40%, and negative if the value was <30%. A farm was considered positive if at least one animal on the farm was classified as positive.

Statistical analysisStatistical analyses were performed using SPSS software version 16 (SPSS Inc., Chicago, Ill, USA). A Chi-square test was used to determine the association between prevalence of Q fever antibodies and species of animals. P value < 0.05 was considered statistically significant.

ResultsA total of 1,280 animals from 43 flocks in four different areas in Iran were sampled and tested for the presence of antibodies against C. burnetii. A total of 215 sheep (19.5%; 95% CI: 17-22%) and 49 goats (27.2%; 95% CI: 21-34%) had antibodies specific to C. burnetii. There was a significant difference in

Table I. Seroprevalence of C. burnetii infection in sheep and goats in Southwest, Central, West and Northeast Iran.

AreaSheep Goat

Positive Negative Positive NegativeSouthwest 48 (20.4) 187 (79.6) 16 (21.1) 60 (78.9)

Central 80 (23.8) 256 (76.2) 31 (40.8) 45 (59.2)

West 49 (21.1) 183 (78.9) 0 (0) 15 (100)

Northeast 38 (12.8) 259 (87.2) 2 (15.4) 11 (84.6)

Total 215 (19.5) 885 (80.5) 49 (27.2) 131 (72.8)Numbers in parentheses show the percentage of prevalence in sheep and goat in each area.

Asadi et al. Q fever in sheep and goats in Iran

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windy conditions in the aerosol transmission of C. burnetii has been suggested in several outbreaks (6, 12, 14, 33, 40, 42). Furthermore, an outbreak of Q fever occurred in US soldiers deployed to Iraq in 2005 (8). The disease has recently been reported in countries neighbouring Iran, including Oman (2000), Iraq (2003), Afghanistan (2006), United Arab Emirates (2008), Turkey (2010), and Saudi Arabia (2011) (26).

The higher prevalence of Q fever in Central Iran can be due to climatic conditions favourable to the transmission of the bacterium in this area. In contrast, the lower prevalence in Northeast Iran can be attributed, at least partly, to different conditions including the higher rainfall and lack of the dusts mentioned above. Besides, the most likely way in which animals acquire infection seems to be by inhalation of organisms from infected dusts especially in Central and Southwest Iran.

The samples of this study were taken from flocks with a history of fetal death, delivery of weak offspring and high abortion rate of unknown etiology. The high prevalence of Q fever detected in the samples collected from different regions of Iran suggests a possible important role of C. burnetii as a causal agent of the reproductive failures reported in the flocks of this country. However, further studies, including molecular investigations, are required to determine the precise etiological factor of the abortions.

According to the present status of C. burnetii infection in Iran and persistent favourable conditions to the spreading of the bacterium, more attention is needed to control and prevent Q fever in terms of public health and ovine and caprine abortions.

ConclusionsThe present study demonstrated the relatively high prevalence of Q fever in sheep and goat flocks with a history of abortion in Iran. The results show that goats might play an important role in contaminating the environment and spreading the infection within and between the flocks. Furthermore, the prevalence values found in this study were influenced by geographical location and, possibly, climatic conditions.

Grant supportThis research was funded by Shiraz University, Shahid Bahonar University of Kerman, and The Research Center for Developing New Technologies.

The seroprevalence of C. burnetii infection in sheep populations has been estimated in several other countries such as USA (10%), Spain (21%), Cyprus (18.9%) and Germany (1.3%) (13, 25, 29, 35).

Seroprevalence of C. burnetii has been studied worldwide also in goats. The goat seroprevalence has been reported to be 8.8% in Albania (5) and 6.5% in Northern Greece (27). In Spain, the goat and farm prevalence was 8.7% and 45%, respectively (35), similar to the results for animals tested in Northern Ireland (24). Goat and farm prevalence has been determined to be respectively 21.4% and 43.1% in the Netherland(37) and 13% and 47% in Sardinia (22). A highly different goat prevalence has been observed in Poland, where no C. burnetii IgG phase 2 antibodies were found in 918 goats from 48 herds (7). The results of the present study show a 27.2% overall goat prevalence of C. burnetii, which is relatively high compared to most seroprevalence studies performed in Europe, while it is low compared to the seroprevalence in Southeast Iran (65.7%). However, the data collected show the highest prevalence in goats (40.8%) in Central Iran, which is more comparable to the one found in Southeast Iran. Absence of C. burnetii antibodies in Western Iran could be ascribed to the presence of fewer populations of goats in this area.

The results of the study, as the ones of studies performed in Southeast Iran (16, 36) and the USA (25), show a significantly higher seroprevalence in goats than in sheep. Thus, goats represent a higher risk for environmental contamination and, consequently, for transmission within flocks and between different areas. Goats share a predisposition with dairy cows to be chronically infected (18). Therefore, transmission of C. burnetii to humans from infected goats may be significant in areas where they replace cows as a source of milk.

Central Iran had the highest prevalence (P<0.05) among the studied areas especially in goats (40.8%) followed by Southwest, Western, and Northeast Iran. In recent years, the Central and Southwest regions of Iran have experienced drought associated with lower rainfall and drier lambing season, which predisposes the aerosol transmission of C. burnetii. Concurrently, and especially since 2004, these regions have been experiencing major dust storm events originating from neighbouring Iraq and Kuwait. This event, which is termed ‘the Middle Eastern Dust (MED) event’, can potentially carry different infective agents and transport them over long distances (38). Interestingly Leski et al. (19) have indicated a high prevalence of C. burnetii in breathable dusts from arid regions of Iraq and Kuwait. The role of dry and

Q fever in sheep and goats in Iran Asadi et al.

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169

IntroduzioneI Norovirus appartengono alla famiglia Caliciviridae, microrganismi responsabili di gastroenterite nell’uo-mo. Dotati di spiccata variabilità genetica, questo genere di virus comprende 5 genogruppi (GI-GV) e 31 cluster genetici. In particolare, i genogruppi I, II e IV sono patogeni per l’uomo (4, 11).

La trasmissione può avvenire attraverso il contatto interumano, ma anche per ingestione di acqua o ali-menti contaminati o per contatto diretto con super-fici contaminate (2, 3, 10, 12, 17). I sintomi più comuni sono: nausea, vomito, diarrea, talvolta febbre, mal di testa e dolori articolari. In genere, la sintomatologia compare 12-48 ore dopo l’infezione permanendo fino a un massimo di 60 ore. In bambini e adulti si ri-scontra un elevato tasso di attacco (25), favorito dalla bassa dose infettante e dall’incapacità delle comuni pratiche di pulizia di abbattere la carica virale (8).

La diffusione di Norovirus è talmente elevata da dar luogo alla creazione di modelli matematici specifici per il loro controllo, soprattutto nelle strutture no-socomiali (30). In Italia non esiste un sistema nazio-nale di sorveglianza per le infezioni da Norovirus. Le esigue segnalazioni hanno permesso di evidenziare come il genogruppo più diffuso sia GII con il rela-tivo genotipo GII.4, e le varianti GII.4 2006 a e GII4. 2006 b, come nel resto d’Europa (1, 9, 10, 13, 15, 24).

Le strutture più comunemente coinvolte sono quel-le deputate all’alloggio di persone per lunghi periodi come quelle sanitarie e di assistenza per gli anziani, soprattutto nei mesi invernali (14, 17, 26, 27).

Il presente studio prende in esame una residenza assistita per anziani nella regione Abruzzo, in Italia Centrale, in cui è stato registrato, nel periodo gen-naio-marzo 2009, un focolaio di gastroenterite da Norovirus. Sono stati effettuati controlli igienico-sa-nitari e analisi chimiche e microbiologiche sul siste-ma idrico della struttura, su ospiti e operatori della residenza. Per conoscere le condizioni relative all’in-sorgenza dell’infezione e alla diffusione dell’agente patogeno è stato realizzato ed erogato un questio-nario finalizzato a individuare le abitudini di vita dei soggetti presenti nella residenza.

Materiali e metodi

Struttura della residenza assistita per anzianiLa residenza assistita per anziani è risultata costituita da due stabili separati (A e B) con funzioni diversifi-cate e proprio personale medico e paramedico. L’e-pidemia ha interessato solo lo stabile B.

Nello stabile A (disposto su due piani, ognuno do-

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Parole chiaveItalia,Gastroenterite,Norovirus,Residenza assistita per anziani.

RiassuntoIn una residenza assistita per anziani, nella regione Abruzzo, in Italia Centrale, tra gennaio e marzo 2009, è stato riscontrato un focolaio da Norovirus genotipo GII.4 (variante 2006). Le indagini condotte nella residenza, tipologicamente esposta a infezioni da Norovirus, come riportato con frequenza in letteratura, si sono concentrate sull’individuazione della fonte d’infezione e della via di propagazione del virus. Sono stati effettuati controlli igienico-sanitari e analisi microbiologiche e chimiche sul sistema idrico della struttura, su ospiti e operatori della residenza. Per conoscere le condizioni relative all’insorgenza dell’infezione e alla diffusione dell’agente patogeno è stato realizzato ed erogato un questionario finalizzato a individuare le abitudini di vita dei soggetti presenti nella residenza.

1 Istituto Zooprofilattico Sperimentale dell’Abruzzo e del Molise “G. Caporale”, Campo Boario, 64100 Teramo, [email protected]

2 Casa di riposo “G. De Benedictis”, Viale F. Crispi 245, 64100 Teramo, Italia

Elisabetta Di Giannatale1, Alessandra Alessiani1, Francesca Sauro1, Francesco Sbraccia2, Giuseppe Croce2, Antonella Nissim2, Alessandra Carnevale2, Giacomo Migliorati1

Studio epidemiologico di un focolaio da Norovirus rilevato nel 2009 in una residenza assistita per

anziani in Italia Centrale

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170 Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 169-174. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.175.180

Focolaio da Norovirus in una residenza assistita per anziani Di Giannatale et al.

Salmonella spp., Escherichia coli O157, Shigella spp., Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolitica, Noro-virus e Rotavirus.

La ricerca di Campylobacter è stata effettuata me-diante semina diretta su agar m-CCDA (Biolife, Mi-lano, Italia) e agar Karmali (Biolife), incubazione a 42°C in microaerofilia. La ricerca di Salmonella spp. è stata condotta secondo la norma ISO 6872:2002, quella di Escherichia coli O157, Shigella spp., Yersinia enterocolitica e Listeria monocytogenes per semina diretta, rispettivamente, su agar MacConkey Mug-sorbitolo (Oxoid, Basingstoke, Union Kingdom), agar Salmonella-Shigella (Biolife), agar CIN (Biolife), agar sangue (BioMerieux, Craponne, Francia). Tutte le col-ture sono state incubate a 37°C per 24 ore.

La ricerca di Rotavirus è stata effettuata mediante me-todo ELISA utilizzando il kit commerciale ProSpect (Oxoid). Quella di Norovirus con RT-PCR impiegan-do il kit commerciale IDEIA Norovirus (IDEIA, Dallas, USA). L’RNA per l’RT-PCR è stato estratto utilizzando il kit commerciale High Pure Viral Nucleic Acid Kit (Ro-che, Milano, Italia). L’amplificazione è stata eseguita con il kit SuperScript™ III Platinum® One-Step Quanti-tative RT-PCR System (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA).

Gli oligonucleotidi e la sonda TaqMan utilizzati per la regione di giunzione ORF1-ORF2 sono riportati nella Tabella 1.

Il profilo termico per la reazione di RT-PCR è stato il seguente: 50°C x 15’ e 94°C x 2’ (retroscrizione), 45 cicli costituiti da 15’ a 95°C (amplificazione) e 30’’ a 60°C (annealing).

L’analisi PCR Real Time è stata eseguita con ABI Pri-sm® 7900 HT Fast RT-PCR. Un’aliquota dei campioni è stata inviata all’Istituto Superiore di Sanità per la conferma del risultato.

Analisi microbiologiche e chimichedelle acqueComplessivamente sono stati prelevati 5 campioni di acqua: 3 campioni di acqua potabile (prelevati dalla cisterna dell’acqua di riserva, dal rubinetto della cu-

tato di refettorio, infermeria, salotto con televisore, telefoni comuni nel corridoio) costituito da 42 ca-mere, doppie e triple, dotate di bagno, sono risultati presenti anziani con gravi problemi di salute e pato-logie senili, alcuni di essi con difficoltà di movimento e necessità di assistenza continua.

Nello stabile B (disposto su due piani, ognuno dota-to di soggiorno con televisore) costituito da 76 ca-mere singole e 12 camere doppie, tutte con bagno e telefono, sono risultati presenti anziani parzialmente o del tutto autosufficienti, spesso con lievi problemi di salute, alcuni in grado di uscire autonomamente dalla residenza. Dei due piani, il primo, dotato di re-fettorio, è risultato riservato agli anziani parzialmen-te autosufficienti, il secondo a quelli autosufficienti. Al piano terra sono risultati ubicati: refettorio, salo-ne ricreativo, ambulatorio, cappella e, con entrata indipendente, la sede dell’associazione di volonta-riato incaricata del trasporto gratuito degli anziani in ospedale. I servizi medici, paramedici, di catering e pulizia sono risultati assicurati da 29 operatori. In particolare, il lavaggio della biancheria comune è stato realizzato dalla lavanderia interna, quello de-gli indumenti personali sia dagli anziani stessi che da lavanderie esterne. La pulizia dello stabile è stata assicurata da una cooperativa di servizi esterna alla struttura che ha provveduto alla pulizia quotidiana degli ambienti. La ristorazione è stata demandata, in entrambe le strutture, ad uno stesso servizio cate-ring che ha consegnato i pasti tre volte al giorno. Lo stabile B, nel periodo interessato dall’epidemia, ha fatto registrare 62 ospiti.

Indagine epidemiologicaL’indagine epidemiologica è stata condotta con uno studio di coorte coinvolgendo tutti gli ospiti residenti e il personale operante nello stabile B. Un apposito questionario è stato realizzato e distribuito per la raccolta organizzata delle informazioni riguar-danti: dati personali, mansioni, tempo di permanen-za nella struttura, sintomatologia, alimenti consu-mati e visite ricevute. Soggetti interessati da almeno 3 episodi di diarrea o vomito nelle 24 ore sono stati definito come “casi”.

Per l’indagine epidemiologica, i soggetti afferenti alla residenza sono stati divisi in due gruppi: uno co-stituito da 62 ospiti e l’altro da 29 operatori. Al termi-ne, i soggetti intervistati sono stati 54, di cui 46 ospiti e 8 operatori.

Analisi microbiologica delle feciSono stati esaminati 13 campioni di feci di altrettanti soggetti con sintomatologia gastroenterica recente o in atto al momento dell’intervista. I campioni sono stati analizzati per ricerca di: Campylobacter  spp.,

Tabella I. Sequenze oligonucleotidiche e sonda TaqMan per la regione di giunzione ORF1-ORF2 dei Norovirus GI e GII.

Norovirus GINV1LCpr-probe: 6-FAM–5’-TGG ACA GGA GAY CGC RAT CT–3’-TAMRA

ON1F4: 5’-CGC TGG ATG CGN TTC CAT-3’

NV1LCR: 5’-CCT TAG ACG CCA TCA TCA TTT CC -3’

Norovirus GIIQN1FS- probe: VIC-5’-AGC ACG TGG GAG GGC GAT CG -3’-TAMRA

QN1F2d: 5’- ATG TTC AGR TGG ATG GAG RTT CTC WGA -3’

COG2R: 5’- TCG ACG CCA TCT TCA TTC ACA -3’

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171Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 169-174. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.175.180

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come indicato dalle linee guida internazionali per la prevenzione delle gastroenteriti virali negli ospe-dali (2,  3). È stato organizzato un incontro con gli operatori della struttura in cui sono state ribadite le norme igieniche e richiamato il corretto utilizzo dei mezzi di protezione individuale. I soggetti coinvolti nell’epidemia sono stati invitati a una più accurata igiene personale, a rimanere nelle proprie camere e, nel caso degli operatori, ad astenersi dal lavoro per almeno 48 ore dopo la scomparsa dei sintomi.

RisultatiAl questionario hanno risposto 62 ospiti e 8 opera-tori. In realtà è stato possibile raccogliere informa-zioni utili solo da 54 intervistati (59% dei soggetti af-ferenti alla residenza), fra cui 46 ospiti e 8 operatori. L’indagine ha permesso di evidenziare tra gli intervi-stati quelli che hanno dichiarato di aver manifestato la sintomatologia gastroenterica nel periodo 1 gen-naio-17 marzo 2009 (Figura 1). Degli intervistati 8 soggetti, 6 ospiti e 2 operatori della residenza, sono rientrati nella classificazione di “caso”. In particolare, 4 ospiti e 2 operatori hanno riferito episodi febbrili. Dei soggetti intervistati, indipendentemente dalla definizione di “caso”, 7 individui sono risultati posi-tivi a Norovirus. Fra questi, 4 soggetti hanno riferito di aver avuto episodi di vomito nel locale adibito a refettorio.

L’esame batteriologico per la ricerca di batteri enterici è risultata negativa per tutti i 13 campioni esaminati.

La ricerca virologica ha interessato 12 campioni di feci, un campione non è stato esaminato poiché quantitativamente insufficiente. Per Norovirus sono

cina in uso all’associazione di volontariato e dal di-stributore automatico presente nella sala ricreativa) e 2 campioni di acqua non potabile (prelevati dall’im-pianto antincendio e dall’impianto frigorifero).

I campioni sono stati analizzati per la ricerca di Escherichia coli e Coliformi (ISO 308-1:2000), Pseu-domonas aeruginosa (ISO 16266:2006), Enterococchi (ISO 7899-2:2000), Carica batterica totale a 37°C e 21°C (ISO 8199:2005), Clostridium perfringens (6).

Per la ricerca di virus, i campioni di acqua sono stati concentrati utilizzando filtri PrepScaleTM TFF Cardri-ge (Millipore, Milano, Italia). In seguito, i campioni sono stati decontaminati e ulteriormente concen-trati per ultrafiltrazione con Centricon plus 20 (Mil-lipore). Ai concentrati ottenuti sono stati applicati gli stessi metodi utilizzati per la ricerca dei virus nelle feci.

Il cloro residuo è stato determinato con metodo cro-mogeno utilizzando il kit Aquaquant® Cloruro (Mer-ck, Milano, Italia). I solidi sospesi sono stati rilevati filtrando un litro d’acqua con sistema a membrana da 0,45 µm e determinati per via gravimetrica dopo essiccamento a 103-105°C.

Misure sanitarieÈ stata effettuata un’accurata disinfezione di tutti gli ambienti comuni e riservati, comprese le suppellettili.

La disinfezione delle superfici è stata effettuata per contatto con soluzione di Virkon® all’1% (DuPont, Subdory, UK), quella di utensili e oggetti per immer-sione nella stessa soluzione per almeno 10 minuti. Stoviglie e biancheria sono state lavate con ipo-clorito 1.000 ppm a temperature superiori a 60°C,

0

1

2

3

4

5

6

1/1 26/1 19/2 20/2 23/2 25/2 28/2 1/3 2/3 3/3 4/3 5/3 6/3 8/3 9/3 12/3 17/3

Num

ero

di p

erso

ne

Data dell’infezione

Operatori

Ospiti

Figura 1. Numero di soggetti intervistati con sintomatologia gastroenterica nel periodo 1 gennaio - 17 marzo 2009.

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172 Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 169-174. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.175.180

Focolaio da Norovirus in una residenza assistita per anziani Di Giannatale et al.

demico osservato. L’acqua del distributore e l’acqua di riserva hanno mostrato un’alta carica batterica, ma non batteri o virus enterici.

Il servizio di catering comune ai pazienti dei due sta-bili e il coinvolgimento solo di persone dello stabile B hanno evidenziato l’estraneità degli alimenti all’e-pisodio epidemico.

Il ridotto numero di campioni di feci su cui è stato possibile effettuare le ricerche microbiologiche, purtroppo, ha limitato i dati oggettivi a disposizio-ne dell’indagine. Infatti, rispetto al numero di indivi-dui apparentemente coinvolti, i campioni sono stati numericamente esigui per l’incapacità dei soggetti e la scarsa collaborazione del personale, preposto al loro sostegno, a effettuare il prelievo. La relativa non comparabilità dei risultati ottenuti con ELISA e RT-PCR è da associare alla differente sensibilità delle due metodiche (5, 28, 29).

La presenza del menù stabilito dal servizio catering, con cadenza quindicinale, ha permesso di valutare e conseguentemente scartare anche il possibile coin-volgimento di alimenti nell’epidemia, favorendo l’i-potesi dell’esclusiva diffusione del virus per contagio interumano. Ipotesi avvalorata da quanto riportato nel questionario dal primo ospite ad aver accusato la sintomatologia, il quale ha riferito l’abitudine di non uscire dalla residenza.

La condivisione delle aree comuni da parte dei sog-getti autosufficienti ha assunto, di conseguenza, rilevanza fondamentale nella diffusione epidemica della gastroenterite.

In seguito ai casi di gastroenterite registrati nella residenza, a scopo profilattico, sono state adottate norme igieniche più rigorose che hanno permesso l’interruzione della trasmissione virale. Questa eve-nienza suggerisce come l’isolamento dei soggetti malati fino a 48 ore dopo la scomparsa di sintomi e il contemporaneo uso di disinfettanti adeguati siano l’unica soluzione per arginare questo tipo di focolaio (3, 4).

risultati positivi 5 campioni (41,7%) con metodo ELISA e 8 (66,6%) con metodo RT-PCR. I campioni positivi alla RT-PCR sono risultati del genotipo GII4 variante 2006. Un campione è risultato positivo per Rotavirus.

Per quanto riguarda le analisi delle acque, quelle prelevate dall’impianto frigorifero, dalla cisterna e dal distributore posto nella sala ricreativa hanno fatto riscontrare una carica batterica elevata. Non è stata rilevata la contaminazione da Norovirus.

La presenza di solidi sospesi è stata rilevata nell’ac-qua dell’impianto frigorifero e della cisterna, il clo-ro residuo in quella dell’impianto antincendio e in quella erogata in cucina.

I risultati degli esami microbiologici e chimici effet-tuati sulle acque sono riportati nella Tabella 2.

DiscussioneIn base ai primi rilievi effettuati, la natura virale del focolaio gastroenterico è stata sospettata in antece-denza alla conferma ottenuta con i test microbiolo-gici, in quanto la sintomatologia è risultata coerente con la descrizione di focolai da Norovirus effettuata da Kaplan: periodo di incubazione di 24-48 ore, epi-sodi di vomito superiori al 50% dei casi, durata del-la malattia tra 12 e 60 ore, esami colturali negativi per batteri patogeni (8). L’indagine epidemiologica è stata eseguita basandosi sulla fonte d’infezione e sulla sua diffusione, sono state studiate le condi-zioni strutturali della residenza, le relazioni inter-personali sia tra ospiti sia con soggetti esterni alla residenza. In questo tipo di infezione, infatti, il con-tatto interumano ha incidenza molto elevata (7). Il numero di dati ottenuti con il questionario è stato inferiore rispetto a quanto atteso. Contemporanea-mente all’erogazione del questionario si è deciso di verificare lo stato della rete idrica e la sua possibile correlazione con l’infezione. L’esito negativo delle ricerche batteriologiche, virologiche e chimiche ha dimostrato l’estraneità dell’acqua all’episodio epi-

Tabella II. Risultati degli esami batteriologici e chimici delle acque analizzate.

Punt

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Tipo

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°C (C

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ml)

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Solid

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(mg/

l)

Clor

o res

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(mg/

l)

Impianto frigorifero NP 160 160 20 0 3 28 6 A A 1,1 NR (<0,1)

Impianto antincendio NP 0 0 0 0 0 0 0 A A NE 0,1

Cisterna dell’acqua di riserva P >300 >300 20 0 2 50 8 A A 25,1 NR (<0,1)

Cucina P 0 0 0 0 0 0 0 A A NE 0,1

Distributore di acqua P 120 >300 0 0 0 40 0 A A NE NENP = acqua non potabile; P = acqua potabile; NR = non rilevabile; NE = non eseguito; A = assente.

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Di Giannatale et al. Focolaio da Norovirus in una residenza assistita per anziani

e la persistenza della gastroenterite nella residenza abbiano determinato negli ospiti uno stato ansioso depressivo-reattivo, tale da determinare un decadi-mento della qualità di vita.

L’indagine ha permesso di ravvisare la necessità di potenziare la diagnosi differenziale delle forme ga-stroenteriche per attuare misure preventive speci-fiche nei confronti dei differenti agenti eziologici. A riguardo, di notevole ausilio è l’attuazione di un piano d’informazione della popolazione in modo da sensibilizzarla e renderla parte attiva nella limita-zione della diffusione dell’infezione. Purtroppo nel-la residenza indagata, dove l’età media degli ospiti è risultata di circa 80 anni, l’attuazione di un piano di informazione, con la conseguente modifica dei comportamenti a riguardo, è difficilmente attuabile se non per i soli operatori.

ConclusioniI Norovirus rappresentano un importante problema di Sanità Pubblica a causa della loro capacità di pro-durre infezioni umane clinicamente rilevanti in tutti i gruppi di età, a causa dell’alta infettività associata alle diverse vie di trasmissione e all’incapacità di svi-luppare nell’uomo un’immunità duratura.

In Italia, a causa della mancanza di un idoneo si-stema di sorveglianza e di protocolli diagnostici applicati di routine nei laboratori di analisi, uni-tamente alla breve durata della sintomatologia e dell’immunità acquisita, si registra una sottostima dell’effettiva incidenza dell’infezione da Norovirus nella popolazione.

Il presente studio, tramite i rilievi effettuati da psi-chiatra e psicologo, ha evidenziato come la presenza

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IntroductionNoroviruses are micro-organisms of the Caliciviridae family which might be responsible for human gastroenteritis. They feature marked genetic variability, comprising 5 genogroups (GI-GV) and 31  gene clusters. Genogroups I, II and IV are pathogenic for humans (4, 11). Transmission may occur through person-to-person contact, but also following the ingestion of contaminated water or food or by direct contact with contaminated surfaces (2, 3, 10, 12, 17). The most common symptoms are nausea, vomiting and diarrhoea and, sometimes, fever, headache, and joint pains. The symptoms generally appear 12-48 hours after infection, and persist for up to 60 hours. There is a high rate of infection in both children and adults (25), due to the low infecting dose and the inability of common cleaning practices to eliminate the viral load (8).

The incidence of Norovirus is so high that specific mathematical models have been created for its control, especially in hospitals (30). There is no national Norovirus surveillance system in Italy, but the few available reports indicate that the most widespread genogroup in Italy as well as in other European countries is GII, with the related genotypes GII.4, variants GII.4 2006a and GII.4 2006b (1, 9, 10, 13, 15, 24). The main sources of contagion are human-to-human contact and occasional food contamination. The most commonly

affected facilities are those providing long-term accommodation such as hospitals and care homes for the elderly, especially in winter (14, 17, 26, 27).

A Norovirus outbreak was recorded in a care home in the Abruzzo region of Italy from January to March 2009. Microbiological and chemical tests were conducted on stool and water samples to investigate the source of infection. A questionnaire was designed to identify the habits of the subjects who promoted the spread of the virus in order to obtain a retrospective view of the event.

Materials and methods

Structure of the care homeThe care home consisted of two separate buildings (A and B) with diversified functions and their own medical and paramedical personnel. The epidemic affected only building B.

Building A housed elderly people with serious health problems and geriatric disorders, some of whom had impaired movement ability and required continuous care. The two-storey building consisted of 42 double and triple rooms with en suite bathroom. Each storey was provided with a dining room, infirmary, lounge with television and telephones in the corridor.

Building B mainly housed partly and wholly

Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 175-180. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.181.186

KeywordsNursing home (hospice),Gastroenteritis,Italy,Norovirus.

SummaryA Norovirus GII.4 (variant 2006) epidemic occurred in a rest home in the Abruzzo region of Italy between January and March 2009. Rest homes are typologically exposed to Norovirus infections as often reported in the literature. The investigation proposed in this article focused on identifying the source of infection and the route of propagation of the virus in the infected rest home. Microbiological, chemical and hygiene/health investigations were conducted on residents and employees of the home and on its water supply. A questionnaire was designed and distributed to identify the habits of the subjects who promoted the spread of the virus, in order to obtain a retrospective view of the event.

1 Istituto Zooprofilattico Sperimentale dell’Abruzzo e del Molise ‘G. Caporale’, Campo Boario, 64100 Teramo, [email protected]

2 Casa di riposo ‘G. De Benedictis’, Viale F. Crispi 245, 64100 Teramo, Italy

Elisabetta Di Giannatale1, Alessandra Alessiani1, Francesca Sauro1, Francesco Sbraccia2, Giuseppe Croce2, Antonella Nissim2, Alessandra Carnevale2 & Giacomo Migliorati1

Epidemiological study of an outbreak of Norovirusin a rest home in Italy

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176 Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 175-180. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.181.186

Norovirus outbreak in a rest home Di Giannatale et al.

were conducted by direct seeding on MacConkey Mug-sorbitol agar (Oxoid, Cambridge), Salmonella-Shigella agar (Biolife), CIN agar (Biolife), and blood agar (BioMérieux, Marcy L’Étoile), respectively. All the cultures were incubated at 37°C for 24 h.

The Rotavirus test was conducted by ELISA method using the commercial ProSpect kit (Oxoid). The Norovirus test was conducted in RT-PCR with the commercial IDEIA kit Norovirus (IDEIA, Dallas, USA). The RNA for RT-PCR was extracted with the commercial High Pure Viral Nucleic Acid Kit (Roche, Milano, Italia). The amplification was conducted with the SuperScript™ III Platinum® One-Step Quantitative RT-PCR system kit (Invitrogen, Carlsband, California). The manufacturer’s instructions were followed in all cases.

The oligonucleotides used and the TaqMan probe for the ORF1-ORF2 junction region are listed in Table 1.

The thermal profile for the RT-PCR reaction was as follows: 50°C × 15 min and 94°C × 2 min (reverse transcription); 45 cycles consisting of 15 min at 95°C (amplification) and 60°C for 30 sec (annealing).

The analysis was conducted with the PCR Real Time instrument ABI Prism® 7900 HT Fast RT-PCR. An aliquot of the samples was sent to the Istituto Superiore della Sanità, Roma, for confirmation of the result.

Microbiological and chemical tests on waterFive water samples were taken. Three samples of drinking water were taken at different points of the supply: the water storage tank, the kitchen tap used by the voluntary association, and the automatic distributor in the recreation room. The 2 samples of non-drinking water were taken from the fire-fighting and refrigerating installations.

The samples were analysed for Escherichia coli and Coliform bacteria (ISO 308-1:2000), Pseudomonas aeruginosa (ISO 16266:2006), Enterococchi (ISO 7899-2:2000), total bacteria count at 37°C and 21°C (ISO 8199:2005) and Clostridium perfringens (6).

self-sufficient elderly people, often with minor geriatric problems, some of whom could go out of the home autonomously. The two-storey building, each floor having a lounge with television, consisted of 76 single and 12 double rooms, all with en suite bathroom and telephone. The first of the 2 storeys, equipped with a dining room, was reserved for partly self-sufficient residents, and the second for wholly self-sufficient residents. On the ground floor were the dining room, recreation room, clinic, chapel, and the offices of the voluntary association (with an independent entrance) responsible for free transport of residents to hospital. Medical, paramedical, catering and cleaning services were provided by 29 people. In particular, common laundry was washed in the internal laundry, while personal clothing was washed by the residents themselves and external laundries. The building was cleaned by an external service cooperative, which cleaned the premises daily. Catering for both buildings was outsourced to a catering service, which delivered meals three times a day. Sixty-two residents were housed in building B during the period of the epidemic.

Epidemiological investigationThe epidemiological investigation was conducted by means of a cohort study involving all the residents of building B and the personnel working there. A questionnaire was devised to gather information relating to personal data, duties, time spent in the home, symptoms, food eaten and visits received.

Each person who had suffered at least three episodes of diarrhoea or vomiting in the last 24 h was classified as a ‘case’.

For the epidemiological investigation, the subjects were divided into two groups: one consisting of 62 residents and one of 29 employees. By the end of the study, there were 54 respondents, comprising 46 residents and 8 employees.

Microbiological analysis of stool samplesA total of 13 stool samples from 13 people that had exhibited recent symptoms of gastroenteritis or gastroenteritis ongoing at the time of the interview were examined. The samples were analysed for Campylobacter spp., Salmonella spp., Escherichia coli O157, Shigella spp., Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolitica, Norovirus, and Rotavirus.

The Campylobacter test was conducted by direct seeding on m-CCDA agar (Biolife, Milan) and Karmali agar (Biolife), incubated at 42°C in microaerophilia. The Salmonella spp. test was conducted in accordance with standard ISO 6872:2002, and the Escherichia coli O157, Shigella spp., Yersinia enterocolitica and Listeria monocytogenes tests

Table I. Oligonucleotide sequences and TaqMan probe for the ORF1-ORF2 junction region of Norovirus GI and GII.

Norovirus GINV1LCpr-probe: 6-FAM–5’-TGG ACA GGA GAY CGC RAT CT–3’-TAMRA

ON1F4: 5’-CGC TGG ATG CGN TTC CAT-3’

NV1LCR: 5’-CCT TAG ACG CCA TCA TCA TTT CC -3’

Norovirus GIIQN1FS- probe: VIC-5’-AGC ACG TGG GAG GGC GAT CG -3’-TAMRA

QN1F2d: 5’- ATG TTC AGR TGG ATG GAG RTT CTC WGA -3’

COG2R: 5’- TCG ACG CCA TCT TCA TTC ACA -3’

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177Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 175-180. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.181.186

Di Giannatale et al. Norovirus outbreak in a rest home

to stay in their rooms and, in the case of employees, not to go to work for 48 h after the symptoms had disappeared.

ResultsA total of 62 residents and 8 employees answered the questionnaire. Useful information, however, was only obtained from 54 (59%) respondents, comprising 46 residents and 8 employees. The survey identified the respondents who said they had had symptoms of gastroenteritis from 1 January to 17 March 2009 (Figure 1). Eight respondents were classified as ‘cases’: 6 residents and 2 members of the care home’s staff. In particular, 4 residents and 2 employees also reported episodes of fever. Seven respondents tested positive for Norovirus, regardless of whether they were classified as ‘cases’. Four of them reported that they had had episodes of vomiting in the dining room.

The bacteriological test for enteric bacteria was negative for all 13 samples examined. The virological research included 12 stool samples; one sample was not examined because the quantity was insufficient. Five samples (41.7%) tested positive for Norovirus by ELISA and 8 (66.6%) by RT-PCR. The RT-PCR positive samples were genogroup GII4 variant 2006. One sample tested positive for Rotavirus.

As regards water analysis, the samples taken from the refrigerating installation, the tank and the distributor in the recreation room showed a high bacteria count. Norovirus contamination was not found.

Solids in suspension were found in the water of the refrigerating installation and residual chlorine in

For virus analyses, the water samples were concentrated with PrepScaleTM TFF cartridge filters (Millipore, Milan). The samples were then decontaminated and further concentrated by ultrafiltration with Centricon plus 20 (Millipore). Finally, the same virological methods used for testing the presence of the virus in the stool samples were applied to the concentrated sample of water.

The residual chlorine was determined with the chromogenic method using the Aquaquant® Chloride kit (Merck, Darmstadt, GE) in accordance with the instructions of the manufacturer. Solids in suspension were detected by filtering one litre of water with a 0.45 µm membrane system, and determined by gravimetry after drying at 103°C-105°C.

Health measuresAll the common and private areas of the building were thoroughly disinfected, including furnishing.

Surfaces were disinfected by contact with a 1% Virkon® solution (DuPont, Subdory,UK) and utensils and objects were disinfected by immersion in the same solution for at least 10 min. Kitchenware and laundry were washed with hypochlorite at 1,000  ppm, at temperatures exceeding 60°C, as indicated in the international guidelines for prevention of viral gastroenteritis in hospitals (2,3). A meeting was held with the employees of the home, during which the rules of hygiene were reiterated and the correct use of individual protection systems was urged. Those involved in the epidemic were asked to perform more thorough personal hygiene,

0

1

2

3

4

5

6

1/1 26/1 19/2 20/2 23/2 25/2 28/2 1/3 2/3 3/3 4/3 5/3 6/3 8/3 9/3 12/3 17/3

Num

ber o

f peo

ple

Date of infection

Employees

Residents

Figure 1. Number of respondents presenting symptoms of gastroenteritis from 1 January to 17 March 2009.

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178 Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 175-180. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.181.186

Norovirus outbreak in a rest home Di Giannatale et al.

poor cooperation by care personnel in obtaining the samples. The relative non-comparability of the results obtained with ELISA and RT-PCR method is associated with the different sensitivities of the two methods (5, 28, 29).

The menu drawn up fortnightly by the catering service allowed us to evaluate, and rule out, the possible involvement of food in the epidemic, supporting the hypothesis that the virus spread only by human-to-human contact. This hypothesis was supported by the questionnaire completed by the first resident to suffer from symptoms, who reported that he never left the home. Sharing of common areas by self-sufficient residents consequently acquired crucial importance in the epidemic spread of gastroenteritis.

Following the cases of gastroenteritis recorded in the home, more stringent hygiene measures were introduced for preventive purposes, and this interrupted the transmission of the virus. This event suggests that isolation of the patient for up to 48 h after the disappearance of the symptoms, and simultaneous use of suitable disinfectants, is the only solution enabling this kind of epidemic to be terminated (3, 4).

ConclusionsNorovirus represents a major public health problem, because of its ability to produce clinically significant human infections in all age groups due to the high level of infectivity associated with the different transmission routes, and the inability of humans to develop lasting immunity.

In Italy, due to the lack of a suitable surveillance system and diagnostic protocols on a routine basis, together with the short duration of the symptoms and the immunity acquired, the actual incidence of Norovirus infection among the population is undoubtedly underestimated.

that of the fire-fighting installation and the kitchen.

The results of the microbiological and chemical tests on the water are shown in Table II.

DiscussionOn the basis of the initial investigations, the viral nature of the outbreak of gastroenteritis was suspected even before being confirmed by the microbiological tests, because the symptoms were consistent with Kaplan’s description of Norovirus outbreaks: incubation period 24-48 h, episodes of vomiting in over 50% of cases, duration of illness between 12 h and 60 h (8).

The epidemiological investigation was conducted on the basis of the source of infection and its spread, and the structural conditions of the home were studied, together with the personal relations between residents and persons from outside the home, as human-to-human contact has a very high incidence in this type of infection (7).

The amount of data obtained with the questionnaire was less than expected. Simultaneously with the distribution of the questionnaire, it was decided to check on the state of the water supply and its possible correlation with the infection. The negative result of the bacteriological, virological and chemical tests demonstrated that the epidemic was unrelated to the water supply. Drinking water in the distributor and reserve water showed high bacteria count but enteric bacteria or virus were never isolated. The same catering service for both buildings, and only the involvement of people in building B, showed the non-involment of food epidemic. Unfortunately, the small number of stool samples on which microbiological tests could be conducted limited the objective data available for the study. Compared with the number of persons apparently involved, the samples were numerically small due to the incapacity of the patients and

Table II. Results of bacteriological and chemical tests on water.

Sam

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g po

int

Type

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Bact

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Bact

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(CFU

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(CFU

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ml)

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ml)

P. ae

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l)

C. pe

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(CFU

/100

ml)

Salm

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Cam

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bact

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Solid

s in

susp

ensio

n (m

g/l)

Resid

ual c

hlor

ine

(mg/

l)

Refrigerating installation NP 160 160 20 0 3 28 6 A A 1.1 NR (<0.1)

Fire-fighting installation NP 0 0 0 0 0 0 0 A A NE 0.1

Reserve water tank P >300 >300 20 0 2 50 8 A A 25.1 NR (<0.1)

Kitchen P 0 0 0 0 0 0 0 A A NE 0.1

Water distributor P 120 >300 0 0 0 40 0 A A NE NENP = non-drinking water; P = drinking water; NR = not detectable; NE = not performed; A = absent.

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Di Giannatale et al. Norovirus outbreak in a rest home

agents involved. It is very helpful to implement an information plan for the population, to make them aware of the situation and encourage them to participate actively in limiting the spread of the infection. In our care home, where the average age of residents is about 80, providing information and modifying behaviour is difficult to implement, except for employees working in the facility.

According to the psychiatrist and psychologist working at the home, the presence and persistence of gastroenteritis led to a state of reactive depression and anxiety in residents, which deteriorated their perceived quality of life. The study demonstrates the need to strengthen the differential diagnosis of forms of gastroenteritis so that specific preventive measures can be taken against the etiological

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Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 181-186. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.187.192

RiassuntoLa flagellina, legante il Toll-like receptor 5 (TLR5), è nota per le sue proprietà adiuvanti e per l’induzione di citochine pro-infiammatorie e immunità innata. L’articolo descrive i risultati della clonazione del gene fliC di Salmonella Typhimurium effettuata in un plasmide con espressione pET-32a, utilizzando primer specifici per il gene messi a punto nel Foot and Mouth Disease Vaccine Quality Control and Assurance Laboratory. La struttura e l’orientamento del gene fliC sono stati confermati tramite colony PCR e analisi con enzimi di restrizione e sequenziamento. L’analisi della sequenza di fliC ha evidenziato il corretto orientamento del gene e la presenza di 1.485 nucleotidi. Il plasmide pET-fliC è stato impiegato per la trasformazione genetica in cellule di Escherichia coli BL21 (DE3) e il gene è stato espresso tramite induzione con IPTG. La massa del poly His-tag-fliC pari a circa 70 kDa è stata confermata con elettroforesi su gel di poliacrilammide in presenza di sodio dodecil solfato (SDS-PAGE). L’identità/autenticità del fliC ricombinante è stata confermata dalla reattività specifica evidenziata con MAb anti-fliC di S. Typhimurium. Le proprietà antigeniche e funzionali del fliC ricombinante sono state determinate tramite l’induzione di anticorpi antigene-specifici nelle cavie e l’aumento in vitro dell’espressione dell’m-RNA di alcuni mediatori come TNF-α e GM-CSF.

Parole chiaveCitochine,Flagellina,Immunogenicità,Salmonella Typhimurium.

Espressione, purificazione e caratteristiche funzionalidella Flagellina, un TLR5-legante

SummaryFlagellin, a Toll-like receptor 5 (TLR5)-ligand, is known for its activities like adjuvant, induction of pro-inflammatory cytokines and innate immunity. In this context, fliC gene of Salmonella Typhimurium was cloned into pET32a expression plasmid using in-house designed gene specific primers. The frame and orientation of the inserted fliC gene was confirmed upon colony PCR, restriction enzyme analysis and sequencing. Sequence analysis of fliC revealed proper orientation of the gene and had 1,485 nucleotides. Following transformation of pET-fliC plasmid into Escherichia coli BL21 (DE3) cells, the gene was expressed after inducing with IPTG (Isopropylβ-D-1-thiogalactopyranoside). The polyHis-tag-fliC was ~70kDa as confirmed by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). The identity/authenticity of the recombinant-fliC was confirmed by its specific reactivity with commercial anti-fliC MAb of S. Typhimurium. Further, the antigenic and functional properties of recombinant-fliC were determined espousing its ability to induce antigen specific antibodies in G pigs and increased m-RNA expression of certain pro-inflammatory mediators like TNF-α and GM-CSF in vitro.

KeywordsCytochines,Flagellin,Immunogenicity,Salmonella Typhimurium.

Foot and Mouth Disease Vaccine Quality Control and Assurance Laboratory, Indian Veterinary Research Institute, Bangalore, 560 024 Karnataka, India

[email protected]

Irshad Ahmed Hajam, Pervaiz Ahmed Dar, Shanmugam Chandra Sekar, Rajakishore Nanda,Subodh Kishore, Veerakyathappa Bhanuprakash & Kondabattula Ganesh

Expression, purification, and functional characterisation of Flagellin, a TLR5-ligand

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was carried out with initial denaturation of DNA at 94°C (10 min) followed by 35 cycles of 94°C for 45 sec, annealing at 56°C for 90 sec, extension at 72°C (100 sec), and final extension at 72°C for 10 min. The amplified product was analysed by electrophoresis using 0.5% agarose gel and ethidium bromide as tracking dye.

Cloning and expression of flagellinThe amplified PCR product was cloned into prokaryotic expression vector pET-32a (Novagen, San Diego, California, USA) at NcoI-XhoI site. For ligation, the fliC gene PCR product and vector plasmid were used in the ratio of 2:1. The ligated product was initially propagated in Top  10 Escherichia coli competent cells (Invitrogen, Carlsbad, California, USA) (21). Transformed colonies were screened by colony PCR, restriction enzyme analysis and sequencing. The recombinant pET-fliC plasmid extracted from Top 10 E. coli cells was purified and transformed to E. coli BL21 (DE3) strain (Novagen, San Diego, California, USA) for expression of flagellin. The expression was induced by adding 1 mM Isopropylβ-D-1-thiogalactopyranoside (IPTG) to transformed BL21 (DE3) bacteria (OD600=0.6) at 30°C. Zero-time aliquot (uninduced culture) was used as control. The samples collected after 4 h and 6 h were analysed for expressed protein by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) (15). The recombinant protein was further confirmed by Western blot analysis using anti-fliC monoclonal antibody (MAb) of S.  Typhimurium (Clone: X5A12, Invivogen, San Diego, California, USA).

Solubility and purification of the recombinant flagellinThe solubility of the expressed protein was determined by re-suspending the bacterial pellet (6 h post IPTG induction) in lysis buffer. After sonication, the lysate was centrifuged at 12,000 × g (15 min) and supernatant representing soluble fraction was collected. The pellet was again resuspended in the lysis buffer, which represented the suspension of the insoluble matter. Both extracts were analysed after running on 10% SDS-PAGE. Purification of the recombinant flagellin containing poly-His tag was done by using Ni-NTA Spin Columns (Qiagen, Hilden, Germany) under denaturation conditions as per the manufacturer’s instructions. The positive elutes confirmed by SDS-PAGE were pooled and extensively dialysed (six washings) against phosphate buffered saline (pH 8.0) at 4°C. Purified protein was quantified by a Bradford assay (5), filtered, and stored in the same buffer at –20°C until use.

IntroductionBacterial flagellin (fliC) serves many functions like mobility, pathogenicity, adjuvanticity and toll like receptor (TLR)-ligand activity (1, 9, 19). TLRs, a group of conserved receptors play a crucial role in activating antigen presenting cells (APCs) and the adaptive response (2). The binding of fliC with TLR5 leads to a cascade of reactions that results in the production of pro-inflammatory cytokines like TNF-α, IL-6 and IL-12, thereby up-regulate the antigen presenting cell surface molecules (8). TLR5 is present on the surface of epithelial and immune system cells like dendritic cells (DC), monocytes, natural killer cells (NK), and T-lymphocytes (25). fliC activates the epithelial cells, well-known for their ability to encounter the pathogen and defend the body against it. Moreover, in vivo administration of fliC is much safer than the lipopolysaccharide (LPS) inducing shock (26). These properties make fliC an ideal and potent molecular adjuvant (6, 12, 17, 23). In addition, immunisation with fliC has been found to protect the host from a wide range of pathogens, chemicals and radiations (22, 26). Therefore, the present study was conceptualised to clone and express the fliC from S. Typhimurium in prokaryotic expression system, characterise the recombinant protein by Western blot and in vitro analysis of mRNA expression levels of various pro-inflammatory mediators.

Materials and methods

Bacterial strainStab-culture of Salmonella enterica serovar Typhimurium (S. Typhimurium) of bovine origin available at FMD vaccine quality control unit, Indian Veterinary Research Institute (IVRI), Bangalore, was used as source for fliC gene.

Amplification of fliC geneA colony of S. Typhimurium was grown in Luria-Bertani broth (LB broth) overnight at 37°C with constant agitation (220 rpm). Genomic DNA was extracted (21) and the fliC gene was amplified using in-house designed gene specific primers (fliC  F; cgcggatccatggcacaagtcattaatacaaac and fliC R; gcgctcgagacgcagtaaagagaggacgtt) based on the known DNA sequence. For amplification of the fliC gene, the polymerase chain reaction (PCR) was standardised using 10 ng of genomic DNA, 20 pM of each gene specific primers, 10 mM of each dNTPs, 5 µl of 10× enzyme buffer and 0.5 U of Accu Taq LA DNA polymerase (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) in a 50 µl final reaction volume. The amplification

Functional characterisation of Flagellin Hajam et al.

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Results

Construction of the expression vector pET32a-fliCThe fliC gene (~1.5 kb) sequence of S. Typhimurium was successfully cloned into expression vector, pET-32a using NcoI and XhoI restriction enzymes. The colony PCR product of recombinant clones has shown amplification of ~2 kb product using vector specific T7 forward and gene specific reverse primers and thus indicated that the gene was in proper orientation. The release of ~1.5 kb insert upon restriction enzyme digestion and gene sequence analysis of 1,986 bases of recombinant plasmid including 501 bp of vector and 1,485 bp of fliC gene, further confirmed the proper orientation of the insert (Figure 1). The sequence was published in GenBank with accession number HM 920247.1.

Antigenic and functional characterisation of recombinant flagellinTo determine the antigenic nature of recombinant-fliC three guinea pigs were immunised with the purified protein (6 µg/animal). Guinea pigs were maintained under standard conditions following the recommendations of the Institute Animal Ethics Committee (IAEC) under the guidelines set forth by the Committee for the Purpose of Control and Supervision of Experiments on Animals (CPCSEA). Three animals were kept as controls. Blood samples were collected from all the animals directly from the heart on day 14 post immunisation and serum was separated, inactivated and stored at –20°C until use.

The functional characterisation of the protein was studied under in vitro conditions by determining the effect of recombinant-fliC on m-RNA expression levels of various inflammatory mediators and quantified semi-quantitatively by reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) using established primers (11) (Table 1). Peripheral blood mononuclear cells (PBMC) were isolated from the blood of normal healthy G pigs by density gradient (4) using Histopaque (M/s  Sigma-Aldrich, Cat. No.  1083) and were cultured in RPMI-1640 medium (M/s  Sigma-Aldrich, Cat. No. R1383) supplemented with 10% fetal calf serum and penicillin and streptomycin at 50 µg and 100 IU/ml, respectively. Harvested cells were counted and distributed (2x106/well) in 24-well culture plate and incubated with or without purified recombinant-fliC (5µg/ml) at 37˚C, 5% CO2 for 8 h. RNA was extracted by RNeasy Mini kit (Qiagen, Hilden, Germany) and cDNA was prepared using SuperScript™ ІІІ Reverse Transcriptase kit (Invitrogen, San Diego, California, USA) as per the manufacturer’s instructions. Amplification of the cytokine genes was carried out as described previously (11). The density of electrophoretic bands of amplified PCR products was done using band leader 3.0.

Hajam et al. Functional characterisation of Flagellin

Table I. Sequence of primers used for the detection and quantification of the inflammatory mediators by reverse transcriptase-polymerase chain reaction.

Primer name 5´-3´ sequence Product lengthGAPDH (F-RT) ACC ACA GTC CAT GCC ATC AC

343 bpGAPDH (R-RT) TGT CGC TGT TGA AGT CA

GM-CSF (F-RT) CTG TGG TTT GCA GCA TCT GT171 bp

GM-CSF (R-RT) GGG GCT CAA ACT GGT CAT AG

TNF-α (F-RT) ATC TAC CTG GGA GGC GTC TT184 bp

TNF-α (R-RT) GAG TGG CAC AAG GAA CTG GT

iNOS (F-RT) GCA CAC GTT GGC TTC CCT CT456 bp

iNOS (R-RT) TGG GCC AGT GCT TCT GAT TTT CC

Figure 1. Amplification of fliC gene and confirmation of recombinant clone.(a) PCR amplification of fliC gene.(b) Confirmation of recombinant clones by colony PCR using vector specific T7 primer and gene specific reverse primer.(c) Recombinant plasmid (r) showing less mobility than neat pET32a vector plasmid (s) in agarose gel.(d) Insert release (1,485 bp) by using NcoI and XhoI restriction enzymes.

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lysed bacteria (Figure 2b). The protein was produced in bulk and purified under denatured conditions using Ni-NTA spin columns. The protein was re-natured by dialysis against PBS (pH 7.4) and the purity of the Ni-NTA purified recombinant protein was >95% as analysed by SDS-PAGE (Figure 2c). The amount of the recombinant-fliC was 2 mg/100 ml of bacterial culture.

Antigenic and functional characterisation of recombinant flagellin The recombinant-fliC was found to be immunogenic as the sera collected from all the three animals that received expressed protein showed specific immunoreactivity on Western blotting analysis. Furthermore, in vitro studies of flagellin indicated that it was functional and increased the m-RNA expression levels in the stimulated PBMC. The results indicated that recombinant-fliC induced higher levels of pro-inflammatory mediators TNF-α and GM-CSF when compared to the un-stimulated control wells (Figures 3 and 4).

DiscussionPathogen associated molecular patterns (PAMPS) like lipopolysaccharides (LPS), flagellin, capsule and other molecules are conserved evolutionarily. They

Expression and characterisation of flagellin proteinThe confirmed pET-fliC plasmid was transformed into E. coli BL21 (DE3) host cells for expression of flagellin. As shown in Figure 2c, the Coomassive brilliant blue stained gel indicated the polyHis6-tagged flagellin protein to be ~70kDa. For characterisation of the recombinant-fliC, the IPTG-induced cell lysate was fractionated on SDS-gel, transferred to a nitrocellulose membrane and probed with specific anti-fliC MAb. The protein reacted specifically giving a characteristic single band (Figure 2d), thus confirming the authenticity of the protein.

Solubility and purification of the recombinant flagellinThe expressed recombinant-fliC was roughly about two third as soluble and one-third as insoluble as determined by the band intensity of the coomassive stained SDS-PAGE gels by loading equal volumes of supernatant and re-suspended pellet samples of

Functional characterisation of Flagellin Hajam et al.

Figure 2. Expression of poly His6-tagged flagellin protein in Escherichia coli BL21(DE3) cells using pET32a vector.(a) Protein expression at 4 h (lane 2), 6 h (lane 3) post IPTG induction, and uninduced control (lane 1).(b) Expressed protein as soluble (lane 2) and insoluble (lane 1).(c) Purified poly His tagged protein isolated using Ni-NTA spin columns.(d) Immunoblot of the expressed protein using anti-fliC monoclonal antibody of Salmonella Typhimurium.

Figure 3. Semi-quantitative RT-PCR of cytokine genes. PBMCs from healthy guinea pigs were cultured with or without flagellin. Total RNA was isolated and RT-PCR of various cytokines was done. The bands obtained in flagellin stimulated and control cells were used for determining the relative mRNA levels of TNF-α, GM-CSF and iNOS semi-quantitatively as shown in Figure 4

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protein or its inclusion bodies. This in turn, inhibits the growth of bacteria (7). In order to overcome these problems in this study, the host cell, E. coli were grown at 30°C. Upon studying the expression kinetics, it was found that the maximum fliC was expressed 6 h post IPTG induction. Furthermore, most of the expressed protein was in the soluble form even after purification, a requirement in eliciting immune response. The authenticity of the recombinant-fliC protein was confirmed by immune-blotting with anti-fliC MAb of S. Typhimurium and anti-sera raised against it.

Flagellin is known for its innate immune agonist activity and it binds to TLR5 receptor (3, 10, 16). Flagellin stimulates the secretion of inflammatory cytokines like TNF-α and GM-CSF. The other additional advantage of fliC is that, contrary to LPS, it does not induce shock (26). This unique feature makes fliC a better adjuvant for vaccines than other adjuvants. Because of this property, fliC has been used with many vaccine preparations to augment the immune responses delivered through different routes (6, 12, 17, 23). Further, the recombinant-fliC was tested for its increased pro-inflammatory activity in terms of expression of TNF-α and GM-CSF genes in PBMCs in vitro. The relative expression levels of these mediators were quantified semi-quantitatively by RT-PCR, which revealed that the most prominent change was on TNF-α. GM-CSF and that TNF-α have pleiotropic effects and induce general immune stimulation in vivo. TNF-α is a key molecule in coordinating the inflammatory response and activation of cytokine cascade while GM-CSF is responsible for proliferation and maturation of neutrophils, macrophages and dendritic cells (14, 18). In conclusion, the recombinant-fliC is immunogenic in guinea pig and known to induce pro-inflammatory cytokines. In the near future the expressed fliC will be explored for its various adjuvant and TLR ligand activities, particularly with FMD vaccine preparations, at the authors’ laboratory.

AcknowledgmentsThe authors are very thankful to the Joint Director, IVRI in Bangalore, for providing necessary facilities and also Dr. V. Balamurugan, Senior Scientist, Project Directorate on Animal Disease Monitoring and Surveillance, H A Farm, Hebbal, Bangalore for providing E. coli BL21 cells.

are structurally or functionally crucial for survival, growth and/or development of the microorganisms (13, 16). In general, flagellin is mostly associated with Gram-negative bacteria and is required for motility, attachment to host cells, pathogenesis and virulence of bacteria. In particular, the flagellin of Salmonella is associated with virulence and immune responses. Flagellin, either in its native or truncated recombinant forms has been successfully used for the diagnosis of Salmonellosis in human beings and also production of monoclonal antibodies (20, 24). Besides, flagellin is a potent and safe adjuvant in inducing early, robust and broad-spectrum immune responses. Owing to its immune augment activity, the present investigation was conceptualised to produce purified form of recombinant whole flagellin of S. Typhimurium in prokaryotic system and characterise for its functionality. This will be useful in exploring its diagnostic, ligand and adjuvant activities in the near future in our laboratory.

In the present study, full length fliC gene was expressed in E. coli. Expression of such exogenous proteins in E. coli have aplenty of deleterious effects on the host cell due to over expressed recombinant

Hajam et al. Functional characterisation of Flagellin

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TNF-α GM-CSF iNOS

Flagellin treated wellsControl wells

Figure 4. Relative gene expression analysis of TNF-α and GM-CSF based on the density of various electrophoretic bands for Figure 3 by using band leader 3.0. The expression levels were evaluated by taking the data of GAPDH bands as the background. TNF-α showed highest mRNA levels.’

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IntroduzioneSalmonella è un batterio responsabile di zoonosi di notevole rilevanza per la salute pubblica poiché ha un considerevole impatto economico (19). La salmo-nellosi è una delle malattie alimentari più comuni e maggiormente diffuse. In Europa è la seconda infe-zione alimentare dopo la campilobatteriosi.

Nel 2010, l’European Food Safety Authority (EFSA) ha riportato 99.020 casi di salmonellosi umana nei 27 Stati Membri dell’Unione Europea, inclusi 2.730 casi in Italia, paese in cui Salmonella è ancora la principa-le causa di focolai di infezione alimentare (10).

Il genere Salmonella comprende due specie: S. en-terica e S. bongori (22). La prima include sei sotto-specie (subsp.): enterica, salamae, arizonae, diarizo-nae, houtenae e indica. Esistono oltre 2.500 sierotipi di Salmonella responsabili di zoonosi, la maggior parte dei quali appartiene alla sottospecie enteri-ca. Salmonella risiede in un’ampia varietà di ospiti:

animali da allevamento e domestici, fauna selvatica ed esotica, rettili.

Nelle nazioni dell’Unione Europea sono in atto molti piani di sorveglianza per Salmonella su animali alle-vati. Il controllo della filiera è, infatti, l’approccio più efficace per garantire la sicurezza alimentare. Nel 2009, la maggior parte dei ceppi è stata isolata da polli (45,7%), suini (16,02%) e tacchini (4,14%) (3).

Al contrario, la ricerca di Salmonella nella fauna selva-tica non è regolata da piani di monitoraggio naziona-li ma è effettuata, occasionalmente, a scopo di studio.

Diverse indagini sono state svolte sugli Uccelli sel-vatici (17, 27) ma i dati disponibili sulla presenza di Salmonella nei Mammiferi selvatici sono pochi.

Lo studio ha avuto l’obiettivo di indagare la presen-za di Salmonella e i ceppi antibiotico-resistenti negli animali selvatici (Canidi, Mustelidi, Uccelli, Roditori e Ungulati) dell’Italia nord-occidentale.

RiassuntoLa Salmonella è un importante agente patogeno responsabile di zoonosi di notevole rilevanza economica. In Europa la salmonellosi è la seconda infezione trasmessa per via alimentare, in Italia il microrganismo continua ad essere la causa più frequente di infezione alimentare. In Europa sono in atto molti piani di sorveglianza di Salmonella in animali da allevamento, tuttavia il monitoraggio del microrganismo in animali selvatici è effettuato solo occasionalmente. Lo studio ha avuto l’obiettivo di indagare la presenza di Salmonella in animali selvatici e i ceppi antibiotico-resistenti. Nel periodo 2002-2010, 2.713 animali selvatici (Canidi, Mustelidi, Uccelli, Roditori e Ungulati), provenienti da aree dell’Italia nord-occidentale, sono stati testati per Salmonella mediante metodo microbiologico colturale seguito da tipizzazione sierologica e biochimica. Di questi, 117 (63 Canidi, 25 Mustelidi, 24 Uccelli, 5 Ungulati) sono risultati positivi per Salmonella (4,3%). Sono stati isolati 130 ceppi appartenenti a diversi sierotipi e Salmonella Typhimurium è risultato quello più rappresentato. La sensibilità agli antibiotici è stata testata su 88 ceppi con test di disco-diffusione. La maggior parte dei ceppi analizzati (97,7%) si sono mostrati intermedi  (I) o resistenti (R) ad almeno una classe di antibiotici. I più alti valori sono stati osservati per la classe delle tetracicline. La presenza di sierotipi di Salmonella antibiotico-resistenti e responsabili di zoonosi è stata riscontrata in diverse specie di animali selvatici.

Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 187-194. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.193.200

Velca Botti, Francine Valérie Navillod, Lorenzo Domenis, Riccardo Orusa,Erika Pepe, Serena Robetto, Cristina Guidetti

Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta, Struttura Complessa Valle d’Aosta,Centro di Referenza Nazionale per le Malattie degli Animali Selvatici (Ce.R.M.A.S.),

Regione Amérique 7/G, 11020 Quart, [email protected]

Parole chiaveAntibiotico-resistenza,Fauna selvatica,Italia nord-occidentale,Salmonella,Tetraciclina.

Salmonella spp. e antibiotico-resistenzain Mammiferi e Uccelli selvatici

in Italia nord-occidentale dal 2002 al 2010

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Salmonella spp. e ceppi antibiotico-resistenti nei selvatici Botti et al.

Uccelli, 100 Roditori, 69 Ungulati) (Tabella I). Gli ani-mali, generalmente, sono stati prelevati morti a cau-sa di incidenti in strada e attività venatoria nell’am-bito dei piani di controllo provinciali o regionali. In alcuni casi, i soggetti sono risultati provenienti dai centri di recupero della fauna selvatica.

Gli animali morti sono stati sottoposti ad un esame necroscopico completo con la raccolta di campioni di linfonodo meseraico, feci e visceri per un totale di 3.862 campioni biologici. In particolare, a 927 volpi rosse (Vulpes vulpes) e 146 Mustelidi sono stati prele-vati feci e linfonodo meseraico. Ai 3 animali catturati vivi è stato effettuato un tampone cloacale.

Isolamento e identificazione di SalmonellaTutti i campioni sono stati omogeneizzati con ap-parecchio tipo Stomacher. Dopo incubazione di 18  ore in Buffered Peptone Water, sono stati ino-culati in tre brodi di arricchimento (Selenite Cysti-ne, Rappaport-Vassiliadis e Mueller Kauffman Te-trathionate) per 24 ore. Dieci µl di ciascun brodo sono stati inoculati in piastre di terreni selettivi (Brilliant Green Agar e Xylose Lysine Deoxycholate Agar). Le piastre sono state incubate per 24 ore a 37°C. Le colonie sospette sono state trasferite su Triple Sugar Iron per l’identificazione presuntiva di Enterobacteriaceae, basata sulla fermentazione de-gli zuccheri e produzione di H2S.

Le presunte salmonelle sono state confermate con test biochimico (API 20E®) e sierologico. L’identifi-cazione del sierotipo è stata effettuata tramite sieri monovalenti.

Salmonella Typhimurium e Salmonella Enteritidis sono state fagotipizzate con metodo standard dal Centro di Referenza Nazionale per le Salmonellosi.

Valutazione della sensibilità agli antibioticiL’antibiotico-resistenza è stata verificata con il test di disco-diffusione (metodo Kirby-Bauer), effettuato su Mueller-Hinton Agar a partire da una sospensione batterica con torbidità pari a 0,5 McFarland. L’inter-pretazione è stata eseguita in base ai criteri forniti dal Clinical Laboratory Standard Institute (CLSI) (4).

Gli antibiotici saggiati in questo studio sono rappre-sentativi delle diverse classi: β-lattamici, tetracicline, chinoloni, aminoglicosidi, sulfonamidi, polipeptidi e fenicoli. Le molecole sono state selezionate sulla base della loro rilevanza per la salute pubblica e te-nendo conto delle indicazioni dell’EFSA (11), della rete Enter-net Italia (5) e della letteratura disponibi-le. Gli antibiotici testati e le loro concentrazioni sono riportati nella Tabella II.

Materiali e metodi

Raccolta dei campioniIn Italia nord-occidentale (Valle d’Aosta, Piemonte e Liguria), tra gennaio 2002 e dicembre 2010, sono stati prelevati ed esaminati per Salmonella spp. 2.713 animali selvatici (1.222 Canidi, 221 Mustelidi, 1.101

Tabella I. Animali campionati.

Famiglia Genere/specie (nome comune)Canidi Canidae Vulpes vulpes (volpe rossa)Mustelidi Mustelidae Meles meles (tasso)

Martes martes (martora)Martes foina (faina)Mustela putorius (puzzola)

Uccelli Accipitridae Accipiter gentilis (astore)Accipiter nisus (sparviere)Aquila chrysaetos (aquila reale)Buteo buteo (poiana)Circaetus gallicus (biancone)

Ardeidae Nycticorax nycticorax (nitticora)Columbidae Columba livia (piccione)Corvidae Garrulus glandarius (ghiandaia)

Corvus corone (cornacchia)Pica pica (gazza)

Cuculidae Cuculus canorus (cuculo)Falconidae Falco peregrinus (falco pellegrino)

Falco spp. (falco)Falco tinnunculus (gheppio)Pernis apivorus (falco pecchiaiolo)

Fringillidae Fringilla coelebs (fringuello)Laridae Larus spp. (gabbiano)

Passeridae Passer domesticus(passero domestico)

Picidae Picus viridis (picchio verde)Scolopacidae Scolopax rusticola (beccaccia)Strigidae Asio otus (gufo comune)

Bubo bubo (gufo reale)Otus scops (assiolo)Strix aluco (allocco)

Sturnidae Sturnus vulgaris (storno)Tetraonidae Tetrao tetrix (gallo forcello)Turdidae Turdus merula (merlo)Tytonidae Tyto alba (barbagianni)

Roditori Cricetidae Clethrionomys glareolus(arvicola rossastra)

Myocastoridae Myocastor coypus (nutria)Muridae Apodemus spp. (topo)Soricidae Sorex spp. (toporagno)

Ungulati Cervidae Cervus elaphus (cervo)Suidae Sus scrofa (cinghiale)

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Botti et al. Salmonella spp. e ceppi antibiotico-resistenti nei selvatici

ha mostrato segni clinici o lesioni patologiche ricon-ducibili a salmonellosi.

Le frequenze di positività sono risultate pari a: 5,2% (63/1222) nei Canidi, 11,3% (25/221) nei Mustelidi, 2,2% (24/1101) negli Uccelli e 7,2% (5/69) negli Un-gulati. Nessun roditore è risultato positivo per Sal-monella (Tabella III).

Risultati

Ceppi di Salmonella Durante il periodo di studio, 117 animali selvatici (63 Canidi, 25 Mustelidi, 24 Uccelli, 5 Ungulati) sono ri-sultati positivi per Salmonella (4,3%). Nessuno di essi

Tabella II. Sensibilità agli antibiotici (Metodo Kirby-Bauer), numero e percentuale di ceppi intermedi e resistenti.

Classe antimicrobica Molecola attiva Simbolo Dose (μg) Ceppi I/R Fr % (No) Aminoglicosidi Amikacina AK 30 0% (n=0)

Streptomicina S 10 46,6% (n=41)Neomicina N 30 7,9% (n=7)

Gentamicina CN 10 0% (n=0)Kanamicina K 30 4,5% (n=4)

β-lattamici Ampicillina AM 10 13,6% (n=12)Amoxicillina + acido clavulanico AMC 30 (20 e 10) 7,9% (n=7)

Cefotaxima CTX 30 0% (n=0)Cefalotina KF 30 1,0% (n=1)

Fenicoli Cloramfenicolo C 30 1,0% (n=1)Polipeptidi Colistina CT 10 1,0% (n=1)Chinoloni Acido nalidixico NA 30 3,4% (n=3)

Enrofloxacina ENR 5 3,4% (n=3)Ciprofloxacina CIP 5 0% (n=0)

Sulfonamidi Trimetoprim + sulfametoxazolo SXT 25 (23,75 e 1,25) 1,0% (n=1)Tetracicline Oxitetraciclina T 30 72,3% (n=68)

Tetraciclina TE 30 81,8% (n=72)Fr = frequenza; I = ceppo intermedio; R = ceppo resistente.

Tabella III. Salmonella in Canidi, Mustelidi, Uccelli, Roditori e Ungulati dal 2002 al 2010: animali analizzati e positivi (numero e percentuale).

AnnoCanidi Mustelidi Uccelli Roditori Ungulati Animali

Analizzati (No)

PositiviFr (No)

Analizzati (No)

PositiviFr (No)

Analizzati (No)

PositiviFr (No)

Analizzati (No)

PositiviFr (No)

Analizzati (No)

PositiviFr (No)

Analizzati (No)

PositiviFr (No)

2002 48 6,3% (n=3) 19 15,8%

(n=3) 25 - 2 - - - 94 6,4% (n=6)

2003 56 7,1% (n=4) 27 22,2%

(n=6) 126 1,6% (n=2) - - 4 - 213 5,6%

(n=12)

2004 142 9,9% (n=14) 57 7,0%

(n=4) 545 0,6% (n=3) 65 - 2 - 811 2,6%

(n=21)

2005 263 6,8% (n=18) 35 5,7%

(n=2) 84 3,5% (n=3) 30 - 26 3,8%

(n=1) 438 5,5% (n=24)

2006 178 6,2% (n=12) 33 21,2%

(n=7) 135 4,4% (n=6) - - 8 - 354 7,0%

(n=25)

2007 175 5,1% (n=9) 17 5,9%

(n=1) 131 3,1% (n=4) 1 - - - 324 4,3%

(n=14)

2008 296 0,7% (n=2) 19 - 14 - 2 - 28 14,3%

(n=4) 359 1,7% (n=6)

2009 46 - 5 20,0% (n=1) 36 13,9%

(n=5) - - 1 - 88 6,8% (n=6)

2010 18 5,6% (n=1) 9 11,1%

(n=1) 5 20,0% (n=1) - - - - 32 9,4%

(n=3)

Total 1.222 5,2% (n=63) 221 11,3%

(n=25) 1.101 2,2% (n=24) 100 - 69 7,2%

(n=5) 2.713 4,3% (n=117)

Fr = frequenza.

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Salmonella spp. e ceppi antibiotico-resistenti nei selvatici Botti et al.

Tabella IV. Coinfezione da parte di ceppi o fagotipi differenti di Salmonella in uno stesso animale (4 casi individuati).

Specie animale Feci Linfonodo meseraico

Caso 1 Volpe rossa S. Typhimurium DT12 S. Typhimurium DT104

Caso 2 Volpe rossa S. Veneziana S. Kottbus

Caso 3 Volpe rossa S. enterica subsp. salamae E S. Kimuenza Non analizzato

Caso 4 Biancone

S. enterica subsp. arizonae gr. Z:50:z4,z23:-: E

S. Enteritidis gr. D1-1,9,12:g,m:-: PT4

Non analizzato

Tabella V. Presenza di Salmonella in feci e linfonodi di Canidi e Mustelidi.

AnnoSalmonella in

linfonodo e feciSalmonella in

linfonodo Salmonella nelle

feciMustelidi Canidi Mustelidi Canidi Mustelidi Canidi

2002 - - 3 2 - -2003 2 2 1 1 - 12004 - 1 1 6 - 52005 2 - 1 12 - 12006 1 1 5 8 - 12007 - 2 - 2 - 42008 - - - 1 - 12009 - - - - 1 -2010 - - 1 - - 1Totale 5 6 12 32 1 14

Tabella VI. Sierotipi di Salmonella enterica subsp. enterica.

Sierotipo No SpecieAlfort 1 Volpe rossa

Bonariensis 3 Volpe rossa, fainaBredeney 1 Volpe rossa

Braenderup 1 Volpe rossaBrancaster 1 Gheppio

Coeln 5 Volpe rossa, tasso, fainaCorvallis 1 Tasso

Djugu 1 Volpe rossaFarsta 1 Piccione

Galiema 1 CinghialeHeidelberg 3 Volpe rossa

Hessarek 1 Volpe rossaHiduddify 1 Volpe rossa

Infantis 4 Volpe rossa, faina, cornacchia, cervoKibi 2 Volpe rossa, faina

Kimuenza 1 Volpe rossaKottbus 5 Volpe rossa, cinghiale

Livingstone 2 Volpe rossa, assioloLoanda 1 Assiolo

Massenya 1 TassoMikavasima 1 Volpe rossaMuenchen 3 Volpe rossa, tasso

Napoli 2 TassoNordufer 2 Tasso

Ohio 1 Aquila realeStrourbridge 1 Gallo forcello

Suberu 1 AlloccoThompson 2 Cinghiale

Tsevie 1 PiccioneTshiongwe 2 Volpe rossaVeneziana 8 Volpe rossa, biancone, falco pellegrino

Wil 1 Volpe rossa

Salmonella Enteritidis è stata rilevata in cinque ani-mali: 2 volpi rosse, un biancone (Circaetus gallicus), un allocco (Strix aluco), un gabbiano (Larus spp.). In tre casi il fagotipo è risultato PT4.

Gli altri sierotipi di Salmonella enterica subsp. enteri-ca sono riportati in Tabella VI.

Resistenza agli antibioticiOttantotto ceppi sono stati testati per verificare la sensibilità agli antibiotici. Quasi tutti i ceppi (97,7%) si sono mostrati intermedi (I) o resistenti (R) ad al-meno una classe di antibiotici. I valori maggiori sono stati osservati per la classe delle tetracicline.

Le percentuali di resistenza alle singole moleco-le è riportata in Tabella II. Soltanto due ceppi di

Sono stati isolati 130 ceppi di Salmonella: 2 animali hanno permesso di evidenziare due differenti sotto-specie di Salmonella nella stessa matrice e 11 animali, campionati sia per feci sia per linfonodo [una faina (Martes foina), 2 tassi (Meles meles) e 8 volpi], sono ri-sultati positivi per entrambe le matrici (Tabelle IV e V).

Le sottospecie di Salmonella identificate sono risultate le seguenti: S. enterica subsp. enterica (n=91), S.  enterica subsp. houtenae (n=13), S.  en-terica subsp. diarizonae (n=15), S. enterica subsp. arizonae (n=5), S.  enterica subsp. salamae (n=3). Inoltre, salmonelle non specifiche sono state indi-cate dal laboratorio che ha identificato i sierotipi, rispettivamente, come “nuovo sierotipo” (n=2) e “sierotipo non tipizzabile” (n=1).

Salmonella Typhimurium è risultato il sierotipo più comunemente identificato, riscontrato in 7 volpi ros-se, 4 tassi, 2 piccioni (Columba livia), una ghiandaia (Garrulus glandarius), un passero (Passer domesticus), una poiana (Buteo buteo), un gufo comune (Asio otus) e un barbagianni (Tyto alba).

La fagotipizzazione è stata effettuata per 10 salmo-nelle appartenenti al sierotipo Typhimurium e i fa-gotipi individuati sono stati: DT 104, DT 12, DT 193, DT 302 e solo un “non tipizzabile”.

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Botti et al. Salmonella spp. e ceppi antibiotico-resistenti nei selvatici

uccelli rapaci e cinghiali potrebbero acquisire Sal-monella attraverso lo scavenging su carcasse conta-minate o cercando tra i rifiuti (20).

Un’indagine su salmonelle non tifoidee è stata rea-lizzata su gruppi sociali di tassi nel Regno Unito, rive-lando un’elevata prevalenza del batterio (72%) (29). Tali risultati, anche se in apparenza differenti, sono comparabili ai dati del presente studio che mostrano un’elevata positività nonostante la bassa dimensione campionaria. Questa frequenza può essere spiegata da alcuni aspetti biologici dei tassi: animali che con-dividono tane e latrine con dieta onnivora che inclu-de Insetti, piccoli Mammiferi e Uccelli.

Uno studio è stato condotto su cinghiale, capriolo (Capreolus capreolus), cervo (Cervus elaphus) e volpe rossa, nel periodo 2005-2009, nelle aree delle regio-ni Lombardia ed Emilia Romagna: Salmonella è stata isolata da cinghiali in una percentuale variabile dal 3,9% al 26%, in relazione all’area geografica di cam-pionamento (18). Solo occasionalmente il batterio è stato ritrovato in capriolo, cervo o volpi rosse. La sie-rotipizzazione ha rivelato la presenza di S. Typhimu-rium, S. Napoli, S. Veneziana, S. Mishmarhaeme e, in particolare, di S. Thompson nei cinghiali, similmente ai risultati del presente studio.

Esistono innumerevoli ricerche sulla presenza di Salmonella negli Uccelli selvatici. In Spagna, Reche et al. (24) hanno riportato la prevalenza del 4% nei rapaci, principalmente di S. Typhimurium DT 104. In un altro studio, sempre su rapaci, è stata riporta-ta una percentuale ancora maggiore di Salmonella (10%) (19). La positività rilevata nel presente studio, nel complesso delle specie di Uccelli indagati, è stata inferiore (2,2%), tuttavia, metà degli isolamenti sono risultati riferibili a Uccelli rapaci (n=12/24).

Come riportato da Vieira-Pinto et al. (28) e Hilbert et  al. (16), la selvaggina [nel presente studio: cin-ghiali, cervo e gallo forcello (Tetrao tetrix)] potrebbe costituire una fonte di infezione per l’uomo quando gli spari nell’addome o una scorretta eviscerazione causino contaminazione fecale delle carni destinate al consumo.

Un’ulteriore fonte di infezione per l’uomo potrebbe essere la scorretta manipolazione degli animali vivi presso i centri di recupero della fauna selvatica, spe-cialmente degli Uccelli selvatici [nel presente studio: aquila reale (Aquila chrysaetos), assiolo, gheppio (Falco tinnunculus), allocco, colombo, gufo comune (Asio otis) e passero].

Tutti gli animali campionati nel presente studio pos-sono essere considerati portatori sani di Salmonella per l’assenza di lesioni patologiche riconducibili a salmonellosi (enterite emorragica, epatite glauco-matosa, ecc.).

Tra le volpi e i Mustelidi positivi, analizzati per due matrici, la maggior parte sono risultati positivi solo

Salmonella Enteritidis sono risultati sensibili agli antibiotici (S).

Trentatrè ceppi, definiti multi-resistenti (MDR), sono risultati intermedi o resistenti a due o più classi di antibiotici (Tabella VII).

DiscussioneLo studio ha analizzato la presenza di Salmonella nella fauna selvatica dell’Italia nord-occidentale (Ca-nidi, Mustelidi, Ungulati e Uccelli).

Una ricerca simile, effettuata nei Paesi Baschi (20), per un breve periodo (2001-2002) e su un basso nu-mero di animali, ha evidenziato come la prevalenza di Salmonella nei Mammiferi selvatici sia comparabi-le a quella degli Uccelli selvatici. Nella ricerca citata, in linea con quanto rilevato nel presente studio, gli animali positivi non hanno mostrato sintomi di sal-monellosi. Tuttavia, le frequenze di positività rileva-te nel presente studio su Mammiferi e Uccelli sono entrambe inferiori a quelle riportate da Millán et al. (rispettivamente, 5,8% vs 7,2% e 2,2% vs 8,5%) (20).

Per quanto riguarda i Canidi e l’infezione da Salmo-nella si riporta uno studio sulle volpi in Norvegia risultate infettate dallo stesso sierotipo Salmonella Typhimurium responsabile di focolai nei Passerifor-mi (14). Diversamente, nello studio effettuato non è rilevabile una correlazione tra ceppi di Salmonella Typhimurium isolati da specie animali differenti e non si riportano focolai di salmonellosi negli Uccel-li. Tuttavia, alcuni sierotipi di Salmonella (S. Infantis, S. Kottbus, S. Livingstone, S. Veneziana) sono stati riscontrati in animali connessi tra loro nella catena alimentare {volpe rossa, faina, rapaci [biancone, as-siolo (Otus scops), falco pellegrino (Falco peregrinus)] e cinghiale (Sus scrofa)} (Tabella VI).

Il comportamento e le abitudini alimentari degli animali selvatici influenzano la probabilità di essere infettati da Salmonella (9). In particolare, tassi, volpi,

Table VII. Schema dei ceppi di Salmonella multi-resistenti (MDR).

Sierotipo Specie animale Schema di MDRS. Typhimurium DT 104 Volpe rossa AM-C-S-T-TES. Typhimurium DT 193 Gufo comune AM-AMC-N-S-T-TE

S. Typhimurium Poiana AM-AMC-S-T-TEVolpe rossa AM-NA-ENR-S-TEVolpe rossa AM-NA-ENR-S-T-TEVolpe rossa S-T-TE

S.Brancaster Gheppio AM-AMC-NA-N-S-K-T-TE-SXTS. Heidelberg Volpe rossa AM-AMC-T-TES. Bredeney Volpe rossa N-S-T-TE

S. Ohio Aquila reale AM-AMC-S-T-TENuovo sierotipo Volpe rossa AM-S-T-TENon tipizzabile Faina AM-AMC-KF-ENR-T-TE

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192 Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 187-194. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.193.200

Salmonella spp. e ceppi antibiotico-resistenti nei selvatici Botti et al.

zoonosi resistenti agli antibiotici è un aspetto rile-vante per il trattamento delle infezioni umane per la capacità di compromettere l’efficacia delle terapie.

Gli Stati Membri dell’Unione Europea raccolgono e analizzano un’ampia varietà di campioni animali e alimentari per monitorare la presenza di batteri antibiotico-resistenti responsabili di zoonosi, gene-ralmente Salmonella, Campylobacter, Escherichia ed Enterococcus. Non esistono dati sulla resistenza agli antibiotici nella fauna selvatica da confrontare con i risultati del presente studio. I soli dati disponibili sono quelli riportati dall’EFSA riguardanti il bestia-me (da 0,2% a 75%) (11). Il tasso di resistenza agli antibiotici nella fauna selvatica, emerso nel presente studio (97,7%), risulta maggiore di quello indicato dal rapporto EFSA, tuttavia i dati devono essere cor-relati alla numerosità campionaria.

I valori di resistenza più elevati sono stati registrati nei confronti delle tetracicline, verosimilmente per l’impiego frequente in medicina veterinaria, in circa i due terzi dei regimi terapeutici (26). In aggiunta, diversamente dai dati europei, i risultati hanno mo-strato una totale sensibilità dei ceppi a cefotaxime e ciprofloxacina.

Tra le Salmonelle MDR, un caso significativo è rap-presentato da Salmonella Brancaster isolata da un gheppio, che ha rivelato di essere un sierotipo intermedio o resistente verso ampicillina, amoxi-cillina + acido clavulanico, acido nalidixico, neo-micina, streptomicina, kanamicina, oxitetraciclina, tetraciclina e trimetoprim + sulfametoxazolo. Le informazioni epidemiologiche relative a questo sie-rotipo sono piuttosto limitate. La letteratura indica isolamenti sporadici: Salmonella Brancaster è stata riportata in Toscana nel 1985 e nel 1991 da campio-ni umani (23) ma senza fornire dati sulla sensibilità antimicrobica.

Salmonella Typhimurium DT 104, considerata un agente patogeno emergente, ha mostrato un ele-vato numero di resistenze rispetto agli altri fagotipi. Non è noto se gli isolati di DT 104 possiedano viru-lenza maggiore oppure se essa stessa sia associata a geni di resistenza multipla. Se i geni relativi alla virulenza fossero associati a quelli dell’antibiotico-resistenza, essa potrebbe essere selezionata dall’uso di antibiotici (2).

Cause probabili che promuovono la selezione di ceppi antibiotico-resistenti sono: i trattamenti mas-sivi effettuati negli allevamenti per la terapia e la profilassi delle infezioni batteriche, una posologia inaccurata e tempi di trattamento inadeguati. An-che l’uso di mangimi addizionati con antibiotici, a dosaggi sub-terapeutici, come promotori della cre-scita, possono produrre resistenza verso le molecole in uso e verso quelle strutturalmente e farmacologi-camente correlate (cross-resistenza) (13).

per il linfonodo meseraico, non per le feci (n=44). Questo aspetto indica che gli stessi animali al mo-mento del campionamento, pur essendo portatori di Salmonella, non sono escretori. È probabile che fattori stressanti (avverse condizioni climatiche, ca-renze nutrizionali, altre malattie infettive) favorisca-no il trasferimento di Salmonella nelle feci rendendo l’animale escretore.

La fauna selvatica può essere un ricco serbatoio di una grande varietà di sierotipi, la maggior parte dei quali da considerare non patogeni. Tuttavia, alcuni geni che codificano per fattori di virulenza, localizza-ti su plasmidi, possono essere trasferiti da un ceppo all’altro causando un incremento della patogenicità di alcuni sierotipi (1). Questi ultimi, inoltre, possono preferire specie animali differenti: alcuni sono con-siderati specie-specifici, altri ubiquitari (13). La pre-senza di plasmidi di virulenza in sierotipi adattati all’ospite suggerisce che l’acquisizione orizzontale della virulenza può aver espanso l’assortimento di ospiti di Salmonella (25).

Tra i ceppi del microrganismo isolati nel presente studio, il 32% (n=41/130), menzionato nei rappor-ti Enter-net Italia 2002-2009 come responsabile di infezioni umane, è risultato costituito da: S. Enteri-tidis, S. Typhimurium, S. Heidelberg, S. Muenchen, S. Thompson, S. Bredeney, S. Napoli e S. Infantis (7, 8).

In particolare, S. Napoli è un sierotipo emergente in Italia. Uno studio recente suggerisce che il principale serbatoio del microrganismo possa essere l’ambien-te (12), anche se Graziani et al. non hanno identifica-to una specifica fonte di esposizione per l’uomo. La presente indagine indica che il tasso possa rappre-sentare una fonte sostanziale di S. Napoli.

Il sierotipo S. Thompson è stato associato a un foco-laio di salmonellosi causato da rucola contaminata da acque di irrigazione non potabili (21). La fauna selvatica, in particolare gli Uccelli, potrebbero cau-sare la contaminazione delle colture vegetali, diret-tamente con materiale fecale o indirettamente con la contaminazione delle acque di irrigazione (15).

In uno studio precedente (6), effettuato nella regio-ne Valle d’Aosta, è stato osservato come le distribu-zioni spaziali stimate di carnivori ed esseri umani infettati da Salmonella fossero parzialmente sovrap-poste, considerando che S. Typhimurium, S. Heidel-berg e S. Infantis sono state isolate in entrambi. Que-sto aspetto può essere spiegato dal comportamento sinantropico delle specie selvatiche che vivono in prossimità di aree residenziali, zone agricole e disca-riche di rifiuti. La dieta estremamente diversificata di cinghiali, tassi e volpi aumenta il rischio di acquisire Salmonella e spiega l’ampia diversità di sierotipi (9).

L’analisi dei dati ha rivelato la presenza di una diffusa antibiotico-resistenza di Salmonella in Italia nord-occidentale. La diffusione di batteri responsabili di

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Botti et al. Salmonella spp. e ceppi antibiotico-resistenti nei selvatici

Corpo Forestale dello Stato e l’Ufficio Fauna della Re-gione Autonoma Valle d’Aosta per il campionamento; la dott.ssa Cristina Banchi e la dott.ssa Raffaella Spedi-cato per il supporto tecnico e analitico.

FinanziamentiQuesto studio è stato in parte finanziato dal Ministe-ro della Salute attraverso il Progetto di ricerca PLV 25/07 RC “Epidemiosorveglianza in CRAS e CRASE: monitoraggio sanitario di rapaci e passeriformi per la messa a punto di un sistema di prevenzione verso alcune zoonosi (infezione da Chlamydia e Salmonel-la, influenza aviaria, Newcastle disease e West Nile disease) e parassitosi della avifauna selvatica” e il Progetto di ricerca IZS PLV 009/00 “Valutazione sulla presenza di alcune patologie nella volpe e nei mu-stelidi con possibili ripercussioni sulla salute dell’uo-mo e degli animali domestici”.

ConclusioniÈ necessaria una costante vigilanza su Salmonella nella fauna selvatica e sulla sua sensibilità agli anti-biotici per identificare precocemente i ceppi respon-sabili di zoonosi, individuare nuovi profili di resisten-za e valutare le misure di controllo. I risultati ottenuti in questo studio sottolineano la necessità di coordi-nare al meglio organizzazioni e reti che si occupano di sicurezza alimentare, salute animale e umana.

RingraziamentiGli autori ringraziano: la dott.ssa Lucia Decastelli della S.C. Controllo alimenti e igiene delle produzioni, IZS Piemonte, Liguria e Valle D’Aosta, per l’identificazione dei sierotipi; la dott.ssa Antonia Ricci del Centro di Re-ferenza Nazionale per le Salmonellosi, IZS delle Vene-zie, per la fagotipizzazione; il dott. Roberto Pellizzaro del Centro di Recupero della Valle d’Aosta e la dott ssa Elena Ghelfi del Parco Fluviale del Po e dell’Orba, il

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195

IntroductionSalmonella is a zoonotic bacterium of public health significance, with considerable economic impact (19). Salmonellosis is one of the most common and widely distributed food-borne diseases. It is noteworthy that in Europe, Salmonellosis is the second food-borne disease after campylobacteriosis.

In 2010, the European Food Safety Authority (EFSA) reported 99,020 cases of human salmonellosis from 27 EU Members States including 2,730 cases in Italy. In our country Salmonella is still the major cause of food-borne outbreaks (10). The genus Salmonella consists of two species: S. enterica and S. bongori (22). The first one includes 6 subspecies (subsp.): enterica, salamae, arizonae, diarizonae, houtenae, and indica. There are over 2,500 serotypes of zoonotic Salmonella, most belonging to the subspecies enterica.

Salmonella resides in a variety of different hosts: in farmed and domestic animals but also in wild and exotic fauna, including reptiles. Several European Countries endorse Salmonella surveillance plans on

farmed animals. In this respect it is noteworthy that in 2009 the great majority of strains was collected from poultry (45.7%), swine (16.02%), and turkey (4.14%) (3). Conversely, Salmonella survey in wild animals is not regulated by national monitoring plans and it is only occasionally performed for research purpose. Several studies have been performed on wild birds (17, 27), however few reports are available on the presence of Salmonella in wild mammals. This study aimed to investigate the presence of Salmonella including antibiotic-resistant strains in wild animals (canids, mustelids, wild birds, rodents, and ungulates) in north-western Italy.

Material and methods

Sample collectionBetween January 2002 and December 2010, 2,713 wild animals (1,222 canids, 221 mustelids, 1,101 wild birds, 100 rodents, 69 ungulates) were collected in north-western Italy (Valle d’Aosta,

SummarySalmonella is an important zoonotic pathogen of economic importance. In Europe, salmonellosis is the second food-borne infection, in Italy, Salmonella is still the major cause of food-borne outbreaks. In Europe, there are many Salmonella surveillance plans on farmed animals, while Salmonella survey of wild animals is occasionally performed. The aim of this study was to investigate the presence of Salmonella including the antibiotic-resistant strains in wild animals. Between 2002 and 2010, 2,713 wild animals (canids, mustelids, birds, rodents, ungulates), were collected in north-western Italy and tested for Salmonella by classical microbiological culture method followed by serological and biochemical typing. One hundred and seventeen wild animals (63 canids, 25 mustelids, 24 birds, 5 ungulates) were found positive for Salmonella (4.3%). One hundred and thirty strains, belonging to several serotypes were isolated, and S. Typhimurium was the most common serotype found. Antibiotic susceptibility was tested by disk-diffusion test on 88 strains. Almost all the analyzed strains (97.7%) showed resistance/intermediate resistance to at least one class of antibiotics and the highest resistance values were observed for the tetracycline class. In conclusion, zoonotic and antibiotic-resistant serotypes were found in many species of wildlife.

Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 195-202. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.201.208

Velca Botti, Francine Valérie Navillod, Lorenzo Domenis, Riccardo Orusa,Erika Pepe, Serena Robetto & Cristina Guidetti

Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta,National Reference Center for Wild Animal Diseases (Ce.R.M.A.S.), Regione Amérique 7/G, 11020 Quart, Italy

[email protected]

KeywordsAntibiotic-resistance,North-western Italy,Salmonella,Tetracycline,Wildlife.

Salmonella spp. and antibiotic-resistant strainsin wild mammals and birds

in north-western Italy from 2002 to 2010

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196 Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 195-202. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.201.208

Salmonella spp. and antibiotic-resistant strains in wildlife Botti et al.

of mesenteric lymph nodes, faeces and viscera was performed for a total of 3,862 biological samples. In particular 927 red foxes (Vulpes vulpes) and 146  mustelids were sampled both for faeces and lymph nodes. A cloacal swab was generally collected from live animals.

Isolation and identification of Salmonella All samples were homogenized in a Stomacher blender. After incubation in Buffered Peptone Water for 18 hours, three enrichment broths - Selenite Cystine, Rappaport-Vassiliadis, and Mueller Kauffman Tetrathionate - were inoculated and incubated for 24 hours; 10 µl of each broth were inoculated onto 2 plates of selective media, Brilliant Green Agar and Xylose Lysine Deoxycholate agar. The plates were incubated for 24 hours at 37°C. Suspected colonies were transferred on Triple Sugar Iron for a first identification of Enterobacteriaceae, based on sugar fermentation and H2S production.

The presumptive Salmonellae were confirmed with biochemical (API 20E®) and serological tests. Monovalent antisera have been deployed for the identification of the serotypes. S. Typhimurium and S. Enteritidis were phage typed by the Centro di Referenza Nazionale per le Salmonellosi, Italy, according to standard methods.

Antimicrobial susceptibility testingThe antibiotic susceptibility was tested using disk-diffusion test (Kirby-Bauer Method), performed on Mueller-Hinton agar from a bacterial suspension of turbidity equal to McFarland 0.5. The interpretation was made according to the criteria provided by the Clinical Laboratory Standard Institute (4).

Antibiotics tested in this study are representative of different classes: β-lactams, tetracyclines, quinolones, aminoglycosides, sulphonamides, polypeptides, and phenicols. These molecules were selected for their relevance to public health and taking into account the EFSA guidance (11), the network Enter-net Italy (5), and the available literature. The antibiotics tested and their concentrations are shown in Table II.

Results

Strains of SalmonellaOne hundred and seventeen wild animals (63 canids, 25 mustelids, 24 wild birds, 5 ungulates) were found positive for Salmonella (4.3%). None of them showed clinical symptoms or pathological lesions related to salmonellosis. The positivity frequency was: 5.2%

Piemonte and Liguria regions) and tested for Salmonella  spp.  (Table  I). The animals were mostly found dead (usually for a trauma or following a car accident); some of them were hunted for provincial or regional control plans; in fewer cases, the animals were admitted to wildlife rehabilitation centres.

Dead animals, delivered to our laboratory, were submitted to a complete necropsy and the sampling

Table I. List of sampled animals.

Family Genus/species (common name)Canids Canidae Vulpes vulpes (red fox)Mustelids Mustelidae Meles meles (badger)

Martes martes (stone marten)Martes foina (marten)Mustela putorius (polecat)

Wild birds Accipitridae Accipiter gentilis (goshawk)Accipiter nisus (sparrowhawk)Aquila chrysaetos (golden eagle)Buteo buteo (common buzzard)Circaetus gallicus(short-toed snake-eagle)

Ardeidae Nycticorax nycticorax(black-crowned night heron)

Columbidae Columba livia (common pigeon)Corvidae Garrulus glandarius (eurasian jay)

Corvus corone (carrion crow)Pica pica (magpie)

Cuculidae Cuculus canorus (cuckoo)Falconidae Falco peregrinus (peregrine falcon)

Falco spp. (hawk)Falco tinnunculus (common kestrel)Pernis apivorus (honey buzzard)

Fringillidae Fringilla coelebs (chaffinch)Laridae Larus spp. (seagull)Passeridae Passer domesticus (house sparrow)Picidae Picus viridis (green woodpecker)Scolopacidae Scolopax rusticola (woodcock)Strigidae Asio otus (long-eared owl)

Bubo bubo (eagle-owl)Otus scops (scops owl)Strix aluco (tawny owl)

Sturnidae Sturnus vulgaris (european starling)Tetraonidae Tetrao tetrix (black grouse)Turdidae Turdus merula (blackbird)Tytonidae Tyto alba (barn owl)

Rodents Cricetidae Clethrionomys glareolus (bank vole)Myocastoridae Myocastor coypus (nutria)Muridae Apodemus spp. (field mouse)Soricidae Sorex spp. (shrew)

Ungulates Cervidae Cervus elaphus (red deer)Suidae Sus scrofa (wild boar)

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197Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 195-202. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.201.208

Botti et al. Salmonella spp. and antibiotic-resistant strains in wildlife

2  animals showed 2 subspecies of Salmonellae in the same matrix and 11 animals, sampled both for faeces and for lymph nodes [1 marten (Martes foina), 2 badgers (Meles meles), and 8 red foxes], were positive for both matrixes (Tables IV and V).

(63/1,222) in canids, 11.3% (25/221) in mustelids, 2.2% (24/1,101) in wild birds, and 7.2% (5/69) in ungulates. No rodent was positive for Salmonella (Table III).

A total of 130 Salmonella strains was isolated:

Table II. Antibiotic susceptibility (Kirby-Bauer Method), number and percentage of resistant/intermediate resistant strains.

Antimicrobial class Active molecule Symbol Dose (μg) Antibiotic R/IR Strains Fr % (no)Aminoglycosides Amikacin AK 30 0% (n=0)

Streptomycin S 10 46.6% (n=41)

Neomycin N 30 7.9% (n=7)

Gentamicin CN 10 0% (n=0)

Kanamycin K 30 4.5% (n=4)

β-lactams Ampicillin AM 10 13.6% (n=12)

Amoxicillin + clavulanic acid AMC 30 (20&10) 7.9% (n=7)

Cefotaxim CTX 30 0% (n=0)

Cefalotin KF 30 1.0% (n=1)

Phenicols Chloramphenicol C 30 1.0% (n=1)

Polypeptides Colistin CT 10 1.0% (n=1)

Quinolones Nalidixic acid NA 30 3.4% (n=3)

Enrofloxacin ENR 5 3.4% (n=3)

Ciprofloxacin CIP 5 0% (n=0)

Sulphonamides Trimethoprim + sulfamethoxazole SXT 25 (23.75&1.25) 1.0% (n=1)

Tetracyclines Oxytetracycline T 30 72.3% (n=68)

Tetracycline TE 30 81.8% (n=72)Fr = frequency; R = resistant strain; IR = intermediate resistant strain.

Table III. Antibiotic susceptibility (Kirby-Bauer Method), number and percentage of resistant/intermediate resistant strains.

YearCanids Mustelids Wild birds Rodents Ungulates Animals

Analyzed (no)

Positive Fr (no)

Analyzed (no)

Positive Fr (no)

Analyzed (no)

Positive Fr (no)

Analyzed (no)

Positive Fr (no)

Analyzed (no)

Positive Fr (no)

Analyzed (no)

Positive Fr (no)

2002 48 6.3% (n=3) 19 15.8%

(n=3) 25 - 2 - - - 94 6.4% (n=6)

2003 56 7.1% (n=4) 27 22.2%

(n=6) 126 1.6% (n=2) - - 4 - 213 5.6%

(n=12)

2004 142 9.9% (n=14) 57 7.0%

(n=4) 545 0.6% (n=3) 65 - 2 - 811 2.6%

(n=21)

2005 263 6.8% (n=18) 35 5.7%

(n=2) 84 3.5% (n=3) 30 - 26 3.8%

(n=1) 438 5.5% (n=24)

2006 178 6.2% (n=12) 33 21.2%

(n=7) 135 4.4% (n=6) - - 8 - 354 7.0%

(n=25)

2007 175 5.1% (n=9) 17 5.9%

(n=1) 131 3.1% (n=4) 1 - - - 324 4.3%

(n=14)

2008 296 0.7% (n=2) 19 - 14 - 2 - 28 14.3%

(n=4) 359 1.7% (n=6)

2009 46 - 5 20.0% (n=1) 36 13.9%

(n=5) - - 1 - 88 6.8% (n=6)

2010 18 5.6% (n=1) 9 11.1%

(n=1) 5 20.0% (n=1) - - - - 32 9.4%

(n=3)

Total 1,222 5.2% (n=63) 221 11.3%

(n=25) 1,101 2.2% (n=24) 100 - 69 7.2%

(n=5) 2,713 4.3% (n=117)

Fr = frequency.

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198 Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 195-202. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.201.208

Salmonella spp. and antibiotic-resistant strains in wildlife Botti et al.

Table IV. Coinfection by different Salmonella strains or phage types in the same animals (4 cases).

Animal species Faeces Mesentericlymph node

Red fox S. Typhimurium DT12 S. Typhimurium DT104

Red fox S. Veneziana S. Kottbus

Red fox S. enterica subsp. salamae AND S. Kimuenza Not tested

Short-toedsnake-eagle

S. enterica subsp. arizonae gr. Z:50:z4,z23:-: AND

S. Enteritidis gr. D1-1,9,12:g,m:-: PT4

Not tested

Table V. Salmonella presence in faeces and lymph nodes of canids and mustelids sampled for both matrixes.

Year

Salmonella in lymph node and

faecesSalmonella in lymph node

Salmonella in faeces

Mustelids Canids Mustelids Canids Mustelids Canids2002 - - 3 2 - -2003 2 2 1 1 - 12004 - 1 1 6 - 52005 2 - 1 12 - 12006 1 1 5 8 - 12007 - 2 - 2 - 42008 - - - 1 - 12009 - - - - 1 -2010 - - 1 - - 1Total 5 6 12 32 1 14

Table VI. Serotypes of Salmonella enterica subspecies enterica.

Salmonella serotype No Species

Alfort 1 Red foxBonariensis 3 Red fox, marten

Bredeney 1 Red foxBraenderup 1 Red foxBrancaster 1 Common kestrel

Coeln 5 Red fox, badger, martenCorvallis 1 Badger

Djugu 1 Red foxFarsta 1 Common pigeon

Galiema 1 Wild boarHeidelberg 3 Red fox

Hessarek 1 Red foxHiduddify 1 Red fox

Infantis 4 Red fox, marten, carrion crow, red deerKibi 2 Red fox, marten

Kimuenza 1 Red foxKottbus 5 Red fox, wild boar

Livingstone 2 Red fox, scops owlLoanda 1 Scops owl

Massenya 1 BadgerMikavasima 1 Red foxMuenchen 3 Red fox, badger

Napoli 2 BadgerNordufer 2 Badger

Ohio 1 Golden eagleStrourbridge 1 Black grouse

Suberu 1 Tawny owlThompson 2 Wild boar

Tsevie 1 Common pigeonTshiongwe 2 Red fox

Veneziana 8 Red fox, short-toed snake-eagle,peregrine falcon

Wil 1 Red fox

PT4. The other serotypes of S. enterica subspecies enterica are described in Table VI.

Antimicrobial resistanceEighty-eight strains were tested for antibiotic susceptibility. Almost all the analyzed strains (97.7%) showed resistance (R) / intermediate resistance (IR) to at least one class of antibiotics, with the highest resistance values observed for the tetracycline class. The percentage of resistance to individual active molecules is shown in Table II. Only 2 S. Enteritidis strains were fully antimicrobial susceptible (S). Thirty three strains were Multi Drug Resistant (MDR) showing R/IR towards 2 or more classes of antibiotics (Table VII).

The identified Salmonella subspecies were as follows: S. enterica subsp. enterica (n=91), S. enterica subsp. houtenae (n=13), S. enterica subsp. diarizonae (n=15), S. enterica subsp. arizonae (n=5), S. enterica subsp. salamae (n=3). We also found Salmonella spp. indicated as ‘new serotype’ (n=2) and ‘untypifiable serotype’ (n=1) by the Food Safety Department (Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta, Italy).

S. Typhimurium was the most common identified serotype and it was documented in 7 red foxes, 4 badgers, 2 common pigeons (Columba livia), 1 eurasian jay (Garrulus glandarius), 1 house sparrow (Passer domesticus), 1 common buzzard (Buteo buteo), 1 long-eared owl (Asio otus), and 1 barn owl (Tyto alba).

The phage typing was made for 10 S. Typhimurium and the definitive bacteriophage types (DT) were DT 104, DT 12, DT 193, DT 302 and only 1 ‘untypifiable phage’. S. Enteritidis was found in 5 animals [2 red foxes, 1 short-toed snake-eagle (Circaetus gallicus), 1 tawny owl (Strix aluco), 1 seagull (Larus spp.)] from all sampling areas; in 3 cases the phage type was

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199Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 195-202. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.201.208

Botti et al. Salmonella and antibiotic-resistance in north-western Italy

bacteria (72%) (29). These results, even if apparently different, are comparable to our data, which show a high prevalence despite the low sample size. This frequency can be explained by the biology of badgers: they are social animals that share the same setts and latrines and they have an omnivorous diet that includes a variety of food as insects, small mammals and birds.

In Italy a study (18) was conducted on wild boar, roe deer (Capreolus capreolus), red deer (Cervus elaphus), and red fox in the areas of Lombardia and Emilia Romagna in 2005-2009. Salmonella was isolated from wild boars with various prevalences (from 3.9% to 26%) depending on the geographical area of sampling. Only occasionally, the bacterium was detected in roe deer, red deer and red foxes. Similarly to our results, the serotyping revealed the presence of S. Typhimurium, S. Napoli, S. Veneziana, S. Mishmarhaeme and, in particular, S. Thompson in wild boars.

Several studies were performed on the presence of Salmonella in wild birds. In Spain, Reche et al. (24) quoted a prevalence of 4% in raptors, mainly S. Typhimurium DT 104. In another study, a higher Salmonella percentage (10%) is reported in wild raptors (19). In this study, a lower Salmonella positivity (2.2%) was reported in all wild birds, even if half of the isolations occurred in raptors (n=12/24).

As reported by Vieira-Pinto et al. (28) and Hilbert et al. (16), the game animals - in our study wild boars, red deer and black grouse (Tetrao tetrix) - could represent an infection source for humans, when shots in the abdomen or an incorrect evisceration might cause faecal contamination of meat intended for consumption. Another source of human infection can be represented by the incorrect manipulation of live wild animals near rehabilitation centres, especially wild birds - in our study golden eagle (Aquila chrysaetos), scops owl, common kestrel (Falco tinnunculus), tawny owl, common pigeon, long-eared owl (Asio otis), and sparrow.

All the animals sampled in this study can be considered healthy carriers of Salmonella because of the absence of pathological lesions related to salmonellosis (haemorrhagic enteritis, glaucomatous hepatitis, etc.). The majority of positive red foxes and mustelids, analyzed for two matrixes, was positive only for lymph nodes and not for faeces (n=44). Therefore these animals are Salmonella carriers but not excretory at the time of sampling. It is likely that stress factors (adverse climate conditions, nutritional deficiencies, other infectious diseases) facilitate the transfer of Salmonella into faeces, so making the animal an excretory carrier. Wildlife may be a rich reservoir of a great diversity of serotypes, most of which are not considered pathogenic. However, some genes

DiscussionThis study analyzes the presence of Salmonella in wildlife from north-western Italy (canids, mustelids, ungulates, and wild birds).

To our knowledge this is one of the few studies analyzing several wild animal classes for the presence of Salmonella in Italy. A similar research, performed in Basque Country (20) for a shorter period of time (2001-2002), and on a lower number of animals, showed that the prevalence of Salmonella in wild mammals is comparable to that of wild birds. Positive animals showed no signs of salmonellosis as reported in our study. However, the frequencies of positivity found in our survey in mammals and birds were lower than those reported from Millán et al. (5.8% vs 7.2% and 2.2% vs 8.5% respectively) (20).

Salmonella infection in canids was tested only in one study performed on red foxes in Norway. Red foxes were infected with the same serovar of S.  Typhimurium that caused outbreaks in Passeriformes (14). In contrast, in our work there is no correlation among strains of S. Typhimurium isolated from different animal species and there is no evidence of salmonellosis outbreaks in wild birds. Nonetheless, some serotypes of Salmonella (S.  Infantis, S. Kottbus, S. Livingstone, S. Veneziana) were detected in different food chain related animals {red fox, marten, raptors [short-toed snake-eagle, scops owl (Otus scops), peregrine falcon (Falco peregrinus)] and wild boar (Sus scrofa)}.

The behaviour and the feeding habits of wild animals certainly influence the likelihood to be infected with Salmonella (9). In particular, badgers, red foxes, raptors and wild boars could acquire Salmonella by scavenging on contaminated carcasses or on different human leftover (20).

A survey on nontyphoidal Salmonellae was performed on badger social groups in the United Kingdom, revealing a high prevalence of the

Table VII. Pattern of Multi Drug Resistant strains.

Serotype Animal species Pattern of MDRS. Typhimurium DT 104 Red fox AM-C-S-T-TES. Typhimurium DT 193 Long-eared owl AM-AMC-N-S-T-TE

S. Typhimurium Common buzzard AM-AMC-S-T-TERed fox AM-NA-ENR-S-TERed fox AM-NA-ENR-S-T-TERed fox S-T-TE

S.Brancaster Common kestrel AM-AMC-NA-N-S-K-T-TE-SXTS. Heidelberg Red fox AM-AMC-T-TES. Bredeney Red fox N-S-T-TE

S. Ohio Eagle AM-AMC-S-T-TENew serotype Red fox AM-S-T-TE

Untypeable Marten AM-AMC-KF-ENR-T-TE

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200 Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 195-202. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.201.208

Salmonella spp. and antibiotic-resistant strains in wildlife Botti et al.

antimicrobial resistance in wildlife are those reported by EFSA.

The antimicrobial resistance rate in wildlife, reported in the present study, was higher (97.7%) than the one indicated by the EFSA report concerning livestock (from 0.2% to 75%) (11); however, EFSA data are referred to a higher number of samples.

In our study, the highest resistance values were recorded for tetracyclines. This can be explained by the fact that this antibiotic is used in two thirds of the therapeutic regimens applied in veterinary medicine (26). In addition, in contrast with European data, our results show a complete sensitivity of strains to cefotaxime and ciprofloxacin.

Among the MDR Salmonellae, a significant case is represented by S. Brancaster isolated by a common kestrel that showed R/IR towards ampicillin, amoxicillin, clavulanic acid, nalidixic acid, neomycin, streptomycin, kanamycin, oxytetracycline, tetracycline, trimethoprim and, sulfamethoxazole. Epidemiological information concerning this serotype is rather limited. The literature indicates two sporadic isolates: S. Brancaster in Tuscany in 1985 and 1991 from human samples (23), but without antimicrobial susceptibility data.

S. Typhimurium DT 104, considered an emerging pathogen, shows a higher number of antibiotic-resistance than the other phage types. So far, it is not known whether the isolates of DT  104 possess greater virulence, or whether the virulence is associated with multiple genes. If the genes for virulence were associated with the antibiotic-resistance ones, the virulence could be selected by the use of antibiotics (2).

Massive treatments in breeding animals for therapy and prophylaxis of bacterial infections, inaccurate posology and inadequate treatment times are probable causes promoting the selection of antibiotic-resistant strains. Even the use of food supplemented with antibiotics in sub therapeutic conditions, as growth promoters, can produce bacterial resistance towards molecules already in use and those structurally and pharmacologically related (cross-resistance) (13).

ConclusionsIn conclusion a constant supervision of Salmonella in wildlife and its antibiotic-susceptibility is necessary to the early identification of zoonotic strains and the emergence of new resistance profiles, and to evaluate the control measures. Our findings in wildlife and the widespread Salmonellae outbreaks underline the need to better coordinate investigations between human and veterinary health and food safety organisations and networks.

encoding for virulence factors, located on plasmids, can be transferred from one strain to another and they can cause an increase in the pathogenicity of serotypes (1).

Different serotypes can be present in different animal species: some of them are considered species-specific, while others are ubiquitous (13). The presence of virulence plasmids in host-adapted serovars suggests that horizontal virulence acquisition can have expanded the host range of Salmonella (25).

Among the Salmonella strains isolated in our study, 32% (n=41/130) is also listed in the 2002-2009 Enter-net Italy reports as responsible for human infections: S. Enteritidis, S. Typhimurium, S.  Heidelberg, S. Muenchen, S. Thompson, S.  Bredeney, S. Napoli, and S. Infantis (7, 8). In particular, S. Napoli is an emerging serovar in Italy. A recent study (12) suggests that S. Napoli is mostly present in the environment whence it can spill over to animals and humans, even if Graziani et al. (12) do not point out a specific source of exposure for humans. Our survey indicates that badgers may be a substantial source of S. Napoli.

S. Thompson has been associated with a salmonellosis outbreak caused by rocket lettuce massively contaminated by irrigation with non-drinkable water (21). Wild animals, in particular wild birds, might cause the contamination of vegetables crops (15) either directly with faecal material, or indirectly, with pollution of irrigation water.

In a previous study (6), performed in Valle d’Aosta region, we observed that the estimated spatial distribution of carnivores and humans infected by Salmonella are broadly overlapping. In fact, S. Typhimurium, S. Heidelberg and S. Infantis were isolated from both of them. The overlapping can be explained by the sinantrophic behaviour of wild species that live close to residential areas and near houses, farmland, and waste dumps. The generalist diet of wild boars, badgers and foxes increases the risk to acquire Salmonella and it justifies the high diversity of serotypes (9).

The data analysis revealed the presence of widespread antimicrobial-resistant Salmonella in north-western Italy. The diffusion of zoonotic bacteria resistant to antibiotics is an important concern for the treatment of human infections, because it can compromise the effectiveness of the therapy. All EU Member States collect and analyze a variety of animal and food samples to monitor the presence of antimicrobial-resistant zoonotic bacteria: commonly Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli, and Enterococcus. However, a comparison of our results with previous research is not possible as the only available data about

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201Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 195-202. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.201.208

Botti et al. Salmonella and antibiotic-resistance in north-western Italy

Grant supportThis project was partially funded by Italian Ministry of Health - research project PLV 25/07 RC ‘Epidemiosorveglianza in CRAS e CRASE: monitoraggio sanitario di rapaci e passeriformi per la messa a punto di un sistema di prevenzione verso alcune zoonosi (infezione da Chlamydia e Salmonella, influenza aviaria, Newcastle disease e West Nile disease) e parassitosi della avifauna selvatica’ and research project IZS PLV 009/00 ‘Valutazione sulla presenza di alcune patologie nella volpe e nei mustelidi con possibili ripercussioni sulla salute dell’uomo e degli animali domestici’.

AcknowledgementsThe authors wish to express their gratitude to Dr.  Lucia Decastelli of Food Safety Department, Istituto Zooprofilattico Sperimentale del Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta, for identification of serotypes; Dr. Antonia Ricci of National Reference Laboratory for Salmonellosis, Istituto Zooprofilattico Sperimentale delle Venezie, for phage typing; Dr. Roberto Pellizzaro of Rehabilitation Center Valle d’Aosta and Dr. Elena Ghelfi of Parco Fluviale del Po e dell’Orba, Corpo Forestale and Ufficio Fauna Regione Autonoma Valle d’Aosta for the sampling; Dr. Cristina Banchi and Dr. Raffaella Spedicato for technical and analytical support.

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202 Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 195-202. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.201.208

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203

1 Scuola di Scienze Ambientali, Università di Camerino, Via Gentile III da Varano, 62032 Camerino, [email protected]

2 Dipartimento di Scienze Biopatologiche e Igiene delle produzioni animali e alimentari, Università di Perugia,Via S. Costanzo 4, 06126 Perugia, Italia

3 Igiene degli alimenti di origine animale, Servizio Veterinario AV3-ASUR Marche,Viale E. Betti 15/A, 62032 Camerino, Italia

de a diffondersi nella prateria, limitando la crescita, la riproduzione (sessuale e vegetativa) e la disper-sione di specie più appetibili (4, 10, 12, 19). Questa evenienza provoca la modificazione della compo-sizione floristica del pascolo che può portare ad uno squilibrio ecologico che abbassa il valore e la biodiversità del pascolo stesso (1, 2, 7). Le praterie primarie delle montagne dell’Appennino italiano sono ricomprese all’interno di siti di importanza comunitaria (SIC) o di zone di protezione speciale (ZPS) (8). Ciò rende necessario limitare la dispersio-ne di specie invasive che possano incidere negati-vamente sulla biodiversità di questi territori.

Gli allevatori che conducono le loro greggi al pa-scolo su aree ad elevato rischio di incendio posso-no usufruire di incentivi pubblici per la prevenzione degli stessi e a sostegno della zootecnia attraverso le opportunità offerte dalla Politica Agricola Comu-

IntroduzioneL’Unione Europea, oltre a promuovere e salvaguar-dare il benessere animale, sostiene ricerche fina-lizzate all’utilizzo di animali domestici per la pre-venzione degli incendi boschivi (Regolamento CE 1782/2003). La presenza di necromassa nelle zone ecotonali tra bosco e pascolo, spesso caratterizzate da una densa copertura di Brachypodium rupestre, è una potenziale esca per lo sviluppo di incendi bo-schivi. Questa pianta erbacea, piuttosto alta, è poco appetita dagli ovini per le foglie molto fibrose e ric-che di silicati (17). Tuttavia, pecore tenute in recinti in aree densamente coperte da Brachypodium rupe-stre tendono a sfruttare tutta la risorsa foraggera di cui dispongono e in questo modo rimuovono una possibile causa di innesco di incendio.

Se il Brachypodium rupestre non viene brucato ten-

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Parole chiaveBrachypodium rupestre,Cheratinizzazione ruminale,Ovini,Prevenzione incendi boschivi,Valutazione dello stato corporeo (BCS).

RiassuntoL’articolo valuta e mette in correlazione i cambiamenti del grado di cheratinizzazione della mucosa ruminale con lo stato corporeo di ovini tenuti a pascolare per 20 giorni in un’area ad elevata copertura di paléo rupestre (Brachypodium rupestre). Il pascolo degli ovini in queste aree riduce il rischio di incendi boschivi. Tuttavia, l’assunzione di Brachypodium rupestre protratta per lunghi periodi può compromettere la salute generale degli animali. Lo scopo di questo studio è di determinare il periodo massimo di permanenza degli animali in queste aree. Ovini mantenuti su un pascolo semi-mesofilo sono stati utilizzati come gruppo di controllo. Nei giorni 1, 10 e 20 della sperimentazione, 5 animali di ogni gruppo sono stati sacrificati per la valutazione delle modificazioni del grado di cheratinizzazione dell’epitelio dell’atrio e del sacco ventrale del rumine. La valutazione dello stato corporeo, o body condition score (BCS), e il peso vivo (PV) sono stati monitorati su altri 10 soggetti per gruppo. Il gruppo di controllo ha mostrato piccole variazioni del grado di cheratinizzazione del rumine che non hanno inciso negativamente sul BCS o sul PV. Il gruppo sperimentale ha mostrato un significativo incremento del grado di cheratinizzazione, già entro i primi dieci giorni, che ha portato ad un graduale abbassamento del BCS e ad un calo di peso tra il decimo e il ventesimo giorno. I dati ottenuti suggeriscono che al fine della prevenzione degli incendi boschivi gli ovini dovrebbero essere utilizzati a turno con periodi di permanenza nei pascoli ad alta copertura di Brachypodium rupestre non superiori ai 10-12 giorni.

Paola Scocco1, Francesca Mercati2, Andrea Brusaferro1,Piero Ceccarelli2, Carlo Belardinelli3, Alessandro Malfatti1

Grado di cheratinizzazione dell’epitelio ruminale e valutazione dello stato corporeo in ovini tenuti su

pascoli di Brachypodium rupestre

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tenute per 4 giorni su un pascolo con scarsa copertu-ra di Brachypodium rupestre (30%) e successivamente per 20 giorni trasferiti su terreno con elevata coper-tura (60%) di paléo rupestre. Un secondo gruppo co-stituito dalle restanti 25 pecore è stato tenuto su un pascolo naturale semi-mesofilo (gruppo di controllo) (5). In entrambi i gruppi, 10 pecore sono state utiliz-zate per la valutazione del BCS e del PV. Altre cinque pecore sono state sacrificate all’inizio dell’esperimen-to e dopo 10 e 20 giorni di alimentazione nei rispet-tivi pascoli (giorni: 1, 10 e 20). La distribuzione nei gruppi è stata equilibrata per BCS e PV iniziali.

Su tutti gli animali sono stati effettuati controlli clini-ci di routine per monitorare lo stato di salute, tra cui osservazioni macroscopiche dirette di labbra, lingua e mucose buccali al fine di evidenziare la presenza di eventuali macrolesioni.

Valutazione morfologica della mucosa ruminale Le macellazioni sono avvenute presso il mattatoio pubblico di Visso (Macerata). I campioni prelevati

nitaria (9) in relazione all’utilizzo delle best practices finalizzate alla conservazione della biodiversità e al rispetto del benessere animale.

In questo studio sono stati valutati il grado di chera-tinizzazione della mucosa ruminale, mediante micro-scopia ottica, e i cambiamenti dello stato corporeo, basati sull’andamento del body condition score (BCS) e del peso vivo (PV), di ovini alimentati su pascolo a elevata copertura di Brachypodium rupestre nel tenta-tivo di prevenire gli incendi boschivi. Lo scopo di que-sto studio è di quantificare il periodo in cui gli animali possono permanere in questo tipo di pascolo senza che il loro benessere sia influenzato negativamente.

Materiali e Metodi

Piano sperimentaleLa sperimentazione è stata effettuata durante il mese di ottobre 2009 utilizzando 50 pecore (razza comisa-na x razza appenninica) di un anno di età. Tutti gli animali, nullipari, sono stati mantenuti senza arieti. Di questi, 25 pecore (gruppo sperimentale) sono state

Effetto del Brachypodium rupestre su cheratinizzazione della mucosa ruminale e BCS Scocco et al.

Figura 1. Misurazione del grado di cheratinizzazione. Nell’immagine a sinistra, il quadrato delimita un campo selezionato per le misurazioni, l’immagine a destra ne presenta l’ingrandimento. Sono indicate l’altezza totale dello strato epiteliale e quella degli strati nucleati.

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Le immagini sono state elaborate con un software di analisi dell’immagine (Lucia Measurement, Labo-ratory Imaging Ltd, Praga, Repubblica Ceca).

Stato corporeoGli animali sono stati pesati nei giorni 1, 10 e 20 con bilancia elettronica (Kruuse PS250) e sottoposti a valutazione del BCS. Tale parametro è una stima complessiva dello stato corporeo dell’animale sulla base di proporzioni relative di muscoli e grasso ed è considerato un mezzo utile per valutare il benessere negli animali domestici (3, 11). Negli ovini, la valuta-zione si basa sui seguenti punti: palpazione dei pro-cessi spinosi delle vertebre toraciche e dei processi trasversi delle vertebre lombari, valutazione della massa muscolare/adiposa nella regione dorso-me-diale, valutazione dello stato generale dell’animale. Ciascun animale è stato classificato mediante scala numerica (0-5, con graduazioni di 0,5) considerando il confronto con animali e strutture del corpo de-scritti e illustrati in una tabella di riferimento. Il valo-re del BCS è risultato dalla media di tutti i punteggi assegnati a ciascuno dei quattro parametri. In que-sto studio gli animali sono stati valutati da cinque operatori esperti.

dalla parete dell’atrio e del sacco ventrale del rumi-ne sono stati fissati in soluzione di Bouin e inclusi in paraffina.

Per valutare lo strato di cheratina sono state esegui-te valutazioni morfologiche su sezioni tissutali dello spessore di 5µm, sottoposte alle seguenti colorazio-ni: ematossilina/eosina, tricromica di Mallory, floxina B/orange G/alcian blue (16). Per evitare variazioni di colorazione dovute a differenze di temperatura o incubazione, tutti i campioni sono stati processati insieme durante ogni fase della procedura.

Per valutare modificazioni o danni della mucosa del rumine causati da Brachypodium rupestre, le sezioni sono state osservate al microscopio ottico (Eclipse E800, Nikon Corporation, Tokyo, Giappone) e foto-grafate con fotocamera digitale (Dxm 1200, Nikon Corporation, Tokio, Giappone). Le immagini sono state in seguito impiegate per valutare lo strato di cheratina. È stata misurata l’altezza totale dell’epite-lio e quella degli strati nucleati. L’altezza dello strato di cheratina è stata calcolata come differenza. I valo-ri ottenuti sono stati successivamente convertiti in percentuale in relazione all’altezza totale del rivesti-mento epiteliale. Per ciascun animale sono stati se-lezionati otto campi di 0,35x0,27 mm. In ogni campo sono state effettuate cinque misurazioni (Figura 1).

Scocco et al. Effetto del Brachypodium rupestre su cheratinizzazione della mucosa ruminale e BCS

Figura 2. Papilla dell’atrio del rumine colorata con ematossilina/eosina. All’inizio dell’esperimento numerosi e ampi vasi sanguigni () sono presenti sotto l’epitelio e nella zona profonda della tonaca propria-sottomucosa della papilla del rumine. Al giorno 10 (inserto a sinistra), il numero e il calibro dei vasi () è diminuito. Alla fine del periodo sperimentale (inserto a destra), sono presenti solamente pochi e piccoli vasi () nella zona profonda del tessuto connettivo.

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Effetto del Brachypodium rupestre su cheratinizzazione della mucosa ruminale e BCS Scocco et al.

ha presentato un considerevole aumento del grado di cheratinizzazione dell’epitelio e una riduzione del numero e del calibro dei vasi nel gruppo sperimenta-le, come mostrato in Figura 2. Nel gruppo di controllo, il grado di cheratinizzazione è risultato leggermente aumentato, non sono state evidenziate differenze apprezzabili del numero e del calibro dei vasi.

I livelli di cheratina, misurati nei due comparti del ru-mine nei tre differenti momenti della sperimentazio-ne, sono riassunti in Tabella I e mostrati nelle Figure 3 e 4. Nel gruppo sperimentale, la percentuale di cheratinizzazione nell’atrio è aumentata dal 17,2% al 31,7%, nel sacco ventrale è salita dal 20,0% al 37,3%. Nel gruppo di controllo la percentuale di cheratiniz-zazione è passata dal 17,0% al 19,5% a livello dell’a-trio e dal 20,2% al 22,1% nel sacco ventrale.

All’inizio dell’esperimento le differenze della percen-tuale di cheratinizzazione dell’atrio e del sacco ven-trale del rumine tra il gruppo di controllo e il grup-po sperimentale non sono risultate significative. Al giorno 10 e 20, la percentuale di cheratinizzazione tra i due gruppi ha mostrato differenze significative sia a livello dell’atrio (P<0,001) che del sacco ventrale del rumine (P<0,001).

Analisi statisticaPer confrontare la differenza tra gruppo di controllo e gruppo sperimentale è stata utilizzata l’analisi del-la varianza (one-way). I dati inter-gruppo sono stati considerati come campioni provenienti da popola-zioni normali con la stessa varianza. Per verificare queste ipotesi, sono stati utilizzati il test di Shapiro-Wilk per la normalità e il test di Levene per l’omoge-neità. Quando queste condizioni non sono risultate soddisfatte è stato applicato il test non parametrico di Mann-Witney (20). Le analisi sono state effettuate utilizzando il software SPSS PC 8,0.

RisultatiDurante la sperimentazione, gli animali del gruppo di controllo e del gruppo sperimentale non hanno presentato problemi clinici e non hanno evidenzia-to lesioni macroscopiche a livello di labbra, lingua o mucosa buccale. La microscopia ottica non ha evi-denziato microlesioni nella mucosa dell’atrio e del sacco ventrale del rumine.

All’osservazione morfologica, la mucosa del rumine

Tabella I. Valori medi di cheratinizzazione (in percentuale) del PV (kg) e del BCS in pecore mantenute su pascolo a Brachypodium rupestre (gruppo sperimentale) o semi-mesofilo (gruppo di controllo).

Giorni

Cheratina (%)PW (kg) BCS

Atrio Sacco ventrale

Grup

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Grup

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Grup

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Grup

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Grup

posp

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le

P

1 17,0 17,2 0,4030 20,2 20,0 0,5790 50,63 50,83 0,924 2,72 2,75 0,806010 19,2 30,9 0,0001 21,7 32,9 0,0001 51,65 51,66 0,994 2,67 2,05 0,003020 19,5 31,7 0,0001 22,1 37,3 0,0001 51,25 49,04 0,230 2,59 1,65 0,0001

0

5

10

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Giorni dall’inizio della prova

Gruppo controllo

Gruppo sperimentale **

**

Figura 3. Percentuale media di cheratina (±SD) nell’epitelio dell’atrio del rumine nel gruppo di controllo e nel gruppo sperimentale ai giorni 1, 10 e 20. (** P = 0,0001 rispetto al gruppo controllo).

0

5

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**

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Giorni dall’inizio della prova

Gruppo controllo

Gruppo sperimentale

Figura 4. Percentuale media di cheratina (±SD) nell’epitelio del sacco ventrale del rumine nel gruppo di controllo e nel gruppo sperimentale ai giorni 1, 10 e 20. (** P = 0,0001 rispetto al gruppo controllo).

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Scocco et al. Effetto del Brachypodium rupestre su cheratinizzazione della mucosa ruminale e BCS

legato, probabilmente, al minor valore nutrizionale delle specie vegetali disponibili, dopo la selezione operata durante i primi 10 giorni di pascolo (21) e alle modificazioni della composizione chimica delle piante, dovute all’incremento dei contenuti in cellu-losa e lignina (10).

Il maggior incremento nella cheratinizzazione è sta-to osservato a carico del sacco ventrale del rumine. La presenza di materiale coriaceo e fibroso nella massa ingesta, che rimane a lungo nel sacco ventra-le, può spiegare le differenze nella cheratinizzazione in quanto il contatto diretto con la parete del presto-maco può indurre uno stress meccanico. Dopo soli 10 giorni di pascolo in parcelle a densa copertura di Brachypodium rupestre, è stato osservato un alto gra-do di cheratinizzazione sia nell’atrio (30,9%) che nel sacco ventrale (32,9%).

La permanenza in parcelle a densa copertura di Brachypodium rupestre ha inciso già dopo 10 giorni anche sullo stato corporeo degli animali: le modifi-cazioni del BCS sono considerate un indicatore più sensibile, rispetto ai cambiamenti del PV, dello sta-to nutrizionale degli animali. Il PV include, infatti, anche il peso del contenuto gastrointestinale (3). Le modificazioni del PV possono indurre una sotto o sovra-stima del benessere dell’animale in quanto una relativa scarsità di nutrienti può essere legata ad una assoluta scarsità di cibo come pure ad una assunzione di risorse trofiche inadeguate, portando sia ad una perdita che ad un aumento del PV, spin-gendo gli animali a sovralimentarsi nel tentativo di soddisfare i propri fabbisogni.

La valutazione del BCS è un metodo semplice e non costoso che permette di stimare lo stato corporeo e avere una indicazione della direzione (e, con una certa approssimazione, il tasso di variazione) dei pro-cessi metabolici primari, sia anabolici che catabolici. L’affidabilità del BCS è confermata dal confronto con parametri ematici endocrini e metabolici (3).

Le variazioni del PV del gruppo di controllo e del gruppo sperimentale sono indicate nella Tabella I e mostrate nella Figura 5. Una considerevole ridu-zione del PV è stata osservata durante il secondo periodo di pascolo su terreno densamente coperto a Brachypodium rupestre. Gli animali hanno presen-tato un decremento totale medio del PV di 1,79 kg. Nel gruppo di controllo il PV è aumentato di 0,62 kg nonostante si sia verificata una leggera riduzione durante il secondo periodo di pascolo. L’analisi della varianza non ha mostrato differenze significative tra il gruppo di controllo e quello sperimentale in nes-suno dei momenti di valutazione (Tabella I).

Le variazioni del BCS del gruppo di controllo e del gruppo sperimentale sono indicate nella Tabella I e mostrate nella Figura 6. Le pecore che hanno pa-scolato su Brachypodium rupestre hanno mostrato una riduzione del BCS (-0,62) al giorno 10 e ulteriore (-1,19) dopo 20 giorni. Nel gruppo di controllo il BCS è risultato diminuito leggermente (-0,13) al giorno 20. All’inizio della prova non sono state rilevate dif-ferenze significative del BCS medio tra il gruppo di controllo e quello sperimentale. Al giorno 10 è sta-ta evidenziata una differenza significativa (P=0,003) aumentata dopo 20 giorni (P<0,001).

DiscussioneDurante la sperimentazione tra il gruppo di con-trollo e quello sperimentale sono state osservate differenze significative della cheratinizzazione della mucosa ruminale e del BCS, mentre le modificazio-ni del PV non sono state significativamente diverse. Sebbene il decremento medio di 1,79 kg del PV non sia statisticamente significativo dovrebbe, comun-que, essere tenuto in considerazione dal punto di vista della perdita economica per l’allevatore. Gli animali del gruppo di controllo hanno mostrato un lieve calo del PV alla fine del periodo sperimentale

47

48

49

50

51

52

53

54

1 10 20

Peso

viv

o (k

g)

Giorni dall’inizio della prova

Gruppo controllo

Gruppo sperimentale

Figura 5. Variazioni della media del peso corporeo (±SD) nel gruppo di controllo e nel gruppo sperimentale ai giorni 1, 10 e 20.

Giorni dall’inizio della prova

1,5

1,7

1,9

2,1

2,3

2,5

2,7

2,9

3,1

1 10 20

BCS

(pun

ti)

***

Gruppo controllo

Gruppo sperimentale

Figura 6. Andamento del BCS medio (±SD) durante il periodo sperimentale ai giorni 1, 10 e 20. (*P = 0,003 rispetto al gruppo di controllo; **P = 0,0001 rispetto al gruppo di controllo).

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Effetto del Brachypodium rupestre su cheratinizzazione della mucosa ruminale e BCS Scocco et al.

risultato, verosimilmente, dovuto alle variazioni nel-la struttura della mucosa ruminale combinato con la bassa qualità nutrizionale del foraggio presente sul pascolo, declino che precede la perdita di peso dell’animale.

ConclusioniIl rumine ha risposto rapidamente agli stimoli mec-canici dovuti all’elevata fibrosità delle foglie del Bra-chypodium rupestre. L’incremento della cheratinizza-zione ha preceduto la diminuzione di altri parametri, quali BCS e PV, che divengono apprezzabili quando il benessere degli animali è stato inficiato dall’assun-zione di foraggio di scarso valore nutrizionale. L’an-damento del grado di cheratinizzazione dell’epitelio ruminale potrebbe essere indicativo della diminu-zione dello stato corporeo.

Considerato il rapido aumento della cheratizzazione e l’effetto negativo sul BCS già nei primi 10 giorni di alimentazione su un pascolo ad elevate copertura di Brachypodium rupestre, gli animali non dovrebbero rimanere in questi ambienti pastorali per più di 10-12 giorni. La valutazione del BCS può rappresentare un utile strumento di controllo dello stato di benes-sere degli ovini che pascolano su praterie con risorse foraggere di scarso valore nutrizionale, al fine di pre-venire consistenti perdite del PV.

RingraziamentiGli autori desiderano ringraziare la dottoressa Pao-la Coliolo e la signora Maria Gabriella Mancini per la loro eccellente assistenza tecnica. Sono, inoltre, riconoscenti al Centro di Calcolo dell’Università di Camerino per l’utilizzo del programma SPSS.

Finanziamenti Questo lavoro è stato finanziato dalla Regione Mar-che, Progetto n°16 L.R. 37/99-DGR 1234/05 Zootec-nia e Prevenzione Incendi.

Un recente studio ha dimostrato che le variazioni della mucosa del sacco ventrale del rumine sono correlate al ciclo vegetativo del pascolo (6), analo-gamente, durante il ciclo vegetativo del pascolo le modificazioni del BCS sono correlate alle variazioni morfometriche della mucosa ruminale. Il grado di cheratinizzazione dell’epitelio nel sacco ventrale e nell’atrio del rumine ha mostrato valori medi più alti quando il BCS medio è risultato basso, in relazione al periodo di secchezza del pascolo durante il ciclo vegetativo del 2007, anno da considerare siccito-so. Il minor grado di cheratinizzazione si è avuto in corrispondenza del periodo di fioritura del 2008, anno piuttosto piovoso, che ha fatto registrare il BCS medio più alto (6). Il BCS diminuisce quando è bassa la qualità e/o la quantità delle risorsa forag-gera, situazione che induce una diminuzione dell’e-stensione della superficie assorbente del rumine e, quindi, l’assorbimento degli acidi grassi volatili (14, 18). La capacità assorbente, facilitata dalla riduzione degli strati epiteliali (13), è ridotta dall’incremento della cheratinizzazione della mucosa. La probabile riduzione della funzione assorbente nelle pecore utilizzate in questo studio è supportata dal decre-mento del numero di capillari nella tonaca propria sottomucosa del rumine, analogamente a quanto osservato in animali nutriti con foraggio fibroso dal-lo scarso valore nutrizionale (13, 14, 15).

Il gruppo di controllo ha mostrato piccole variazioni del grado di cheratinizzazione della mucosa rumina-le che, verosimilmente, non hanno alterato la capaci-tà assorbente del rumine né sono risultate collegate a una riduzione significativa del BCS. Al contrario, il gruppo sperimentale ha mostrato un considerevole incremento del grado di cheratinizzazione dell’epi-telio ruminale in seguito all’assunzione di foraggio coriaceo e fibroso a basso valore nutrizionale. Nel sacco ventrale del rumine l’alto grado di cherati-nizzazione ha presumibilmente alterato la capacità assorbente risultando correlabile con il peggiora-mento dello stato corporeo sia durante il primo sia nel secondo periodo di permanenza su pascolo ad elevata copertura di Brachypodium rupestre. Il rapido declino del BCS medio nel gruppo sperimentale è

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211

1 Scuola di Scienze Ambientali, Università di Camerino, Via Gentile III da Varano, 62032 Camerino, [email protected]

2 Dipartimento di Scienze Biopatologiche e Igiene delle produzioni animali e alimentari, Università di Perugia,Via S. Costanzo 4, 06126 Perugia, Italy

3 Igiene degli alimenti di origine animale, Servizio Veterinario AV3-ASUR Marche, Viale E. Betti 15/A, 62032 Camerino, Italy

Mountains are located within sites of community interest and special protection areas (8). Therefore, it is necessary to limit the dispersal of highly invasive species that can negatively affect the biodiversity in these territories.

Sheep breeders who allow their flocks to graze in areas that are at an increased risk of fires could use public funds for fire prevention and increase the aid of husbandry through the Common Agricultural Policy (9), which is linked to the use of the best practices aimed at preserving biodiversity and respecting animal welfare.

This study evaluated the degree of keratinisation in the ruminal mucosa using optical microscopy and changes in the body condition based on trends in mean body weight (BW) and body condition score (BCS) of sheep grazing on Brachypodium rupestre. The purpose of the analysis was to determine the length of time the animals can remain in these pastures without their welfare being negatively affected.

IntroductionThe European Union, besides promoting and defending animal welfare, supports research focused on the use of domestic animals to prevent forest fires (Rule CE 1782/2003). Necromass on the periphery of pastures, which are often characterised by a dense covering of Brachypodium rupestre, is a potential cause of forest fires. This tall grass is unfavourable for ovine grazing because it is rich in silicates and has highly fibrous leaves (17). However, sheep that are fenced in areas covered with Brachypodium rupestre tend to exploit all foraging resources and may remove the fire primer.

When Brachypodium is not grazed, it tends to spread on pastures which limits the growth of more palatable species weaking the sexual and vegetative reproduction and spread phases of these species (4, 10, 12, 19). This affects the floristic composition of the pasture, which can in turn lead to an ecological imbalance that lowers grazing value and biodiversity (1, 2, 7). The primary pastures in the Italian Apennine

Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 211-217. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.211.217

KeywordsBody condition score, Brachypodium rupestre,Fire prevention,Rumen keratinisation,Sheep.

SummaryThis article describes the result of a study focusing on the keratinisation degree of rumen mucosa and changes in the body condition of sheep that had grazed for 20 days in a pasture densely covered with Brachypodium rupestre. Grazing in this type of pasture can reduce the probability of fires in a Mediterranean mountain setting. However, foraging in areas with a prevalence of Brachypodium rupestre can affect animals’ welfare. In this respect, it is essential to determine the length of time during which the animals can remain in this environment before their welfare is compromised by this type of pasture. Ewes grazing on a semi-mesophilic pasture were included as a control. On days 1, 10, and 20, five ewes from each group were sacrificed to evaluate the variations of the epithelial keratinization degree of the rumen atrium and ventral sac. Body weight (BW) and body condition score (BCS) were assessed in ten ewes per group. The control animals showed little variation in the keratinisation degree of rumen mucosa without any detrimental effects on the BCS and BW. The experimental animals showed a significant increase in the epithelial keratinisation degree within 10 days and a decrease of BCS and BW within 20 days. The data collected suggest that animals should not remain for longer than 10-12 days on pasture highly covered with Brachypodium rupestre.

Paola Scocco1, Francesca Mercati2, Andrea Brusaferro1,Piero Ceccarelli2, Carlo Belardinelli3 & Alessandro Malfatti1

Keratinisation degree of rumen epithelium andbody condition score in sheep

grazing on Brachypodium rupestre

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212 Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 211-217. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.211.217

the presence of macrolesions, were performed on all the living animals.

Morphological evaluation of the rumen mucosa Animals in the experimental and control groups were slaughtered at the Visso (Macerata, Italy) slaughterhouse. Samples from the rumen atrium and ventral sac wall were removed, fixed in Bouin’s fluid and embedded in paraffin wax.

Morphological evaluations to assess the keratinised layer were performed on 5-µm thick tissue sections using the following stains: haematoxylin and eosin, Mallory’s trichrome, and Floxin B/Orange G/Alcian blue (16). To avoid variations in staining due to slight differences in temperature or incubation, all the samples were processed concurrently during each step of the procedure.

To evaluate changes or damage to the mucosa of the rumen caused by Brachypodium rupestre, the tissue sections were observed under a light microscope (Eclipse E800, Nikon Corporation, Tokyo,

Materials and Methods

Animals and experimental planThe experiments were performed during the month of October 2009. A total of 50 Comisana x Appenninica yearling sheep were used. All the animals were nulliparous and housed without rams. Twenty five animals (experimental group) were maintained for 4 days on a plot with sparse coverage (30%) of Brachypodium rupestre. The animals were then transferred to a densely (60%) covered plot for 20 days (from day 1 to day 20). Twenty five sheep in the same physiological conditions as the experimental animals were maintained in a semi-mesophilic natural pasture (control group) (5). In both groups, 10 sheep were used for BCS and BW evaluations, while five sheep were sacrificed at the beginning of the experiment and 10 and 20 days after grazing on respective pasture (day 1, 10, and 20).

Routine controls to monitor the health of the animals, including direct macroscopic observations of the lip, tongue and buccal mucosae to screen for

Effect of Brachypodium rupestre on rumen epithelium and BCS Scocco et al.

Figure 1. Measuring the degree of keratinisation. The left image shows the selected field where measurement data were collected. The same field is enlarged in the right image. The heights of the total epithelium and nucleated layers are reported.

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213Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 211-217. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.211.217

evaluation of the general status of the animal. Each animal is graded on a numerical scale (0-5) based on comparison with animals and body structures as described and pictured on a chart. The BCS is the mean of all assigned scores for the four parameters. The animals were scored by five experienced operators, scores were assigned for each parameter by different operators.

Statistical analysis One-way analysis of variance (ANOVA) was used to compare the difference between the control and experimental groups. The inter-group data were assumed to be samples from normal populations with the same variances. To test these assumptions, Shapiro-Wilk test of normality and Levene’s test of homogeneity were used. When these conditions were not satisfied, a nonparametric Mann-Witney test was applied (20). The analyses were performed using SPSS PC 8.0 software.

ResultsDuring the experiment, the animals in the control and experimental groups were healthy and did not

Japan) and photographed with a digital camera (Dxm 1200, Nikon Corporation). The images were used to measure the keratin layer. The height of the epithelial and nucleated layers was measured, and the height of the keratin layer was calculated as the difference. The values were then converted to percentages of the total height of the epithelial layer. Eight fields of 0.35x0.27 mm were selected for each animal, and five measurements were recorded in each field (Figure 1). The images were processed using image analysis software (Lucia Measurement, Laboratory Imaging Ltd, Praga, Czech Republic).

Body stateThe animals were weighed at day 1, 10, and 20 with an electronic balance (Kruuse PS250) and evaluated for BCS. The BCS is a comprehensive assessment of the animal’s body status based on relative proportions of muscle and fat, and is considered a useful management tool in determining the welfare of domestic animals (3, 11). In sheep, the assessment is based on the following steps: palpation of body structures, which are represented by the spinous processes of the thoracic vertebrae and the transverse processes of the lumbar vertebrae; evaluation of the muscle/adipose mass in the dorso-medial area; and

Scocco et al. Effect of Brachypodium rupestre on rumen epithelium and BCS

Figure 2. Rumen atrium papilla of sheep grazing on Brachypodium rupestre. Haematoxylin and eosin. At the beginning of the experiment, numerous large blood vessels () were present in the subepithelia and inner zone of the tunica propria submucosa of the rumen papilla. On experimental day 10 (left inset), the number and calibre of blood vessels () decreased. At the end of the experimental period (right inset), only a few small blood vessels () were present in the inner connective tissue.

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214 Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 211-217. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.211.217

Effect of Brachypodium rupestre on rumen epithelium and BCS Scocco et al.

experimental groups in the rumen atrium and the ventral sac. On days 10 and 20, the percentage of keratinisation showed significant differences in the rumen atrium (P<0.001) and the ventral sac (P<0.001).

The BW trends in the control and experimental groups are reported in Table I and shown in Figure 5. A major decrease in BW occurred during the second phase of grazing on the plot densely covered with Brachypodium rupestre. The animals had a total mean BW loss of 1.79 kg. In the control group, BW increased by 0.62 kg, although a slight decrease occurred during the second phase of grazing. Analysis of variance did not show significant differences between the control and experimental groups at any of the experimental time points (Table I).

The BCS trends in the control and experimental groups are reported in Table I and shown in Figure 6. The sheep grazing on Brachypodium rupestre showed a decrease in BCS (-0.62) on day 10. The BCS decreased to -1.19 after 20 days. In the control group, BCS decreased slightly (-0.13) on day 20. At the beginning of the trial, there were no significant differences in mean BCS between the control and experimental groups. On day 10, there was a significant difference in mean BCS (P=0.003), which increased after 20 days (P<0.001).

show any macroscopic damage to the lip, tongue or buccal mucosae due to feeding. Light microscopy did not reveal any microlesions in the mucosa of the rumen atrium and ventral sac in sheep grazing on Brachypodium rupestre.

Histological observation of the rumen mucosa showed a considerable increase in the degree of keratinisation of the rumen epithelium and a decrease in the number and calibre of rumen vessels in the experimental group, as shown in Figure 2. In the control group, the degree of keratinisation was slightly enhanced, and no appreciable differences in the number and calibre of vessels were observed.

The keratin levels from various sites in the rumen measured at three different time points during the experiment are summarised in Table I and shown in Figures 3 and 4. In the rumen atrium, the percentage of keratinisation increased from 17.2% to 31.7%, while in the rumen ventral sac it increased from 20.0% to 37.3%. In the control group, the percentage of keratinisation increased from 17.0% to 19.5% in the rumen atrium and from 20.2% to 22.1% in the ventral sac.

At the beginning of the experiment, there were no significant differences in the percentage of keratinisation between the control and

Table I. Mean values of keratinisation of the rumen epithelium (percentage), body weight (BW) (kg) and body condition score (BCS) in sheep that grazed on Brachypodium rupestre (Exper) and semi-mesophilic pastures (Control).

Days Keratin (%)

BW (kg) BCSAtrium Ventral sac

Control Exper P Control Exper P Control Exper P Control Exper P1 17.0 17.2 0.4030 20.2 20.0 0.5790 50.63 50.83 0.924 2.72 2.75 0.8060

10 19.2 30.9 0.0001 21.7 32.9 0.0001 51.65 51.66 0.994 2.67 2.05 0.003020 19.5 31.7 0.0001 22.1 37.3 0.0001 51.25 49.04 0.230 2.59 1.65 0.0001

0

5

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15

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25

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40

1 10 20

Kera

tin

perc

enta

ge

Days from the start of the trial

Control group

Experim. group **

**

Figure 3. Mean percentage of keratin (±SD) in the rumen atrium epithelium in the control and experimental groups on days 1, 10, and 20 (** P<0.001).

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1 10 20

**

**

Kera

tin

perc

enta

ge

Days from the start of the trial

Control group

Experim. group

Figure 4. Mean percentage of keratin (±SD) in the epithelium of the rumen ventral sac in the control and experimental groups on days 1, 10, and 20 (** P<0.001).

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215Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 211-217. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.211.217

Scocco et al. Effect of Brachypodium rupestre on rumen epithelium and BCS

that allows the available reserves to be assessed and indicates the direction (and, to some extent, the rate) of the primary metabolic processes of anabolism and catabolism. The reliability of BCS was confirmed by several endocrine and metabolic blood indicators (3).

A previous study stated that morphometric variations in the mucosa of the ventral sac of the rumen are related to vegetative cycles in the pasture (6). Similarly, changes in BCS observed during vegetative cycles in the pasture were related to mucosal morphometric variations. The degree of epithelial keratinisation in the ventral sac and atrium of the rumen showed the highest mean values when mean BCS was low and the pasture was in a dry phase of the vegetative cycle in 2007, which was a drought year. The lowest degree of keratinisation corresponded with the period when the pasture was blooming in the spring of 2008, which was a rainy year, and mean BCS was higher (6). Body condition score declines in the presence of low quality- and/or low quantity- foraging resources, which directly alters the extent of the absorptive surface of the rumen and the absorption of volatile fatty acids (14, 18). The absorption capacity, which is facilitated by reduced epithelial cell layers (13), is lowered due to increased mucosal keratinisation.

The probable reduction in absorption function observed in the sheep in this study is supported by a decrease in the number of vessels in the rumen tunica propria submucosa during the experimental period, which has been previously verified in animals that were nourished with highly fibrous foods with low nutritional values (13, 14, 15). The control group showed little variation in the degree of keratinisation in the rumen mucosa, which did not alter the absorptive capacity of the rumen or reduce BCS. In contrast, the experimental group showed a considerable increase in the degree of keratinisation in the rumen epithelium due to consumption of a

DiscussionThere were differences observed in the keratinisation of the rumen mucosa and BCS between the control group and the experimental group.

Changes in BW were not significant between the two groups. Although the mean decrease in BW of 1.79 kg was not statistically significant, it should be taken into account as it represents an economic loss for the farmers. The sheep in the control group showed a slight decrease in mean BW at the end of the trial, which was likely due to the lower nutritional value of the plants selected by ewes during the first 10 days of grazing (21) and modifications in the chemical composition of plants due to an increase in cellulose and lignin contents (10).

The greatest increase in keratinisation was observed in the ventral sac of the rumen. Tough and fibrous foods remain longer in the ventral sac, which could explain the differences in keratinisation because direct contact between food and the forestomach wall can induce mechanical stress. A high degree of keratinisation in the epithelial lining was observed after only 10 days of grazing in the plot densely covered with Brachypodium rupestre in the rumen atrium (30.9%) and ventral sac (32.9%).

Grazing on Brachypodium rupestre in a densely covered plot affected the body condition of the animals within 10 days of exposure. Changes in BCS are considered a more sensitive indicator of the nutritional status of the animals than changes in BW. Body weight takes into account the total weight of the gastrointestinal contents (3). Changes in BW can lead to an over- or underestimation of the welfare of the animal because a relative scarcity of nutrients can be linked to an absolute scarcity of food, and consumption of inadequate food sources can result in a loss or a gain in BW.

Evaluation of BCS is a simple, inexpensive method

47

48

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1 10 20

Body

wei

ght (

kg)

Days from the start of the trial

Control group

Experim. group

Figure 5. Trends in mean body weight (±SD) in the control and experimental groups on days 1, 10, and 20.

Days from the start of the trial

1.5

1.7

1.9

2.1

2.3

2.5

2.7

2.9

3.1

1 10 20

BCS

valu

e

***

Control group

Experim. group

Figure 6. Trends in mean body condition score (BCS) (±SD) during the experimental period on days 1, 10, and 20 (* P=0.003, ** P<0.001) with respect to the control group.

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Effect of Brachypodium rupestre on rumen epithelium and BCS Scocco et al.

Due to the rapid increase in keratinisation and the negative effects on BCS within 10 days of grazing on a pasture densely covered with Brachypodium rupestre, animals should not remain in these pasture environments for more than 10-12 days. The assessment of BCS could represent a useful means of controlling the welfare status of sheep grazing in pastures with foraging materials that have low nutritional values to prevent consistent loss of BW.

Acknowledgements The authors would like to thank Dr. Paola Coliolo and Mrs. Maria Gabriella Mancini for their excellent technical assistance. We are also grateful to the Camerino University Calculation Centre for access to computers and software for analyses using the SPSS program.

Grant supportThis work was supported by a grant from Marche Region, Project n°16 L.R. 37/99-DGR 1234/05 Zootechny and Fire Prevention.

tough, fibrous food source with a low nutritional value. In the ventral sac of the rumen, the high degree of keratinisation altered the absorption capacity and worsened the body condition during the first and second stage in the experimental plot. The rapid decline in mean BCS in the experimental group was likely due to changes in the structure of the rumen mucosa combined with the low nutritional quality of available food in the pasture, which preceded the weight loss.

ConclusionsThe results of the present experiment show that the rumen responded rapidly to mechanical abuse as a result of the highly fibrous Brachypodium rupestre leaves. Besides, the increase in keratinisation preceded the decline of other parameters, such as BW and BCS, which were appreciable when the welfare of the animal had already been affected by consuming foods with low nutritional values. Therefore, trends in the keratinisation of the rumen epithelium could be indicative of body state detriment.

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217Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 211-217. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.211.217

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RiassuntoIn Italia, la normativa riguardante gli animali di affezione e la prevenzione del randagismo (legge quadro n. 281 del 14 agosto 1991) impedisce la soppressione dei cani ospitati in canile se non gravemente malati o pericolosi. In quasi tutti i comuni italiani, il rapporto fra ingressi e adozioni nei canili è sbilanciato. Si generano pertanto, condizioni di sovraffollamento in cui un numero variabile di cani tende inevitabilmente a permanere nella struttura per periodi anche molto lunghi. La conoscenza degli effetti della lungodegenza sui cani di canile è ancora carente e necessita di studi mirati per permettere di fornire a questi animali il più alto grado possibile di benessere. Nel presente studio si valuta l’effetto di due differenti forme di confinamento (in gruppo o in coppia) su cani lungodegenti alloggiati in canile mediante lo studio di parametri comportamentali e fisiologici. Dati osservazionali e campioni di saliva per l’analisi quantitativa di cortisolo sono stati raccolti in entrambe le condizioni di confinamento per essere utilizzati come indicatori di benessere. Il confinamento di coppia ha offerto un minor numero di stimoli sociali e ambientali, infatti, i risultati comportamentali hanno permesso di mettere in evidenza come i cani trascorrano un tempo minore in attività locomotorie, esplorative e sociali. Le analisi delle concentrazioni di cortisolo hanno lasciato supporre che le differenze riscontrate a livello fisiologico non siano imputabili al tipo di confinamento. Nonostante in questo studio non siano emerse evidenze che permettano di affermare che una forma di confinamento abbia un maggior impatto negativo sul benessere animale (ad esempio: manifestazione di comportamenti aberranti, picchi di concentrazione di cortisolo), il differente tipo di confinamento ha avuto un effetto significativo sull’espressione di una varietà di comportamenti che, comunque, appartengono al normale repertorio della specie canina. Queste variazioni devono essere tenute in debito conto nel momento in cui si prendono decisioni sul tipo di confinamento da assegnare a cani di canile lungodegenti.

Parole chiaveBenessere animale,Cane,Canile,Canis familiaris,Comportamento,Cortisolo,Lungodegenza.

1 Istituto Zooprofilattico Sperimentale dell’Abruzzo e del Molise “G. Caporale”, Campo Boario, 64100 Teramo, Italia [email protected]

2 Dipartimento di Studi Clinici, Scuola di Medicina Veterinaria, Università della Pennsylvania,3850 Spruce Street, Philadelphia, PA 19104-6010, USA

Paolo Dalla Villa1, Shanis Barnard1, Elisa Di Fede1, Michele Podaliri1, Luca Candeloro1, Antonio Di Nardo1, Carlo Siracusa2, James A. Serpell2

Risposte comportamentali e fisiologicheal confinamento del cane lungodegente in canile

IntroduzioneLe popolazioni canine sono in crescita in tutto il mondo. In molti Paesi il randagismo rappresenta un notevole problema di salute pubblica, potendo esitare in: episodi di attacco di cani a persone e be-stiame, incidenti automobilistici, trasmissione di zo-onosi. Per gestire le popolazioni randagie si possono mettere in atto diverse strategie, in alcune di queste il canile riveste un ruolo primario (8). Il confinamen-to per un animale implica, generalmente, restrizio-ne fisica, ambienti scarni, isolamento sociale, scarso controllo degli eventi e capacità di predirli. In Italia, la legge quadro n. 281 del 14 agosto 1991, riguar-dante gli animali di affezione e la prevenzione del randagismo, proibisce l’eutanasia dei cani alloggia-ti in canile, se non gravemente malati o pericolosi.

Questa disposizione, inevitabilmente, ha determi-nato condizioni di sovraffollamento nelle strutture, dove il benessere degli animali diventa un problema fondamentale. È importante, pertanto, adottare un modello di gestione e alloggiamento dei cani basato su elevati standard di benessere.

Secoli di selezione artificiale hanno generato mol-teplici livelli di diversificazione genetica e morfolo-gica nel cane domestico. La razza, il temperamento e le precedenti esperienze di confinamento hanno dimostrato di svolgere un ruolo importante nell’a-bilità dei cani a far fronte ad un successivo confina-mento (6, 12, 13, 14). Tali variabili dovrebbero esse-re normalmente prese in considerazione quando si studia l’adattamento dei cani alla permanenza in canile. Tuttavia, quando si studiano i cani di canile,

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I glucocorticoidi, nella forma del cortisolo, sono co-munemente marcatori fisiologici impiegati per la valutazione del benessere del soggetto (2) in quanto le loro concentrazioni riflettono in modo attendibile l’attività dell’asse ipotalamo-ipofisi-surrene reattivo allo stress (20). Concentrazioni più elevate di cortiso-lo sono state rilevate in cani confinati, rispetto a quelli da compagnia che vivono in casa, e nei cani social-mente isolati, rispetto a quelli alloggiati in gruppi (6, 13, 26). Il cortisolo urinario e quello salivare costitui-scono un’alternativa di valutazione del benessere at-tendibile e meno invasiva del cortisolo plasmatico (2).

È stato dimostrato che il periodo di tempo in un ca-nile rifiugio influenzi il comportamento dei cani ospi-tati nel canile, tuttavia gli effetti di un confinamen-to a lungo termine sul benessere dei cani non sono tuttora chiari e necessitano di ulteriori indagini (12, 30). Il presente studio si sviluppa sulla base di lavori precedenti in tale ambito e cerca di fornire un’ulterio-re comprensione su come l’alloggiamento influisca, nel lungo periodo, sul benessere dei cani di canile. In modo più specifico, sono stati analizzati gli effetti di due diverse forme di confinamento mediante la valu-tazione delle attività comportamentali e dei parame-tri fisiologici, scientificamente riconosciuti.

Materiali e metodi

Condizioni sperimentaliDiciasette cani (7 femmine, 10 maschi) sono stati scel-ti tra quelli ospitati nel canile dell’Istituto Zooprofilat-tico Sperimentale dell’Abruzzo e del Molise “G. Capo-rale” (IZS A&M) a Teramo. Tutti i cani selezionati, adulti tra i 5 e i 9 anni di età, sono risultati presenti nel canile da almeno quattro anni dall’inizio dell’osservazione. I cani di taglia medio-grande, non ascrivibili ad alcu-na razza specifica, sono risultati ascrivibili, in buon numero, a incroci di razze di cani da pastore. Tutti gli animali sono sono risultati sterilizzati o castrati e di-chiarati sani dai veterinari del canile.

I gruppi di cani sono stati formati durante la fase pre-sperimentale durata 4 mesi. Sessioni giornaliere di socializzazione di gruppo sono state effettuate in modo da identificare i cani compatibili. Al termine della verifica, sono stati identificati, come da proget-to, i quattro gruppi sperimentali ospitati nei rispet-tivi recinti. Per consentire l’adattamento nel nuovo ambiente, la raccolta dati è iniziata il mese succes-sivo all’alloggiamento. La prima raccolta dati (Tem-po 1, T1) è stata effettuata nel seguente contesto sperimentale: i cani sono stati alloggiati, alle stesse condizioni di confinamento, in gruppi di 4-5 animali di ambedue i sessi, in quattro recinzioni all’aperto con pavimentazione in terra battuta, adiacenti l’una all’altra, ciascuna di circa 35 m2, delimitate da reti me-

gli animali sono in gran parte adulti di razza mista il cui background è sconosciuto. In questo contesto le misure di benessere dovrebbero essere in grado di individuare lo stato di ciascun animale nell’am-biente attribuito a prescindere dal loro passato o bagaglio genetico. Studi precedenti hanno indivi-duato alcuni indicatori di benessere, applicabili ai cani confinati in diversi ambienti di canile, principal-mente basati su parametri comportamentali e fisio-logici (10, 15, 27, 28). I parametri comportamentali forniscono informazioni importanti sulle esigenze e le preferenze degli animali, non sono invasivi e sono facilmente osservabili. Beerda e colleghi (3) hanno identificato modelli comportamentali specifici in risposta a condizioni di stress indotte sperimental-mente. Risultati simili sono stati rilevati in ricerche successive (14, 23). Nello specifico, in questi studi è stato dimostrato che le conseguenze di un con-finamento inappropriato e dell’isolamento sociale hanno come risultato: calo di attività, auto-pulizia (auto-grooming), vocalizzazioni eccessive, altera-zioni del comportamento esplorativo e locomoto-rio, modifiche del ciclo di sonno-veglia. Altri studi, analizzando gli effetti del confinamento dei cani, hanno suggerito che le dimensioni di un canile non influiscono in modo significativo sulla quantità ma sulla qualità delle attività (7, 11). È ampiamente ac-cettato che la qualità dell’ambiente in cui l’animale è alloggiato svolga un ruolo cruciale nel benessere degli animali (16). L’ambiente ideale dovrebbe of-frire stimoli sufficienti a motivare l’espressione del naturale comportamento canino. I cani ospitati nei canili, tuttavia, trascorrono tipicamente la maggior parte del loro tempo in condizione di inattività (16, 21). Hughes e Campbell (18) hanno riportato come gli animali, a prescindere dalle dimensioni della gabbia (1 m2 vs 7 m2) o dall’accesso ad un ampio recinto all’aperto, effettuino attività per un tempo medio pari a 30-90 minuti al giorno. La differenza osservata tra le condizioni di alloggiamento è stata la distanza percorsa ogni giorno, suggerendo che spazi più ampi potrebbero incoraggiare i cani a cor-rere o a trottare. L’attività risulta aumentata quando i cani sono stimolati dal contesto sociale e ambien-tale (17). L’alloggiamento di gruppo, per esempio, fornisce un ambiente relativamente complesso che incoraggia l’attività locomotoria, l’esplorazione ol-fattiva e l’interazione sociale.

Studi precedenti incentrati sugli effetti dell’alloggia-mento di gruppo hanno dimostrato che l’isolamento ha effetti negativi sul benessere dei cani (4, 5, 15). Al-tri studi hanno evidenziato un maggior indice di be-nessere nel caso di cani alloggiati a coppie rispetto a quelli alloggiati individualmente (6, 11). L’alloggia-mento di gruppo, quando possibile, viene evitato in quanto sembra accrescere il rischio di trasmissione delle malattie e del comportamento aggressivo tra conspecifici (29).

Lungodegenza in canile e risposte comportamentali e fisiologiche Dalla Villa et al.

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Technology, Wageningen, The Netherlands) e sulla base di un etogramma esistente (15). Sono stati os-servati 38 comportamenti e i relativi modelli com-portamentali sono stati raggruppati in categorie di-stinte (Tabella I). Le frequenze di comportamento e la durata degli episodi sono state registrate in conti-nuo nel corso di osservazioni di 30 minuti ciascuna, per un totale di circa 180 minuti di registrazione per ciascun periodo di tempo e per ciascuno dei 17 cani studiati.

Il cortisolo è stato analizzato da campioni di saliva prelevati da tutti i cani. Per il controllo della varia-bilità nel medesimo soggetto, il cortisolo è stato campionato da ciascun cane per tre giorni conse-cutivi, durante ambedue i periodi di osservazione dello studio (T1 e T2), immediatamente dopo le re-gistrazioni video del mattino e nel momento in cui i cani sono stati legati prima dell’assunzione di cibo. Il valore medio dei tre giorni è stato considerato rappresentativo del livello di cortisolo in ciascun cane, durante ogni fase di osservazione. I campio-ni di saliva sono stati prelevati dal cavo orale degli animali per mezzo del kit Salivette® (Starstedt, Ve-rona, Italia). Il prelievo è stato effettuato dagli stessi veterinari del canile agevolati dalla loro familiarità con i cani. Ogni prelievo è stato eseguito in maniera standardizzata acquisendo ogni campione entro 3 minuti, al fine di prevenire misurazioni distorte dei livelli di cortisolo indotte dal trattamento. I campio-ni sono stati stoccati a –25°C fino a ulteriori analisi. La determinazione del cortisolo è stata effettuata tramite immunodosaggio per mezzo del kit Saliva-ry Cortisol (Salimetrics, State College, PA, USA) di-sponibile in commercio e seguendo le indicazioni del produttore.

Elaborazione dati e analisi statisticaPrima dell’effettuazione delle analisi statistiche sono state applicate correzioni ai dati sia per le misure comportamentali che per quelle del cortisolo.

I cani non risultando sempre visibili in tutti i momen-ti di osservazione (ad es. presenza in cuccia o dietro barriera visiva) è stato assunto che il loro comporta-mento fosse lo stesso sia dentro che fuori il campo di ripresa della telecamera. Pertanto i dati approssi-mati sul comportamento sono stati calcolati come percentuale di tempo in cui gli animali oggetto di studio sono risultati visibili. Ciascuna variabile è sta-ta modificata moltiplicandola per un coefficiente di correzione (k) equivalente al tempo di osservazione totale (Tt  =  10.800 sec) diviso per il tempo visibile (Tt - x) dove x è il tempo in cui l’animale non è risul-tato visibile (cioè fuori dal campo visivo o nascosto nell’ombra). Alcuni dei comportamenti elencati nell’etogramma o non sono stati mai registrati (ov-vero salto, accoppiamento, masticazione, insegui-

talliche cementate in un muretto di 50 cm di altezza. Un tetto di 11 m2 ha avuto la funzione di coprire una parte del recinto per proteggere cani e cucce in pla-stica da sole e intemperie. I cani sono stati alimentati una volta al giorno, durante le ore mattutine, con mangime secco e acqua fresca disponibile a tutte le ore. Al fine di prevenire un comportamento compe-titivo, i cani sono stati abituati durante l’alimentazio-ne a essere legati al recinto con un guinzaglio lungo un metro. I cani nella prima fase sperimentale sono sempre rimasti nel recinto assegnato.

Al termine della prima raccolta dati, 8 cani (4 fem-mine e 4 maschi) ospitati in due delle quattro recin-zioni sono stati trasferiti a coppie in box più piccoli (6 m2). Questi cani hanno costituito il gruppo spe-rimentale, i restanti 9 sono rimasti nelle due stesse recinzioni d’origine in qualità di gruppo di controllo. Al fine di prevenire problemi di gestione e compor-tamenti aggressivi indesiderati, che avrebbero potu-to compromettere la sicurezza dei cani o l’esito dello studio, i compagni di recinto sono stati selezionati in base al rispettivo passato di positiva interazione nel corso dell’alloggiamento di gruppo. Le coppie sono state composte da un maschio e una femmina. I box di coppia sono stati completamente coperti da un tetto e dotati di recinzione a maglie nella parte an-teriore. La recinzione laterale è stata realizzata con pareti solide, alte un metro, con presenza alla som-mità di rete metallica. Tali box sono stati dotati di ac-cesso ad un’area comune recintata (120 m2) dove è stato consentito ai cani di stare a coppie per 2 ore al giorno, solitamente la mattina durante le attività di pulizia. La procedura di alimentazione è stata la stes-sa descritta in precedenza. Ai cani è stato consentito di ambientarsi per un mese alle nuove condizioni di confinamento, prima dell’inizio della seconda rac-colta dati (Tempo 2, T2).

Raccolta datiLa raccolta dati è stata standardizzata per tutti i gruppi di cani durante T1 e T2. I dati sul loro com-portamento sono stati raccolti tramite registrazioni video delle attività in due sessioni giornaliere, per tre giorni consecutivi: 40 minuti al mattino prima dell’ora di alimentazione (06.15h-06.55h) e 40 minu-ti nel pomeriggio (17.15h-17.55h). Tutte le registra-zioni sono state effettuate in assenza di attività da parte del personale. Sono state installate telecame-re con accensione e spegnimento demandati a un operatore non presente, come previsto, durante le registrazioni. Dal momento che i cani avrebbero po-tuto reagire più intensamente all’arrivo di un addet-to (18), sono stati scartati dalla valutazione i primi e gli ultimi 5 minuti di ciascuna sessione di registra-zione. Le valutazioni dei video sono state effettua-te impiegando un software di registrazione dati dedicato (The Observer XT 8.0, Noldus Information

Dalla Villa et al. Lungodegenza in canile e risposte comportamentali e fisiologiche

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Lungodegenza in canile e risposte comportamentali e fisiologiche Dalla Villa et al.

Tabella I. Categorie comportamentali e variabili rilevate durante lo studio e misurate come frequenze (f) o durate (d) di insorgenza

Categoria Comportamento Definizione f/d

Comportamento attivo Camminare Andatura locomotoria d

Trottare Andatura al trotto d

Saltare Saltare sul tetto delle cucce d

Zampe posteriori In piedi sulle zampe posteriori appoggiando gli arti anteriori contro un muro/recinto d

Comportamento inattivo Decubito Posizione sdraiata sternale o laterale d

Seduto Sedersi sulle zampe posteriori d

Postura quadrupedale In piedi a quattro zampe d

Riposarea Il soggetto dorme o è sdraiato con testa a terra d

Comportamento attivo-ripetitivo Girare in cerchio Girare ripetutamente intorno al recinto d

Andatura rapida Camminare ripetutamente con passo rapido solitamente lungo una recinzione d

Passo rapido sociale Camminare ripetutamente con passo rapido lungo un recinto parallelamente ad un cane che si trova dall’altro lato d

Inseguimento coda Inseguimento ripetuto della coda dRimbalzare contro un muro Salti ripetuti contro un muro con rimbalzo d

Interazione socialeb Amichevole Leccare e grattare con zampa un conspecifico o allo-grooming, spesso con scodinzolamento d

Giocosa Chinarsi, brevi cariche con rimbalzi, espressione giocosa, fare la lotta, inseguimento giocoso d

Minacciosa Pelo eretto, vocalizzazioni aggressive, scatto contro altro cane d

Postura rigida/alta L’animale in piedi con postura rigida, testa e coda dritte in alto, bocca chiusa, scodinzolamento assente o molto limitato, posizione a T o parallela con altro cane d

Difensiva Evitare gli altri cani, aumentare la distanza, o rannicchiarsi, rotolarsi d

Accoppiamento Il cane monta/è montato un altro/da un altro cane d

Annusarea L’animale in esame annusa un altro cane d

Sguardo socialeaL’animale si orienta verso un altro cane e mantiene il contatto visivo, comportamento solitamente associato ad un cambiamento nel movimento della coda e/o nella posizione della stessa

d

Altri Auto-grooming Comportamento da parte del soggetto diretto verso il proprio corpo, come ad es. grattarsi, leccarsi o mordersi d

Scavare Scavare a terra con zampe anteriori d

Fuori vista Il soggetto non è visibile, solitamente in una cuccia o dietro una barriera d

Ombraa Il soggetto si trova in area poco illuminata, non è possibile osservarne le espressioni facciali d

Abbaiare Staccato, brevi vocalizzazioni f

Scrollarsi Oscillamento vigoroso di testa e corpo lungo l’asse longitudinale f

Stirarsi Stiramento del corpo e degli arti fVocalizzazioniprolungatea Ululati e guaiti d

Coda Scodinzolare Scodinzolamento ripetuto d

Coda bassa/arricciataa La coda è arricciata tra gli arti posteriori, postura solitamente bassa d

Esplorazione dell’ambiente Esplorazione visivaa Osservare l’ambiente o i compagni di recinto d

Esplorazione olfattivaa Camminare con il naso raso al suolo o contro altri oggetti con chiari movimenti inalatori d

Alimentare Bere Bere acqua f

Masticare Masticare materiale non nutritivo f

Urinare Urinare con arto sollevato o in posizione di squat f

Defecare Espellere il contenuto dell’intestino f

Coprofagia Mangiare le proprie feci o di altro cane fa Comportamento non mutualmente esclusivo: può verificarsi contemporaneamente ad altri comportamenti.b Durante il rilevamento di una interazione sociale, è stato registrato anche il destinatario del comportamento, identificandolo come: un compagno di recinto dello stesso sesso;

un compagno di recinto di sesso opposto; un cane nel recinto adiacente.

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223Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 219-230. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.219.230

Dalla Villa et al. Lungodegenza in canile e risposte comportamentali e fisiologiche

comportamenti sono stati raggruppati e considerati come singole variabili, ad esempio: girare in cerchio o andatura rapida sono stati analizzati come catego-ria di comportamenti attivi ripetitivi. Le posture ami-chevole, giocosa, minacciosa, rigida/alta e difensiva sono state analizzate come categoria d’interazione sociale. Annusare un conspecifico e lo sguardo socia-le (comportamenti non mutualmente esclusivi) sono stati analizzati come categoria di segnali comunica-tivi. Per tutti i comportamenti inclusi nella categoria dell’etogramma interazione sociale, i dati sono stati ponderati secondo il numero dei soggetti presenti in ciascuna recinzione e il destinatario è stato registra-to come compagno di recinto dello stesso sesso, del sesso opposto o come cane in un recinto adiacente.

Per valutare gli effetti principali (gruppo e tempo) e la loro interazione, è stata eseguita per tutte le va-riabili un ANOVA a due vie per misure ripetute su un fattore. Dato che lo stesso soggetto è stato osserva-to per due volte (T1 e T2), il fattore tempo è stato trattato come misura intra-gruppo e il fattore grup-po (sperimentale o di controllo) è stato considera-to misura tra gruppi. Sebbene l’analisi statistica sia stata considerata sufficientemente solida (poiché è stata rispettata l’assunzione di campioni omogenei), la distribuzione dei dati è stata ispezionata visiva-

mento coda, rimbalzo contro parete) oppure sono stati registrati una sola volta (coda bassa/tra gli arti posteriori, coprofagia). Tali comportamenti sono stati pertanto scartati da successive analisi. A causa della bassa percentuale di manifestazione, alcuni

Tabella II. ANOVA a due vie con misure ripetute su un fattore (tempo).

VariableEffetti tra gruppi Effetti intra-gruppo

Gruppo Tempo InterazioneF-statistico p-valore F-statistico p-valore F-statistico p-valore

Attivo ripetuto 1,82 0,197 1,66 0,217 2,42 0,141Auto-grooming 4,20 0,058 6,15 0,025 1,36 0,261

Abbaiare 0,24 0,635 2,14 0,164 2,72 0,120Segnali comunicativi 1,77 0,203 4,82 0,044 11,35 0,004

Defecare 0,06 0,809 0,12 0,738 0,89 0,360Scavare 2,83 0,113 2,40 0,142 5,43 0,034

Bere 0,38 0,545 0,08 0,778 12,55 0,003Arti posteriori 1,84 0,195 3,17 0,095 0,91 0,355

Coricarsi 1,31 0,270 24,13 0,000 5,60 0,032Esplorazione olfattiva 0,08 0,780 0,76 0,398 5,86 0,029

Vocalizzazioni prolungate 0,08 0,779 7,31 0,016 2,20 0,159Riposare 6,16 0,025 35,36 0,000 3,64 0,076Scrollarsi 1,65 0,218 0,13 0,720 2,44 0,139Sedersi 2,13 0,165 0,06 0,810 0,06 0,813

Interazione sociale 1,27 0,278 1,84 0,195 1,61 0,224Posizione quadrupedale 0,59 0,453 12,97 0,003 10,86 0,005

Decubito 0,33 0,573 1,86 0,193 0,00 0,992Scodinzolare 0,12 0,739 0,34 0,568 4,75 0,046

Trottare 0,06 0,811 7,59 0,015 8,90 0,009Urinare 0,83 0,378 0,14 0,718 13,49 0,002

Esplorazione visiva 0,38 0,549 16,07 0,001 12,17 0,003Camminare 0,06 0,811 8,57 0,010 14,65 0,002

I valori p significativi (< 0,05) sono in grassetto.

Sociale positivo

Agonistico

0

5

10

15

20

25

30

Stesso sesso Sesso opposto Recinto adiacente

Sec

Destinatario

Figura 1. Comportamento sociale a Tempo 1. Destinatari del comportamento sociale positivo (giocoso, amichevole) e agonistico (postura rigida/alta, difensiva, minacciosa) a T1 durante l’alloggiamento di gruppo.

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224 Veterinaria Italiana 2013, 49 (2), 219-230. doi: 10.12834/VetIt.2013.492.219.230

Tabella III. Tempo di osservazione medio e relativo errore standard registrato per ciascun comportamento.

VariabileGruppo di controllo Gruppo sperimentale

T1 (s) T2 (s) T1 (s) T2 (s)Attivo ripetuto 7,2±1,1 13,7±2,06 111,5±26,6 4,9±1,7Auto-grooming 30,8±6,1 169,0±29,6 210,7±52,9 583,5±61,7

Abbaiare 140,0±11,2 149,1±22,1 355,9±38,8 34,7±4,7Segnali comunicativi 70,9±5,8 114,4±13,7 295,2±18,8 39,3±4,7

Defecare 0,4±0,1 0,8±0,2 0,6±0,1 0,4±0,1Scavare 0 7,2±1,8 44,9±8,1 0

Bere 0,4±0,1 3,4±0,3 3,9±0,5 1,0±0,2Arti posteriori 238,8±49,2 156,8±26,0 35,5±5,3 12,0±3,6

Posizione di decubito 6406,1±233,2 7470,4±185,0 6222,7±214,3 9168,9±145,2Esplorazione olfattiva 299,7±14,4 487,1±53,7 654,7±37,2 198,0±16,3

Vocalizzazioni prolungate 9,6±1,0 21,9±4,3 0 40,3±6,4Riposare 2110,9±215,4 4874,7±165,9 2565,2±221,1 7875,1±249,2Scrollarsi 1,7±0,1 4,2±0,3 7,8±0,4 3,2±0,4Sedersi 577,0±88,9 574,6±77,1 209,5±35,0 146,1±20,8

Interazione sociale 33,3±6,6 67,0±10,5 11,6±7,2 11,8±3,4Posizione quadrupedale 1723,8±70,9 1605,9±95,1 2248,2±136,1 556,8±75,4

Stirarsi 2,1±0,4 3,7±0,2 2,9±0,3 4,5±0,7Scondinzolare 436,6±45,6 734,6±73,7 803,0±106,0 216,0±49,3

Trottare 63,5±4,7 64,5±6,7 111,3±11,2 5,1±0,8Urinare 0,4±0,1 4,1±0,3 6,1±0,9 1,0±0,1

Esplorazione visiva 4170,0±280,8 3798,0±199,5 5521,4±159,0 1539,3±138,2Camminare 435,5±31,4 510,1±34,2 898,2±92,8 132,5±18,7

T1 rappresenta il primo periodo di osservazione in cui tutti i cani sono alloggiati in gruppo in recinti all’aperto.T2 rappresenta il secondo periodo di osservazione in cui i cani del gruppo sperimentale sono alloggiati in box a coppie e il gruppo di controllo è rimasto negli stessi recinti all’aperto.

Lungodegenza in canile e risposte comportamentali e fisiologiche Dalla Villa et al.

ControlloSperimentale

T1

0

50

100

150

200

250

T2

Tem

po (s

ec)

a.

b.T1 T2 T1

20

40

60

80

100

T2

ControlloSperimentale

T1

0

500

100

1500

T2

Tem

po (s

ec)

T1 T2 T1

200

400

600

800

T2

Figura 2. Variazioni comportamentali. Per le variabili comportamentali (a) trottare e (b) camminare, i box-plot rappresentano cambiamenti nella durata del comportamento tra le due fasi dello studio (T1 e T2) sia per i cani sperimentali che per quelli di controllo (confronti all’interno dello stesso gruppo). I grafici interattivi rappresentano la direzione del comportamento (linee tratteggiate crescenti o decrescenti) da T1 a T2 sia per il gruppo sperimentale (triangoli solidi) che per il gruppo di controllo (cerchi solidi).

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Dalla Villa et al. Lungodegenza in canile e risposte comportamentali e fisiologiche

ta un’analisi descrittiva preliminare esaminando i dati dei 17 cani a T1. I cani alloggiati in gruppo hanno trascorso in media il 90% del proprio tem-po inattivi, il 6,5% del tempo attivi e tutti gli altri comportamenti si sono manifestati per meno del 3% del tempo (ad es. interazioni sociali, comporta-mento alimentare). Sebbene la porzione maggiore di tempo sia trascorsa in modo inattivo, solo per il 42% di quel tempo i cani hanno, in realtà, riposato o dormito. Per il tempo rimanente, sono stati atten-ti, scrutando l’ambiente circostante. Le interazio-ni sociali si sono manifestate solo per lo 0,3% del tempo di osservazione totale. I cani hanno mani-festato un comportamento giocoso per gran parte del tempo trascorso a interagire tra loro (77,33%), specie nei confronti dei compagni di recinto di ses-so opposto (Figura 1). Le interazioni agonistiche (postura minacciosa, difensiva e rigida/alta) si sono manifestate con minore frequenza (17,84%), qua-si sempre nei confronti di conspecifici dello stesso sesso (Figura 1).

Comportamenti a confrontoTutti i valori statistici per ciascun fattore dell’ANO-VA a due vie sono riportati in Tabella II. Il test tra i gruppi non ha rivelato nel complesso notevoli dif-ferenze a T1, ad eccezione del comportamento di

mente tramite grafici box-plot, al fine di individuare eventuali deviazioni dalla curva di normalità.

Per le differenze tra e intra-gruppi sono stati anche calcolati gli intervalli di confidenza (IC) al 95% per campioni appaiati, come mostrato in Tabella I. Dal momento che sono stati effettuati tre confronti (due confronti tra i tempi intra-gruppo e un confronto tra i gruppi a T1), per verificare il tasso di errore comples-sivo, gli intervalli di confidenza sono stati calcolati utilizzando la correzione di Bonferroni (quindi il tas-so d’errore di tipo I è stato corretto a 0,05/3=0,0167). Ogni volta che, sulla base dell’ispezione visiva, la distribuzione delle variabili è sembrata diversa da quella normale, sono stati effettuati test statistici non parametrici (il test per somme di ranghi di Wil-coxon per campioni appaiati e/o indipendenti appli-cando la correzione di Bonferroni).

A causa delle ridotte dimensioni dei campioni, non sono stati effettuati confronti statistici tra i sessi su-gli effetti dell’alloggiamento in canile. Tutte le ana-lisi dei dati sono state eseguite mediante il sistema R-2.13.0 per Windows.

RisultatiPer ottenere una visione d’insieme dell’attività ge-nerale dei cani alloggiati in gruppi, è stata effettua-

ControlloSperimentale

T1

0

4000

6000

8000

10000

12000

T2

Tem

po (s

ec)

a.

b.

T1 T2

2000

T1

6500

7000

7500

8000

8500

T2

9000

ControlloSperimentale

T1

0

1000

2000

4000

T2

Tem

po (s

ec)

3000

T1 T2 T1500

1000

1500

2000

T2

Figura 3. Variazioni comportamentali. Per le variabili comportamentali (a) decubito e (b) posizione quadrupedale, i box-plot rappresentano cambiamenti nella durata del comportamento tra le due fasi dello studio (T1 e T2) sia per i cani del gruppo sperimentale che per quelli del gruppo di controllo (confronti all’interno dello stesso gruppo). I grafici di interazione rappresentano la direzione del comportamento (linee tratteggiate crescenti o decrescenti) da T1 a T2 sia per il gruppo sperimentale (triangoli solidi) che per quello di controllo (cerchi solidi).

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rando visivamente (IC T2-T1: U=-1953,8; L=-6010,4) rispetto all’alloggiamento di gruppo. Dopo il tra-sferimento nei box, la durata della manifestazione dei segnali comunicativi (annusare conspecifici e sguardo sociale) nei cani sperimentali è calata in media dell’86,7% (Tabella III). Ciononostante, se-condo il test Post-hoc con applicazione della corre-zione di Bonferroni (p=0,039) la differenza non si è confermata significativa.

L’ANOVA ha evidenziato un significativo valore p per la variabile di esplorazione olfattiva (Tabella II). Il test per campioni appaiati di Wilcoxon ha indivi-duato un notevole calo tra T1 e T2 rispetto al perio-do di tempo trascorso dal gruppo sperimentale nel mostrare tale comportamento (V=1, p= 0,015). Un incremento nel periodo di tempo medio trascorso per l’auto-grooming è stato osservato in entrambi i gruppi di cani (Tabella III). Tuttavia, i test Post-hoc hanno rivelato un incremento significativo soltanto per i cani di controllo (V=44, p=0,008).

Dall’analisi ANOVA sono emersi altri valori significa-tivi come: scavare, scodinzolare, vocalizzi prolungati e comportamenti alimentari. Tuttavia, il confronto Post-hoc non ha confermato tali differenze.

riposo. Tuttavia, la differenza non è stata conferma-ta tramite analisi Post-hoc. Tale variabile è risultata anche altamente significativa per il fattore “tempo” dell’ANOVA. L’analisi Post-hoc ha mostrato un note-vole incremento nella durata a T2 rispetto a T1 per entrambi i gruppi (IC controllo: U=5230,3; L=297,3; IC sperimentale: U=7926,1; L=2693,8).

Sei variabili (segnali comunicativi, decubito, posi-zione quadrupedale, trotto, esplorazione visiva e cammino) hanno mostrato un notevole effetto dei fattori “tempo” e “interazione tempo-gruppo”. Quan-do i cani sperimentali sono stati trasferiti dal confi-namento di gruppo all’alloggiamento a coppie, è emerso un notevole calo della durata di due com-portamenti attivi, trottare e camminare (Figura 2). In media i cani hanno camminato l’86% in meno e hanno trottato il 95% in meno (Tabella III). L’espres-sione di altri tre comportamenti (decubito, posi-zione quadrupedale ed esplorazione visiva) è stata anche influenzata dal mutamento delle condizioni di confinamento (Figure 3 e 4). I cani sperimentali alloggiati nei box hanno trascorso notevolmen-te più tempo in posizione di decubito (IC T2-T1: U=4504,9; L=1387,5), notevolmente meno tempo in piedi (IC T2-T1: U=-755,6; L=-2627,3) ed esplo-

Lungodegenza in canile e risposte comportamentali e fisiologiche Dalla Villa et al.

ControlloSperimentale

T1

0

2000

4000

6000

8000

T2

Tem

po (s

ec)

a.

b.T1 T2 T1

2000

3000

4000

5000

T2

ControlloSperimentale

T1

0,00

0,05

0,10

0,15

T2

μg/d

l

T1 T2 T10,085

0,090

0,095

0,115

T2

0,120

0,100

0,105

0,110

Figure 4. Variazioni comportamentali e dei livelli di cortisolo. Per la variabile comportamentale (a) esplorazione visiva e per la variabile (b) concentrazione dei livelli di cortisolo, i box-plot rappresentano i cambiamenti tra le due fasi dello studio (T1 e T2) sia per i cani del gruppo sperimentale che per quelli del gruppo di controllo (confronti all’interno dello stesso gruppo). I grafici di interazione rappresentano la direzione del comportamento o della concentrazione di cortisolo (linee tratteggiate crescenti o decrescenti) da T1 a T2 sia per il gruppo sperimentale (triangoli solidi) che per quello di controllo (cerchi solidi).

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Dalla Villa et al. Lungodegenza in canile e risposte comportamentali e fisiologiche

e di spazio (11, 15). Altri autori (6, 13) hanno rilevato un incremento nell’attività locomotoria in condizio-ni di alloggiamento più austere. Tale incremento è stato associato a elevati livelli di stress, sottolinean-do che l’attività di per sé non è necessariamente un buon indicatore di benessere.

La qualità dell’attività potrebbe essere rilevante a questo proposito. Le attività locomotorie stereotipa-te sono solitamente un segno di stress cronico e di scarse condizioni di benessere se associate all’allog-giamento a lungo termine (17). Le stereotipie sono state descritte nella categoria di comportamenti attivi ripetitivi dell’etogramma. Le attività ripetute non sono sempre un riflesso diretto di scarso benes-sere, ma potrebbero far parte di una strategia per far fronte a condizioni di stress (12, 13). Nel presente studio, i comportamenti attivi ripetuti (andatura ra-pida e girare in cerchio) si sono manifestati in modo sporadico (0,3% del tempo totale d’osservazione) in alcuni soggetti, specie in quelli alloggiati in gruppo, probabilmente in risposta a momenti di elevata ec-citazione dovuta a stimoli esterni. Il comportamento inattivo ha presentato variazioni in relazione alle diverse condizioni di alloggiamento: i cani nei box hanno trascorso un tempo maggiore in posizione di decubito e i cani nei recinti di gruppo hanno trascor-so più tempo in piedi. La postura quadrupedale si è rilevata più vantaggiosa nelle recinzioni all’aperto, in quanto il muro in cemento intorno al perimetro non ha consentito al cane di poter vedere l’ambien-te esterno da una posizione sdraiata. Inoltre, i cani alloggiati in gruppi hanno trascorso un tempo mag-giore attivi, camminando o trottando, aumentando il tempo trascorso in piedi anziché sdraiati. Sebbene non sia stato sempre possibile vedere se gli occhi del cane fossero aperti o chiusi, quando i cani si sono presentati sdraiati con la testa appoggiata a terra (comportamento di riposo), si è supposto che i sog-getti stessero dormendo o riposando.

È dimostrato che un ritorno a modelli di sonno or-dinari rappresenta, in diverse specie, un indicato-re dell’adattamento dell’animale a una situazione ambientale nuova (24). Hetts e colleghi (11) hanno rilevato che i soggetti che dormono di meno sono quelli confinati in condizioni più austere (ad es. iso-lati socialmente). Nel presente studio non sono sta-ti documentati i modelli di riposo dei cani, ma si è osservato che i soggetti alloggiati a coppie hanno trascorso un tempo maggiore riposando (in media il 38,1% in più) rispetto alla condizione di alloggia-mento in gruppo. Un ambiente inadatto potrebbe inibire gran parte dell’attività dell’animale, portando a una compromissione del suo stato di benessere. Tuttavia, la medesima tendenza è emersa anche per i cani nel gruppo di controllo e nessun effetto della condizione di alloggiamento è stato rilevato dall’A-NOVA. Pertanto, tale variazione non può essere con-siderata di per sé indicatore di uno stato di benesse-

Confronto delle concentrazioni di cortisoloDa 102 campioni di saliva prelevati durante le due fasi dello studio, 5 sono stati scartati per insufficien-za di materiale fisiologico. L’analisi è stata effettuata sui restanti 97 campioni. Il test ANOVA ha rivelato come i due gruppi di cani non differissero nei livelli di cortisolo a T1 (F=0,15, n.s.), ma che vi è stato un no-tevole effetto del fattore tempo (F=18,47, p<0,001). La Figura 4 mostra un calo nel livello di cortisolo da T1 a T2, tale mutamento è risultato consistente per ambedue i gruppi di cani (interazione: F=0,01, n.s.).

DiscussioneI canili dovrebbero essere rifugi temporanei per i cani randagi e abbandonati in attesa di una nuova dimora. Sfortunatamente, i sistemi di adozione sono spesso inadeguati a far fronte al gran numero di cani che entrano nei canili, mentre le politiche di non soppressione aumentano le probabilità che un cane possa trascorrere il resto della vita in canile, qualora l’animale non riesca a trovare una sistemazione al-ternativa o una famiglia che lo adotti. In Italia vi sono attualmente circa 150.000 cani ospitati in canili, di cui il 41%, secondo le stime, sono cani adulti (di età superiore a 4 anni) con scarsa possibilità di essere adottati (dati non pubblicati). In tale situazione, le condizioni di alloggiamento (ossia lo spazio forni-to, gli stimoli ambientali e sociali) potrebbero ave-re un considerevole impatto sul benessere dei cani. Nel presente lavoro sono stati esaminati i potenziali effetti di due diverse condizioni di alloggiamento sul benessere di cani lungodegenti in canile. I cani alloggiati in gruppi hanno trascorso inattivamente buona parte del tempo d’osservazione e i livelli di attività (6,5%), in generale, sono stati inferiori a quel-li registrati negli studi precedenti. Per esempio, Hu-brecht e colleghi (15) hanno rilevato che i cani di ca-nile sistemati in ampie recinzioni all’aperto (744 m2) hanno trascorso il 23,5% del loro tempo attivi a dif-ferenza dei cani da laboratorio in gruppi, sistemati in recinti al chiuso meno ampi (6,7 m2), che ne hanno trascorso il 19,1%. L’età dei soggetti potrebbe aiutare a spiegare alcune di queste differenze: nel presente studio, dai 5 ai 9 anni di età; nello studio di Hubrecht (15), 1,7 anni di età media. Poiché l’età e il periodo di tempo trascorso nel canile sembrerebbero influ-ire sui livelli di attività dei cani (30), questi aspetti dovrebbero essere presi in considerazione nella de-terminazione delle strategie di confinamento per i cani. Gli animali del presente studio hanno trascor-so poco tempo in attività locomotorie, con il trotto quasi assente quando i cani hanno alloggiato nelle recinzioni più piccole. Tali risultati convengono con quelli dei precedenti studi, mostrando cali nell’atti-vità e nella locomozione dovuti a limitazioni sociali

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più stimoli sociali e ambientali (ad es. suolo, attrez-zature, alberi) rispetto all’alloggiamento a coppie e, come previsto, i cani hanno manifestato compor-tamenti più esplorativi (visivi e olfattivi). Nel com-plesso, i confronti statistici e i valori medi hanno mostrato cani motivati a esprimere comportamenti quali: scavare nel terreno, dare segnali comunicativi e scodinzolare quando alloggiati nei recinti all’aper-to rispetto all’alloggiamento a coppie. Tuttavia, tali differenze non sono state confermate dall’analisi Post-hoc. Una più ampia raccolta di dati potrebbe contribuire a chiarire tali risultati. Il cortisolo salivare è ritenuto una valida misura per la valutazione dello stress acuto e cronico nei cani (2, 5), sebbene eleva-te concentrazioni siano prodotte anche in risposta a momenti di eccitamento prolungato (13). Le attua-li scoperte hanno individuato un notevole calo dei livelli di cortisolo, tra il primo e il secondo periodo della raccolta dati per ambedue i gruppi di cani, indipendente dal tipo di confinamento. Sebbene i livelli di cortisolo potrebbero essere stati influen-zati dall’attesa di cibo, dall’arrivo del personale del canile o dalla manipolazione, è certo che il prelievo dei campioni di saliva è stato effettuato da veterina-ri del canile in maniera altamente standardizzata in entrambi gli intervalli di tempo, pertanto è improba-bile che ciò sia stato l’origine di tale differenza.

Esaminando più in dettaglio i livelli basali di corti-solo salivare, riportati in altri studi, è stato rilevato che i dati sono piuttosto variabili. Beerda e collabo-ratori (5) hanno registrato un livello medio basale durante l’alloggiamento di gruppo all’aperto di 0,08  ±  0,01  µg/dl con notevoli variazioni tra le ore del mattino (prima delle ore 10,00) e il resto della giornata. In un altro studio (3) il livello basale rile-vato è stato mediamente pari a 0,22 µg/dl e il cam-pionamento effettuato dopo le ore 10,00. Horvath e collaboratori (14) hanno registrato una livello base medio di 0,12  ±  0,11 µg/dl durante il campiona-mento effettuato al mattino e di 0,07 ± 0,07 µg/dl durante il campionamento nel pomeriggio. Nel pre-sente studio, il livello di cortisolo è stato in media di 0,12 ± 0,002 durante T1 e di 0,09±0,001 durante T2. Di conseguenza è possibile asserire che fattori ester-ni (ad es.: variazioni di stagione, condizioni ambien-tali non documentate come parte dello studio) po-trebbero aver influito su tale mutamento fisiologico, ma che i valori rilevati rimangano nel complesso entro i livelli basali della concentrazione di cortisolo salivare registrati per la specie. Un campionamento più frequente dei livelli di cortisolo (5) avrebbe po-tuto fornire una più chiara curva di adattamento dei soggetti alle condizioni di alloggio.

In termini di praticità, l’alloggiamento a coppie nei box risulta essere migliore: gli animali possono es-sere gestiti più facilmente, vi è un maggior grado di controllo sull’igiene e sullo stato sanitario e il rischio di interazioni agonistiche tra i compagni di recinto

re compromesso. In studi futuri, misure psicologiche accurate dei modelli di sonno potrebbero fornire uno strumento attendibile per la valutazione della velocità di adattamento dei cani a nuove o diverse condizioni di alloggiamento.

L’auto-grooming è un altro comportamento la cui frequenza aumenta come conseguenza delle restri-zioni sociali e di spazio (4). Sebbene le attuali cono-scenze abbiano individuato qualche variazione di tale comportamento, questo non risulta legato al cambio di alloggio. Precedenti studi hanno anche osservato come i cani intraprendessero maggior-mente l’auto-grooming unitamente ad un compor-tamento legato a ridotti stati di stress, di allerta e alla ricerca di attenzioni, rispecchiando forse un miglior livello di benessere (13, 23). Nel presente studio è stato rilevato solo un significativo effetto del fatto-re tempo nel gruppo di controllo. Considerato l’in-cremento dei tempi di riposo osservato, si potrebbe suggerire che tali variazioni fossero legate all’abitu-dine e ad una minore eccitazione dei cani.

Quando si valuta il benessere animale, l’attenzione va solitamente sugli indicatori di stress e sugli stati emotivi negativi (32). Tuttavia, un buono stato di be-nessere è il risultato di stati emotivi positivi: compor-tamenti giocosi e affiliativi, per esempio, sono spes-so considerati indicatori di benessere (9). Sebbene il comportamento sociale si sia manifestato per solo lo 0,3% del tempo di osservazione complessivo, la descrizione e il target del tipo di interazione sociale possono spiegare le dinamiche sociali nel confina-mento dei cani alloggiati in gruppo. Quando i cani hanno interagito con i conspecifici, i soggetti allog-giati nei recinti di gruppo hanno trascorso giocando buona parte del loro tempo d’interazione sociale. Il gioco sociale si è manifestato principalmente nei confronti dei compagni di recinto di sesso opposto. I comportamenti agonistici (postura minacciosa, rigi-da/alta) sono stati rari, quando rilevati sono risultati principalmente diretti verso i compagni di recinto dello stesso sesso. Sebbene la scelta delle coppie da trasferire nei box non sia stata arbitraria, tali risultati tendono a supportare la scelta di abbinare animali di sesso opposto e compatibili per evitare problemi di gestione e aggressioni. Infatti, nella condizione di al-loggiamento a coppie, le interazioni sociali sono sta-te sempre positive (giocose e amichevoli), mentre il comportamento agonistico non si è mai presentato. Un compagno di recinto appropriato in condizione di confinamento potrebbe aiutare ambedue gli ani-mali a far fronte al nuovo ambiente, tuttavia si richie-dono ulteriori studi al fine di determinare il valore di tale ruolo.

Come evidenziato in lavori precedenti, la presenza di altri conspecifici e di un ambiente arricchito può suscitare la manifestazione di un comportamento naturale (22). Il confinamento di gruppo ha fornito

Lungodegenza in canile e risposte comportamentali e fisiologiche Dalla Villa et al.

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Dalla Villa et al. Lungodegenza in canile e risposte comportamentali e fisiologiche

sostenibile e accettabile dal punto di vista etico, è una sfida notevole. Molti fattori concorrono ad aiu-tare un cane nel processo di adattamento quando si presenta un nuovo ambiente o una situazione impe-gnativa. I risultati del presente studio forniscono ul-teriori spunti in merito agli effetti del confinamento sui cani lungodegenti in canile, concentrandosi sulle reazioni di animali adulti con esperienza in canile per 4 o più anni. Tali dati confermano anche che i parametri comportamentali sono indicatori sensibili delle reazioni del cane a nuovi ambienti di alloggio. Le attuali procedure di gestione e ulteriori indagini in questo ambito dovrebbero concentrarsi sulla va-riabilità individuale e sull’identificazione di misure standard relative all’animale (ad es.: salute, stato fi-sico, comportamento, ecc.) per fornire un chiaro si-stema di valutazione del benessere per i cani ospitati in canile.

RingraziamentiGli autori ringraziano Loredana Annunziata e Giam-piero Scortichini per il supporto professionale e Fa-brizio Palucci per il lavoro di traduzione in lingua italiana.

Finanziamento Questo progetto di ricerca è stato finanziato dal Mi-nistero della Salute.

è ridotto (25, 31). Tuttavia, una gestione e un moni-toraggio attento delle strutture adibite all’alloggia-mento di gruppo possono ridurre buona parte dei rischi associati a questo sistema. Nel presente studio non si sono verificati gravi attacchi tra i cani allog-giati in gruppi e i dati clinici non hanno rivelato al-cun aumento nella prevalenza di problemi sanitari rispetto all’alloggiamento a coppie.

Un calo generale in molte attività (ad es.: locomoto-rie, sociali ed esplorative) è stato rilevato quando i cani sono stati trasferiti dalla condizione di alloggia-mento di gruppo a quella di alloggiamento a coppia, confermando che le restrizioni di spazio e la parziale deprivazione sociale possono aumentare l’inattività dei cani adulti lungodegenti in canile. Ciononostan-te, andrebbe rilevato che i cani alloggiati a coppie nel presente studio hanno avuto accesso, tutti i gior-ni, a recinti all’aperto e che il comportamento ma-nifestato durante questo arco di tempo non è stato registrato. È possibile che correre e giocare durante i periodi di esercizio all’aperto possa aver ridotto nei cani il desiderio di attività esplorative, sociali e loco-motorie quando questi si sono trovati nei loro box abituali. Sebbene notevoli variazioni nel comporta-mento siano state associate alle diverse condizioni di confinamento, non sono stati rilevati altri segni evidenti che indicassero come una forma di confi-namento avesse ridotto più dell’altra il benessere di questi animali.

Identificare una condizione di confinamento a vita per i cani degenti in canile, che sia economicamente

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Lungodegenza in canile e risposte comportamentali e fisiologiche Dalla Villa et al.

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SummaryIn Italy, National Law (281/1991) prohibits euthanasia of shelter dogs if they are not dangerous or suffering seriously. Adoption rates in rescue shelters are often lower than entrance rates, leading inevitably to overcrowded facilities where animals are likely to spend the rest of their lives in kennels. In this situation, housing conditions (i.e. space provided, environmental, and social stimulation) may have an impact on canine welfare. In this research project, the effects of two different forms of housing (group- and pair housing) on long-term shelter dogs were compared using behavioural and physiological parameters. Observational data and saliva samples were collected from dogs exposed to both experimental settings; behaviour and cortisol concentration levels were used as welfare indicators. Pair housing offered fewer social and environmental stimuli and behavioural analysis showed a significant decrease in locomotor, exploratory, and social behaviour. Cortisol levels show that this parameter varied independently of housing conditions. Although this study found no evidence suggesting that one form of confinement reduced animal welfare more than the other (e.g. in terms of abnormal behaviour, or higher cortisol concentrations), the type of confinement did affect the expression of a variety of behaviours and these variations should not be ignored with respect to housing decisions for long-term shelter dogs.

KeywordsAnimal welfare,Behaviour,Canis familiaris,Cortisol,Dog,Long-term confinement,Rescue shelter.

1 Istituto Zooprofilattico Sperimentale dell’Abruzzo e del Molise ‘G. Caporale’, Campo Boario, 64100 Teramo, Italy [email protected]

2 Dep. Clinical Studies, School of Veterinary Medicine, University of Pennsylvania,3850 Spruce Street, Philadelphia, PA 19104-6010, USA

Paolo Dalla Villa1, Shanis Barnard1, Elisa Di Fede1, Michele Podaliri1, Luca Candeloro1, Antonio Di Nardo1, Carlo Siracusa2 & James A. Serpell2

Behavioural and physiological responses of shelter dogs to long-term confinement

IntroductionCanine populations are increasing worldwide and in many countries free-roaming dogs represent a significant public health problem due to the risks of dog attacks on people and livestock, zoonoses and car accidents. Different strategies can be applied to the management of free-roaming populations, shelters being one of the most important (8). The confinement of an animal generally implies physical restriction, impoverished environments, social isolation, and little control over, or ability to predict, events. Italian National Law (19) on ‘companion animals and stray dog population control’ prohibits euthanasia of shelter dogs if they are not dangerous or seriously suffering. This leads inevitably to overcrowded facilities where animal welfare is a major issue. It is therefore important to move toward a model of dog management and housing based on high standard levels of welfare.

Centuries of artificial selection have generated high levels of genetic and morphological diversification in the domestic dog. Breed, temperament, and

previous experience of confinement have all been shown to play a significant role in dogs’ ability to cope with subsequent confinement (6, 12, 13, 14), and these variables should normally be taken into account when studying dogs’ adaptation to kenneling. However, when studying shelter populations, animals are mostly mixed breed adults of unknown background. Hence, in these circumstances, welfare measures should be able to detect the state of each animal in that specific environment regardless of its history.

Previous studies have succeeded in describing welfare indicators of dogs confined in different kennel environments, mainly based on behavioural and physiological parameters (10, 15, 27, 28). Behavioural parameters also give important information on animal needs and preferences, while being non-invasive and easily observable. Beerda and colleagues (3) have identified specific behavioural patterns shown in response to experimentally induced stress challenges, and similar results were found in later research (14, 23). Specifically, it has been demonstrated that

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Materials and methods

Animals and experimental conditionsSeventeen dogs (7 females, 10 males) were chosen among those housed at the animal shelter of Istituto Zooprofilattico Sperimentale dell’Abruzzo e del Molise ‘G. Caporale’ in Teramo, Italy. All were adult dogs (between 5 and 9 years old) that had lived in the shelter for four years or more at the time of observation. All dogs were medium-large size and not ascribable to any specific breed, although the majority could be described as crosses of herding or shepherd breeds. All animals were spayed or neutered, and declared healthy by shelter veterinarians.

Groups of dogs were formed during a pre-experimental phase that lasted 4 months. Daily sessions of group socialisation were carried out in order to identify compatible dogs. At the end of this process, the four experimental groups were identified, and they were housed in their experimental pens. To allow habituation to the new environment, data collection started one month after the introduction to the new housing. The first data collection (Time 1, T1) was carried out in the following experimental setting: dogs were all housed in the same confinement conditions, in groups of 4-5 animals of both sexes, in four outdoor enclosures of about 35 m2 each. See-through wire mesh ran along all sides of the enclosures, cemented into a 50 cm high concrete wall. The pens were adjacent to one another. An 11 m2 roof, with beds underneath, covered a portion of the pen to give protection from the sun and bad weather. The ground was unpaved soil. Dogs were fed once in the morning with dry pellets, and fresh water was available at all times. To avoid competitive behaviour, dogs were accustomed to being tethered to the fence with a 1 m leash during feeding. Dogs remained confined in their pen environment at all times.

Once the first data collection period was over, eight dogs (4 females and 4 males) housed in two of the four enclosures, were transferred in pairs to smaller enclosures (6 m2). These dogs were defined as the experimental group, while the remaining nine dogs were left in the same two original outdoor enclosures as a control group. To avoid management problems and undesired aggressive behaviour that could compromise dogs’ safety or the accomplishment of the study, pen-mates were selected based on prior histories of positive interaction within the group-housing condition. Pairs were all composed of one male and one female. The smaller enclosures were totally covered by a roof, and had visually transparent fencing at the front. Adjacent pens were separated by 1 m high solid partitions with wire mesh above.

consequences of inappropriate confinement conditions and of social isolation are a decrease in activity, excessive autogrooming and vocalisations, and alterations in exploratory and locomotor behaviour and sleep patterns. Other studies, analysing the effects of confinement on dogs, suggest that kennel size per se does not affect significantly the quantity of behaviour but does influence the quality of activities (7, 11). It is now widely accepted that the quality of the housing environment plays a crucial role in animal welfare (16); the ideal environment should offer sufficient stimuli to motivate the expression of most normal canine behaviour. Dogs in shelters, however, typically spend most their time inactive (16, 21). Hughes and Campbell (18) reported an average time of 30-90 min a day dogs spent active regardless of cage size (1 m2 vs 7 m2) or access to a large outdoor pen. What differed between housing conditions was the distance travelled per day, suggesting that larger spaces may encourage the dogs to run or trot. Activity increases when dogs are socially or environmentally stimulated (17). Group-housing, for example, provides a relatively complex environment that encourages locomotor activity, olfactory exploration, and social interaction. Previous studies that focused on the effect of group-housing in comparison to isolation (4, 5, 15) demonstrated that isolation has negative effects on dogs’ welfare. Other studies have highlighted improved welfare indicators with pair-housed dogs compared to those housed individually (6, 11). Some authors, however, report that group-housing is often avoided since it seems to increase the risk of disease transmission and aggressive behaviour between conspecifics (29).

Glucocorticoids, in the form of cortisol, are physiological markers commonly used for the assessment of welfare (2) since their concentrations reflect reliably the activity of the stress responsive hypothalamic-pituitary-adrenal axis (20). Higher cortisol concentrations have been found in confined dogs compared to pet dogs living at home, and in socially isolated dogs compared to dogs housed in groups (6, 13, 26). Urinary and salivary cortisol are reliable and less invasive alternatives to plasma cortisol (2).

There is evidence that the length of time in a rescue shelter influences the behaviour of kennelled dogs, however the effects of long-term confinement on canine welfare are still unclear and need further investigation (12, 30). The present study builds on earlier work in this area and seeks to provide further insight on how housing affects the welfare of shelter dogs in the long-term. More specifically, the effects of two different forms of confinement were analysed by means of established behavioural and physiological parameters.

Shelter dogs and long term confinement Dalla Villa et al.

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Data collectionData collection was standardised for all groups of dogs during both T1 and T2. Behavioural data were collected by video recording dogs’ activities during two daily sessions, for three consecutive days: 40 min in the morning before feeding time (06.15h-06.55h) and 40 min in the afternoon (17.15h-17.55h). All recordings were carried out in the absence of staff activities, cameras were fixed and an operator was

Wooden sleeping platforms (100  x  120 cm) were placed on the floor of each pen as resting places. These enclosures had access to a common fenced area (120 m2) where dogs were allowed to exercise in pairs for 2 h/day, usually in the morning during cleaning routines. The feeding routine was the same as previously described. Dogs were allowed to acclimatize to the new confinement condition for one month before commencement of the second data collection (Time 2, T2).

Dalla Villa et al. Shelter dogs and long term confinement

Table I. Behavioural categories and variables recorded during the study and measured as frequencies (f) or durations (d) of occurrence.

Category Behaviour Definition f/dActive behaviour Walking Ambulatory gait d

Trotting Trotting gait dJumping Jumping on the kennels’ roof dHind legs Standing on hind legs using forelegs against a wall/fence to support the body d

Inactive behaviour Lying Sternal or lateral recumbence dSitting Sit on hind legs dStanding Standing on four legs dResting The subject is sleeping, or lying with head touching the ground d

Active repetitive Circling Repetitive circling around pen dPacing Repetitive pacing usually along a fence dSocial pacing Repetitive pacing along fence in parallel with a dog on the other side dTail chasing Repetitive chasing of tail dWall bouncing Repetitive jumping at wall, rebounding off it d

Social interactionb Amicable Lick, paw or allogrooming dog, often with tail wag dPlay Bow, short charges with bouncing gait, play face, wrestle, play chase dThreat Raise hackles, aggressive vocalisations, lunge toward dog d

Rigid/high posture Focus animal is standing with rigid posture, head and tail are elevated high, mouth is shut, no or very narrow tail wagging, T or parallel position with other dog d

Defensive Avoid dog, increase distance, or cower, roll over dMount dog Focal dog mounting/ mounted of/by another dog dSniffing doga Focal animal noses another dog d

Social looka Focal animal orients toward another dog and keeps eye contact, usually this is associated with a change in tail movement and/or tail position d

Other Autogrooming Behaviour directed towards the subject own body, like scratching, licking and self-biting dDigging Dig at ground with fore paws dOut of sight The subject is not visible, usually inside a kennel or behind a barrier dShadea The subject is in a poor light so it is not possible to see facial expressions dBarking Staccato, short vocalisations fShaking off Oscillate vigorously the head and body on its longitudinal axis fStretching Stretching of the body and limbs fProlonged vocalisationsa Including howling and whining d

Tail Tail wagginga Repetitive wagging movements of the tail dTail low/curleda Tail is curled between hind legs, and posture is usually low d

Environment exploration Visual explorationa The subject observing the environment or the pennmates inside the enclosure dOlfactory explorationa Nose moved along the ground or other objects with clear sniffing movements d

Alimentary Drinking Drink water fChewing Chew non nutritive material fUrinating Urinate with one leg cocked or in squatting position fDefecating Excreting the contents of the bowels fCoprophagy Eat own or other dog's foeces f

(a) Non-exclusive behaviour: can occur together with other behaviours.(b) When recording social behaviour, the recipient was also recorded, identifying it as: a same sex pen-mate; an opposite sex pen-mate; a dog in the adjacent pen.

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Positive social

Agonistic

0

5

10

15

20

25

30

Same sex Opposite sex Adjacent pen

Sec

Recipient

Figure 1. Social behaviour at Time 1. Recipients of positive (play, amicable) and agonistic (rigid/high posture, defensive, threat) social behaviour at T1 during group housing.

Shelter dogs and long term confinement Dalla Villa et al.

further analysis. Due to the low percentage of expression, some behaviours were also pooled and considered as single variables: for example, circle and pace were analysed as active repetitive category; amicable, play, threat, rigid/high posture, defensive were analysed as social interaction category; sniff dog and social look (non-exclusive behaviour) were analysed as communicative signals. For all behaviours included in the ethogram category social interaction, data were weighted according to the number of subjects present in each enclosure, and the recipient was recorded as either same sex pen-mate, opposite sex pen-mate, or dog in adjacent pen.

To test for each main effect (group and time) as well as their interaction, a two-way ANOVA with repeated measures on one factor was performed for all variables. Given that the same subject was observed twice (T1 and T2), time was treated as the within-subjects factor while group (experimental or control) was considered the between-subject factor. Although statistical analysis was considered sufficiently robust (since the assumption of homogeneous samples was respected), data distributions were visually inspected through box-plots to detect any deviations from normality.

Differences between and within groups were also calculated by 95% confidence intervals (CI) pair-wise comparisons, according to (1). As three comparisons were performed (two comparisons between times within the same group and one comparison between groups at T1), to control for the overall error rate, confidence intervals were calculated using Bonferroni correction (so the type I error rate was corrected to 0.05/3=0.0167). Whenever variable distributions appeared to be different from normal based on visual inspection, non-parametric

in charge of turning them on and off, leaving the place during recordings. Since dogs can react more intensely to the arrival of a human attendant (18), the first and the last 5 min of each recording session were discarded from the analysis. Video analyses were carried out using a dedicated data recording system (The Observer XT 8.0, Noldus, The Netherlands) on the basis of an existing ethogram (15). A total of 38 behaviours were observed, and related patterns of behaviour were grouped together into distinct categories (Table I). Behavioural frequencies and duration of occurrences were recorded continuously during each 30 min observation bout, for a total of 180 min of recordings for each time period and for each of the 17 dogs included in the study.

Cortisol was assayed from saliva samples taken from all dogs in the study. To control for within-subject variability, cortisol was sampled from each dog for three consecutive days during both observation periods of the study (T1 and T2), immediately after the morning video recordings and when dogs were tethered before food administration. The three-day average value was considered as representative of the cortisol level of each dog during each observation phase. Saliva samples were collected from dogs’ cheek pouches using Salivette® cortisol system (Starstedt, Verona, Italy). Saliva collection was carried out by the same shelter veterinarians familiar with the dogs, and it was done in a standardised way in less than 3 min to avoid measuring biased cortisol levels induced by manipulation. Samples were stored at –25°C until further analysis. Cortisol determination was carried out through immunoassay using the commercially available kit Salivary Cortisol (Salimetrics, State College, USA) and following the guidelines of the manufacturer.

Data processing and statistical analysisBefore statistical analysis could be carried out, data adjustments were applied for both behavioural and cortisol measures. Since dogs were at times not visible (e.g. inside a kennel or behind a visual barrier), and supposing that dogs’ behaviour was the same when not within sight of the camera, raw behavioural data were calculated as a percentage of time during which the focal animals were visible. Each variable was corrected multiplying it for an adjustment coefficient (k) equal to the total observational time (Tt = 10,800 sec) divided by the visible time (Tt - x), x being the time the animal was not visible (i.e. out of sight, hidden in shade). Some of the behaviours listed in the ethogram were either never recorded (i.e. jump, mount dog, chew, social pace, tail chase, wall bounce) or recorded just once (tail low/curled between hind legs, coprophagy); these behaviours were therefore discarded from

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Dalla Villa et al. Shelter dogs and long term confinement

sex pen-mates (Figure 1). Agonistic interactions (threat, defensive, and rigid/high posture) were shown less frequently (17.84%) and almost always towards same sex conspecifics (Figure 1).

Behavioural comparisonsAll statistical values and levels of significance for each factor of the two-way ANOVA are presented in Table II. The between-subjects test revealed no significant overall differences between groups of dogs at T1, with the exception of resting behaviour. However, this difference was not confirmed by post-hoc analysis. This variable was also highly significant for ANOVA factor ‘time’, post-hoc showed a significant increase in duration at T2 compared to T1 for both groups (CI control: U=5,230.3; L=297.3; CI experimental: U=7,926.1; L=2,693.8).

‘Time’ and ‘time by group interaction’ factor significantly affected six variables (communicative signals, lying, standing, trotting, visual exploration, and walking). A significant drop in duration emerged for two active behaviours, trotting and walking (Figure 2), when experimental dogs were transferred from group confinement to pair housing. On average, dogs walked 86% less and trotted 95% less (Table  III). The expression of three other behaviours

statistical tests (Wilcoxon Rank Sum Test for paired and/or independent samples applying Bonferroni correction) were also performed.

Due to small sample sizes, between-sex statistical comparisons of the effects of housing were not carried out. All data analyses were carried out using R-2.13.0 for Windows software.

ResultsTo obtain an overview of the general activity of dogs housed in groups, a preliminary descriptive analysis was carried out looking at the data collected for all 17 dogs at T1. Dogs housed in groups spent an average 90% of their time inactive, 6.5% of their time active and all other behaviours were shown for less than 3% of the time (e.g. social interactions, alimentary behaviour). Although the greater portion of the time was spent inactive, only for 42% of that time were dogs actually resting or asleep. The remaining time they were attentive, and scanning the environment visually. Social interactions were shown for only 0.3% of the total observation time. Dogs showed play behaviour for the greatest portion of the time spent in social interactions (77.33%), especially towards opposite

Table II. Two-Way ANOVA with repeated measures on one factor (Time).

VariableBetween-subjects effects Within-subjects effects

Group Time InteractionF-statistic p-value F-statistic p-value F-statistic p-value

Active repetitive 1.82 0.197 1.66 0.217 2.42 0.141Autogrooming 4.20 0.058 6.15 0.025 1.36 0.261

Barking 0.24 0.635 2.14 0.164 2.72 0.120Communicative signals 1.77 0.203 4.82 0.044 11.35 0.004

Defecating 0.06 0.809 0.12 0.738 0.89 0.360Digging 2.83 0.113 2.40 0.142 5.43 0.034Drinking 0.38 0.545 0.08 0.778 12.55 0.003Hind legs 1.84 0.195 3.17 0.095 0.91 0.355

Lying 1.31 0.270 24.13 0.000 5.60 0.032Olfactory exploration 0.08 0.780 0.76 0.398 5.86 0.029

Prolonged vocalisations 0.08 0.779 7.31 0.016 2.20 0.159Resting 6.16 0.025 35.36 0.000 3.64 0.076

Shaking off 1.65 0.218 0.13 0.720 2.44 0.139Sitting 2.13 0.165 0.06 0.810 0.06 0.813

Social interaction 1.27 0.278 1.84 0.195 1.61 0.224Standing 0.59 0.453 12.97 0.003 10.86 0.005

Stretching 0.33 0.573 1.86 0.193 0.00 0.992Tail wagging 0.12 0.739 0.34 0.568 4.75 0.046

Trotting 0.06 0.811 7.59 0.015 8.90 0.009Urinating 0.83 0.378 0.14 0.718 13.49 0.002

Visual exploration 0.38 0.549 16.07 0.001 12.17 0.003Walking 0.06 0.811 8.57 0.010 14.65 0.002

Signifcant P values (< 0.05) are in bold.

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Table III. Mean osservational time (±SEM) recorded for each behaviour.

VariableControl group Experimental group

T1 (s) T2 (s) T1 (s) T2 (s)Active repetitive 7.2±1.1 13.7±2.06 111.5±26.6 4.9±1.7Autogrooming 30.8±6.1 169.0±29.6 210.7±52.9 583.5±61.7

Barking 140.0±11.2 149.1±22.1 355.9±38.8 34.7±4.7Communicative signals 70.9±5.8 114.4±13.7 295.2±18.8 39.3±4.7

Defecating 0.4±0.1 0.8±0.2 0.6±0.1 0.4±0.1Digging 0 7.2±1.8 44.9±8.1 0Drinking 0.4±0.1 3.4±0.3 3.9±0.5 1.0±0.2Hind legs 238.8±49.2 156.8±26.0 35.5±5.3 12.0±3.6

Lying 6406.1±233.2 7470.4±185.0 6222.7±214.3 9168.9±145.2Olfactory exploration 299.7±14.4 487.1±53.7 654.7±37.2 198.0±16.3

Prolonged vocalisations 9.6±1.0 21.9±4.3 0 40.3±6.4Resting 2110.9±215.4 4874.7±165.9 2565.2±221.1 7875.1±249.2

Shaking off 1.7±0.1 4.2±0.3 7.8±0.4 3.2±0.4Sitting 577.0±88.9 574.6±77.1 209.5±35.0 146.1±20.8

Social interaction 33.3±6.6 67.0±10.5 11.6±7.2 11.8±3.4Standing 1723.8±70.9 1605.9±95.1 2248.2±136.1 556.8±75.4

Stretching 2.1±0.4 3.7±0.2 2.9±0.3 4.5±0.7Tail wagging 436.6±45.6 734.6±73.7 803.0±106.0 216.0±49.3

Trotting 63.5±4.7 64.5±6.7 111.3±11.2 5.1±0.8Urinating 0.4±0.1 4.1±0.3 6.1±0.9 1.0±0.1

Visual exploration 4170.0±280.8 3798.0±199.5 5521.4±159.0 1539.3±138.2Walking 435.5±31.4 510.1±34.2 898.2±92.8 132.5±18.7

T1 represents the first observational period where all dogs were group-housed in outdoor pens.T2 represents the second observational period where dogs of the experimental group were pair-housed while the control group was left in the same outdoor pens.

Shelter dogs and long term confinement Dalla Villa et al.

ControlExperimental

T1

0

50

100

150

200

250

T2

Tim

e (s

ec)

a.

b.T1 T2 T1

20

40

60

80

100

T2

ControlExperimental

T1

0

500

100

1500

T2

Tim

e (s

ec)

T1 T2 T1

200

400

600

800

T2

Figure 2. Behavioural variations. For the behavioural variables (a) trotting and (b) walking, box-plots represent changes in the duration of the behaviour between the two phases of the study (T1 and T2) for both experimental and control dogs (within-group comparisons); interaction plots represent the direction of the behaviour (increasing or decreasing dashed lines) from T1 to T2 for both experimental (solid triangles) and control (solid circles) group.

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Dalla Villa et al. Shelter dogs and long term confinement

However, post-hoc comparison did not confirm these differences.

Cortisol comparisonFive saliva samples, out of a total of 102 collected during the two phases of the study, were discarded due to insufficient physiological material. Analysis was carried out on the remaining 97 samples. ANOVA test revealed that the two groups of dogs did not differ in cortisol levels at T1 (F=0.15, n.s.), but time had a significant effect (F=18.47, p<0.001). Figure 4 shows that there was a decrease in cortisol levels from T1 to T2, and that this change was consistent for both groups of dogs (interaction: F=0.01, n.s.).

DiscussionRescue shelters should be temporary refuges for stray and abandoned dogs waiting to be re-homed. Unfortunately, adoption systems are often insufficient to overcome the large numbers of dogs entering shelters, while no-kill policies ensure that, if a dog fails to find a new home, it is likely to spend the rest of its life in shelter housing. In the Italian context there are currently around 150,000 shelter dogs 41% of which are estimated to be adult dogs (over 4 years old) with almost no

(lying, standing, and visual exploration) was also influenced by the change in the confinement conditions (Figures  3 and 4a). Experimental dogs in pair housing spent significantly more time lying (CI T2-T1: U=4,504.9; L=1,387.5) and significantly less time standing (CI T2-T1: U=-755.6; L=-2,627.3) and showing visual exploration (CI T2-T1: U=-1,953.8; L=-6,010.4) compared to group-housing. After being transferred to the smaller enclosure, the duration of the expression of communicative signals (i.e. sniff dog, social look) by experimental dogs dropped on average by 86.7% (Table III). Despite this, the difference was not significant according to the post-hoc test applying Bonferroni correction (p=0.039).

ANOVA results highlighted a significant p-level for the olfactory exploration variable (Table II). Wilcoxon pair test detected a significant decrease between T1 and T2 in the time spent by the experimental group showing this behaviour (V=1, p= 0.015). An increase in the average time spent autogrooming was observed in both groups of dogs (Table III). However, post-hoc tests revealed that this increase was only significant for control dogs (V=44, p=0.008).

Other overall significant values emerged from ANOVA analysis, concerning digging, tail wagging, prolonged vocalizations, and alimentary behaviour.

ControlExperimental

T1

0

4000

6000

8000

10000

12000

T2

Tim

e (s

ec)

a.

b.

T1 T2

2000

T1

6500

7000

7500

8000

8500

T2

9000

ControlExperimental

T1

0

1000

2000

4000

T2

Tim

e (s

ec) 3000

T1 T2 T1500

1000

1500

2000

T2

Figure 3. Behavioural variations. For the behavioural variables (a) lying and (b) standing, box-plots represent changes in the duration of the behaviour between the two phases of the study (T1 and T2) for both experimental and control dogs (within-group comparisons); interaction plots represent the direction of the behaviour (increasing or decreasing dashed lines) from T1 to T2 for both experimental (solid triangles) and control (solid circles) group.

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of previous studies, showing decrease in activity and locomotion due to social and spatial restriction (11, 15). Other authors (6, 13) found an increase in locomotor activity in more austere housing conditions. This increase was associated with high stress levels, underlining the fact that activity per se is not necessarily a good indicator of welfare. The quality of activity may be important in this respect. Stereotypic locomotor activities are usually a sign of chronic stress and poor welfare conditions when associated with long-term housing (17). Stereotypies were described in the active repetitive category of the ethogram. Repetitive activities are not always a direct reflection of poor welfare, but they might be part of a strategy to cope psychologically with stressful conditions (12, 13). In the present study active repetitive behaviours (i.e. pacing and circling) were shown sporadically (0.3% of total observation time) by some individuals mainly in group-housing, probably in response to moments of high arousal caused by external stimuli.

Inactive behaviour differed between housing conditions: dogs housed in pairs, spent more time in a lying position while dogs housed in groups spent more time in a standing posture. The standing posture was more advantageous in the outdoor enclosures since the concrete wall around the

chance of being adopted (unpublished data). In this situation, housing conditions (i.e. space provided, environmental and social stimulation) may have a considerable impact on canine welfare. In this paper, the potential welfare effects of two different housing conditions on long-term shelter dogs were examined.

When dogs were housed in groups they spent most of the observed time inactive, and activity levels  (6.5%) in general were lower than those recorded in previous studies. For example, Hubrecht and colleagues (15), found that shelter dogs housed in large outdoor enclosures (744 m2) spent 23.5% of their time active, while laboratory group-housed dogs in smaller indoor pens (6.7  m2) spent 19.1%. The age of the subjects may help to explain some of these differences: in the current study animals were older adults (from 5 to 9 years old), whereas in Hubrecht’s (15) study subjects were younger (mean age 1.7 years old). Since age and time spent in shelters seems to affect activity levels of dogs (30), these elements should be taken into consideration when determining confinement strategies for dogs. Dogs in the current study spent little time in locomotor activities, and trotting was almost absent when housed in the smaller enclosures compared to the larger ones. These results concur with those

Shelter dogs and long term confinement Dalla Villa et al.

ControlExperimental

T1

0

2000

4000

6000

8000

T2

Tim

e (s

ec)

a.

b.T1 T2 T1

2000

3000

4000

5000

T2

ControlExperimental

T1

0.00

0.05

0.10

0.15

T2

μg/d

l

T1 T2 T10.085

0.090

0.095

0.115

T2

0.120

0.100

0.105

0.110

Figure 4. Behavioural and cortisol variations. For the behavioural variable (a) visual exploration and for the (b)cortisol concentration levels, box-plots represent changes between the two phases of the study (T1 and T2) for both experimental and control dogs (within-group comparisons); interaction plots represent the direction of the behaviour or cortisol concentration (increasing or decreasing dashed lines) from T1 to T2 for both experimental (solid triangles) and control (solid circles) group.

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Dalla Villa et al. Shelter dogs and long term confinement

were rare, and when they occurred they were mainly directed toward same sex pen-mates. Although pairs to be transferred into smaller enclosures were not chosen randomly, these results tend to support the choice of matching opposite sex and compatible animals to avoid management and aggression problems. In the pair housing condition, social interactions were always positive (play and amicable) while agonistic behaviour was never recorded. An appropriate pen-mate in a confinement situation may help both animals to cope with the new environment, but further research is needed to determine the value of this role.

As highlighted in previous works, the presence of other conspecifics, and of an enriched environment, can elicit the expression of natural behaviour (22). Group confinement offered more social and environmental stimuli (e.g. soil, furniture, trees) compared to pair housing, and as expected, in this situation dogs performed more exploratory behaviours (visual and olfactory). Overall statistical comparisons and mean values showed that dogs were more motivated to express behaviours such as digging the ground, giving communicative signals, and tail wagging when housed in the outdoor pens compared to pair housing. However, these differencese were not confirmed by post-hoc analysis; a larger data collection could help to clarify these results.

Saliva cortisol is considered a valid measure for the assessment of acute, but also chronic, stress in dogs (2, 5), although high concentrations are also produced in response to moments of sustained arousal (13). The current findings detected a significant decrease in cortisol levels, between the first and the second data collection periods for both groups of dogs, that was independent of the type of confinement. Although cortisol levels could have been affected by food anticipation, arrival of kennel staff, or physical handling, we are confident that saliva sampling was carried out by shelter veterinarians in a highly standardised fashion at both time points and, therefore, sampling is unlikely to have been the source of this difference. Looking more in detail at basal salivary cortisol levels reported in other studies, we found that data are rather variable. Beerda et al. (5) recorded an average basal level during outdoor group housing of 0.08 ± 0.01  µg/dl with significant variations between morning hours (before 10.00  h) and the rest of the day. In another study (3) basal level was on average 0.22 µg/dl and sampling was carried out after 10.00 h. Horvath et al. (14) recorded an average baseline of 0.12  ±  0.11  µg/dl during morning sampling and 0.07  ±  0.07  µg/dl during afternoon sampling. In the present study, cortisol level was on average 0.12 ± 0.002 during T1 and 0.09 ± 0.001 during T2. We could conclude that external

perimeter did not allow visibility of the external environment from a recumbent position. Moreover, dogs in the group-housing condition spent more time active, walking or trotting, increasing the time spent standing rather than lying down. Although it wasn’t always possible to see if a dog’s eyes were open or closed, when dogs were lying with their head down (recorded as resting behaviour), it was likely that subjects were either sleeping or resting. There is evidence that a return to normal sleep patterns in different species is an indicator of the animal’s adaptation to a new environmental situation (24). Hetts and colleagues (11) found that subjects confined in more austere conditions (i.e. socially isolated) slept less. We did not record dogs’ sleeping patterns, but it was observed that subjects in the pair housing condition spent longer time resting (on average 38.1% more) compared to when they were group-housed. Poor environment could inhibit most of the animal’s activity leading to an impairment of its welfare. However, the same trend emerged also for the dogs in the control group, and no effect of housing condition was detected in ANOVA. Therefore this variation cannot be considered on its own an indicator of impaired welfare. In future research, accurate physiological measures of dogs’ sleep patterns may provide a reliable tool for assessing their rate of adaptation to new or different housing conditions.

An increase in autogrooming is usually observed as a consequence of social and spatial restriction (4). Although the current findings detected some variation in this behaviour, this was not related to the change in housing. Previous studies have also observed dogs engaging in more self-grooming activity in association with decreased stress-related behaviour, allertness and attention-seeking, perhaps reflecting improved welfare (13, 23). In the current study, only a significant effect of time was observed in the control group. The increase observed in resting time could suggest that these variations were related to habituation and lower arousal of dogs.

When assessing animal welfare, attention is usually focused on stress indicators and negative emotional states (32). However, good welfare is also reflected by positive emotional states: play and affiliative behaviour, for example, are often considered indicators of good welfare (9). Although social behaviour was shown for only 0.3% of the total observation time, the description of the type of social interaction and to whom it was directed was informative of the social dynamics of group-housed dogs in confinement. When interacting with conspecifics, subjects housed in groups spent most of their social interaction time playing. Social play was shown mainly toward opposite sex pen-mates. Agonistic behaviours (threat, rigid/high posture)

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were associated with the different confinement conditions, there were no other evident signs that one form of confinement reduced the welfare of these animals more than the other.

Identifying a life-long confinement condition for shelter dogs that is both economically sustainable and ethically acceptable is a considerable challenge. Many factors concur to help a dog in the coping process when a new environment or challenging situation is presented. The results of this study provide further insights into the effects of confinement on long-term shelter dogs, focusing on the reactions of adult animals that had experienced kennelling for 4 years or more. They also confirm that behavioural parameters are sensitive indicators of dog responses to new housing environments. Current management procedures and further investigation in this area should focus on individual variability and on the identification of standardised animal-based measures (e.g. health, physical condition, behaviour, etc.) that can provide a clear welfare assessment system for shelter dogs.

AcknowledgmentThe authors wish to thank Loredana Annunziata and Giampiero Scortichini for their professional assistance during the study.

Grant supportThis research project was funded by the Italian Ministry of Health.

factors (e.g. seasonal variations, environmental conditions not recorded as part of the study) may have affected this physiological change, but that overall values remain within basal levels of saliva cortisol concentration recorded for this species. More frequent sampling of cortisol levels (see for example procedure in (5) might have provided a more informative adaptation curve to the housing conditions.

In terms of practicality, pair housing enclosures are more functional: animals can be managed more easily, there is a greater degree of control over sanitation and health, and the risks of agonistic interactions between pen-mates are reduced (25, 31). However, careful management and monitoring of group housing facilities can reduce most of the risks associated with this housing system. In the present study, no severe attacks occurred between group-housed dogs, and clinical data revealed no increased prevalence of health problems when compared with pair housing.

A general decrease in most activities (e.g. locomotor, social, and exploratory) was recorded when dogs were transferred from the group to pair housing condition, confirming that spatial restriction and partial social deprivation can increase inactivity of adult long-term shelter dogs. Nevertheless, it should be noted that, in the present sudy, pair-housed dogs had daily access to outdoor runs, and the behaviour expressed during that time was not recorded. It is possible that running and playing during exercise periods may have reduced the desire for exploratory, social or locomotor activities when in kennel. Although significant variations in behaviour

Shelter dogs and long term confinement Dalla Villa et al.

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Dalla Villa et al. Shelter dogs and long term confinement

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SHORT COMMUNICATION

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their hosts (20). In particular, parasites that impair host reproduction consume high amounts of energy and can have significant impacts on host population dynamics (10, 11). Ligula intestinalis is characterised by a life cycle involving three hosts, with copepods as the first and fish as the second intermediate host. The final hosts are piscivorous birds, i.e. gulls (Larus cachinnans) or grey herons (Ardea cinerea). The parasites persist in the gut of birds for a few days to reach sexual maturity and to reproduce (7). This study aimed to investigate the immune response of spirlins infested by Ligula intestinalis.

Preparation of the immune spirlin serum (ISS) was done in the Parasitology Laboratory of Veterinary Medicine of University of Tehran. Immune spirlin serum was recovered from naturally infected spirlins

Pleurocercoids of the tapeworm Ligula intestinalis are important pathogenic agents of spirlins (Alburnoides bipunctatus). They are localized in the body cavity of cyprinids, which are supplementary hosts of this parasite. During their growth and life activities they constrinct the inner organs causing their atrophy and pathological effects. They also cause morpho physiological shifts in the infested host (2, 3), which mainly include the inhibition of gonadal development resulting from changes in the secretion of releasing hormones by the hypothalamus, and a decrease in the level of particular immunological and biochemical parameters (9, 12, 15, 19, 26, 27). These pathogenic agents may have a strong influence on ecosystem function by inducing a variety of behavioral and physiological changes in

SummaryLigula intestinalis parasite is a cestode that can cause remarkable damages to fishes. SDS-PAGE is one of the methods that can be used to determine the immune serum band polymorphism and immune responses in fishes infested by Ligula intestinalis. This study reports the results of an investigation conducted using SDS-PAGE focusing on immune serum band polymorphism and on the reaction of the immune system in spirlins (Alburnoides bipunctatus) infested by pleurocercoids of Ligula intestinalis parasite. Serum samples from infested spirlins revealed a polymorphism band which differed from that reported in sera of roaches (Rutilus rutilus), a species of the same Cyprinidae family.

RiassuntoLo studio descritto in questo articolo utilizza il metodo SDS-PAGE per analizzare bande di polimorfismo in immunosieri di alborelle bipuntate (Alburnoides bipunctatus) infestate da pleurocercoidi del parassita Ligula intestinalis. Gli immunosieri sono stati ottenuti da alborelle bipuntate infestate da Ligula intestinalis. Quando esaminati in SDS-PAGE, i sieri di alborelle hanno evidenziato presenza di bande di 40 e 65 kDa che differiscono con quanto evidenziato nei sieri di rutilo (Rutilus rutilus), una specie appartenente alla stessa famiglia Ciprinidae.

Risposta immunitaria in alborelle bipuntateinfestate da Ligula intestinalis

Parole chiaveAlborella bipuntata (Alburnoides bipunctatus),Ligula intestinalis,Rutilo (Rutilus rutilus),SDS-PAGE.

KeywordsLigula intestinalis,SDS-PAGE,Roach (Rutilus rutilus),Spirlin (Alburnoides bipunctatus).

1 Department of Fishery College, Islamic Azad University, Babol-Branch, Babol, 47167-17861, [email protected]

2 Department of Biology, Nano and Biotechnology Research Group,Faculty of Basic Sciences, University of Mazandaran, Babol, 47167-17861, Iran

3 Department of Veterinary Parasitology, Islamic Azad University, Babol-Branch, Babol, 47167-17861, Iran

Mostafa Halimi1, Abasalt Hosseinzadeh Colagar2 & Mohammad Reza Youssefi3

Immune response in spirlins(Alburnoides bipunctatus, Bloch 1782)

infested by Ligula intestinalis parasite

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Figure 1. Results obtained with SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis) in immune spirlin serum (ISS).M = marker, ISS = immune spirlin serum.

Immune response in spirlins infested by Ligula intestinalis Halimi et al.

evaluated by ELISA. Afterward, the sera with high titration were selected and stored at -70 °C.

After preparation of ISS the serum was run on sodium dodecyl sulphate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), composed of 5% resolving gel and 10% stacking gel, under reducing conditions using the discontinuous buffer system (13). For size estimation in SDS-PAGE, a pre-stained protein marker - 10.5-175 kDa molecular weight range (pr0602) - was used.

The results of SDS-PAGE procedure are shown in Figure 1. Two bands of 40 kDa and 65 kDa were observed in the immune spirlin serum.

These findings were in contrast with those found by William and Hoole (33) who observed bands of 65, 90 and 100 kDa in sera of roaches infested by Ligula intestinalis and tested by SDS-PAGE. These discrepancies evidence that the immune system of species belonging to same family (Cyprinidae) can react in different ways to the infection of Ligula intestinalis parasite. The SDS-PAGE also revealed a band polymorphism.

Polymorphism of several immune molecules has been shown to play an important role for defense against parasites. Links between polymorphism and disease resistance have already been studied with the complement C3 (28, 29).

Other studies (14, 21, 22) suggest the involvement of the immune system in determining parasite establishment and population dynamics.

As it has been shown in this article, cestodes can stimulate immune response in fish following infection, it is possible to elicit antibodies to acanthocephalan (30), nematode (8), monogenean (4), digenean (17, 18, 34), and other cestode (23, 25) parasites.

Immunisation with dead parasite material will also capable of eliciting antibody responses to nematodes (8), digeneans (16, 31), and cestodes (24, 32).

In conclusion, this study proved that two different species belonging to different genera but within the same family might have different immune responses although infested with the same parasite.

We would like to sincerely thank the experts of Parasitology Laboratory, Faculty of Veterinary Medicine, University of Tehran who helped us in performing this research.

immediately after collection from their habitat. We used 6 spirlins (mean weight 23 ± 2 g, mean length 15  ±  2  cm) infected with Ligula intestinalis parasite and showing prevalent symptoms of ligulosis disease. In each infected fish, 3 parasites (mean weight 6 ± 1 g) were separated from abdominal cavity and blood samples were taken from the fish by caudal puncture. The blood samples were then centrifuged at 2000 × (g) 5 min, their serum was separated and

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Halimi et al. Immune response in spirlins infested by Ligula intestinalis

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Immune response in spirlins infested by Ligula intestinalis Halimi et al.

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LIBRI/Book reviewsa cura di Manuel Graziani

L’incidenza delle malattie trasmesse dagli alimenti sta crescendo in maniera esponenziale, le insi-die nascoste negli alimenti sono sempre di più e di varia natura. Questo accade soprattutto in Occi-dente: “Nei Paesi del terzo mondo ci si ammala e si muore per l’assenza di cibo. Nei Paesi industria-lizzati, invece, ogni anno più di una persona su quattro contrae malattie associate al consumo di alimenti.” Si stima che nel 2010 in Europa più di 45.000 persone si siano ammalate a causa di acqua o cibo contaminati; secondo i dati dell’Istituto Superiore di Sanità in Italia sono circa 30.000 all’an-no le tossinfezioni alimentari. Un incremento di malattie alimentari che, per paradosso, è frutto dell’evoluzione di un mondo senza più frontiere nel quale gli scambi di animali, mangimi e materie prime di origine animale sono oramai incontrollabili.

Nonostante i consumatori europei pongano i rischi chimici (come gli additivi) in cima alle pre-occupazioni per la propria sicurezza alimentare, secondo la FAO e l’OMS i pericoli maggiori sono invece di natura microbiologica, riguardano cioè virus e batteri in grado di provocare intossicazioni e infezioni con conseguenze anche drammatiche: microrganismi spesso difficili da identificare e in continua espansione, favoriti dalla globalizzazione, dalla trasformazione delle nostre abitudini, dalla complessità dei processi di produzione e distribuzione dei cibi.

L’agile libro della dott.ssa Maria Caramelli, Direttore generale dell’IZS di Piemonte Liguria e Valle d’Aosta ed esperta di sicurezza alimentare (una delle più autorevoli studiose italiane di BSE), indaga il vasto mondo delle malattie alimentari partendo dai casi che hanno scatenato allarmi sanitari e crisi economiche di vaste proporzioni scuotendo mass media e opinione pubblica: mucca pazza (BSE), influenza aviaria, diossina nei maiali, mozzarella blu “color puffo”, ricotta rosa, fino all’epide-mia tedesca del batterio killer nei germogli che tra maggio e luglio del 2011 ha contagiato circa 4.000 persone e provocato 46 decessi. Per non scoprirlo mangiando… La sicurezza alimentare nel nostro Paese è un libro “utile”, divulgativo, alla portata di tutti, che dimostra quanto mangiare sia un’attività a rischio. Un libro che ci ricorda, peraltro, che l’Italia è all’avanguardia nella tutela dei consumatori, assicurata dal lavoro rigoroso delle istituzioni preposte al controllo degli alimenti come gli Istituti Zooprofilattici Sperimentali.

(Instar, pp. 96, € 10,00)www.instarlibri.it

Maria Caramelli

Per non scoprirlo mangiando…

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LIBRI/Book reviewsa cura di Manuel Graziani

Copertina rigida “anticata”, brossura cucita, carta di pregio, grafica curata nei minimi dettagli. Ri-entra senza dubbio nel novero della pubblicistica divulgativa di qualità questo volume uscito in Italia per i tipi di Ricca Editore. Un volume, elegante e classico, che racconta l’evoluzione dell’uo-mo da cacciatore ad agricoltore/pastore e, più in generale, di come ha preso piede nella storia il nuovo approccio nei confronti del regno animale. “Oltre al ruolo nel commercio e nell’agricoltura” scrive l’autore, ”gli animali hanno contribuito in diversi altri modi alla cultura e alla storia dell’uo-mo. Alcuni come il leone, lo scarabeo sacro, il cobra e l’aquila di mare testa bianca hanno una lunga storia come simboli politici e religiosi. Nel campo della scienza e della medicina, lo studio di animali come il moscerino della frutta, il fringuello e l’iguanodonte è stato determinante per lo sviluppo della nostra conoscenza dell’evoluzione del mondo naturale.”

Ad ognuno dei 50 animali “che hanno cambiato il corso della Storia” viene dedicato un paragrafo sintetico, ma comunque esaustivo, corredato da foto, illustrazioni, immagini d’epoca e brevi noti-zie storiche, curiose e al contempo istruttive. Cosa unisce la zanzara al gin tonic? E l’ape alla man-dorla? Lo sapevate che Buffalo Bill dove aver cacciato 4.000 bisonti nella sola stagione 1867-1868 divenne uno strenuo difensore della creatura vivente più grande dell’America del Nord? E che il lombrico, oltre alla sua incessante azione di riciclo biologico e minerale, è considerato una vera prelibatezza dai Maori della Nuova Zelanda? E ancora, che durante la seconda guerra mondiale un piccione chiamato G.I. Joe ricevette una medaglia dall’esercito degli Stati Uniti per aver salvato oltre mille persone? Oppure che, in contrasto con le superstizioni occidentali secondo le quali il gatto è di cattivo auspicio, in Giappone i gatti sono considerati dei veri portafortuna e che lo sport del polo ebbe origine nell’antica Persia come modo per addestrare le truppe della cavalleria alle tattiche di battaglia?

(Ricca, pp. 224, € 20,00)www.riccaeditore.it

Eric Chaline

50 Animali che hanno cambiato il corso della Storia

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