Bakgrunn

Høsten 2019 ble det registrert uvanlig mange tilfeller av akutt hemoragisk diaré (AHD) hos hunder i Sørøst-Norge. En utbruddsundersøkelse ble gjennomført i samarbeid mellom Mattilsynet, Veterinærinstituttet og NMBU Veterinærhøgskolen og pekte mot Providencia alcalifaciens som sannsynlig årsak til utbruddet (1). Bakterien ble påvist i avføringsprøver fra syke hunder og hos et flertall av hunder som ble obdusert. Det ble konkludert med at videre forskning var nødvendig for å underbygge bakteriens rolle som tarmpatogen hos hund.

Providencia alcalifaciens er en gramnegativ stavbakterie i ordenen Enterobacterales. Bakterien er isolert fra en rekke kilder, blant annet mennesker, flere dyrearter, insekter, jord og vann. Bakterien er kjent som årsak til «traveller’s diarrhoea» og matbårne utbrudd hos mennesker, men dens rolle hos hund har vært mer uklar. Nyere norske studier indikerer at P. alcalifaciens er uvanlig i tarmmikrobiomet hos friske hunder (2, 3).

Siden utbruddet i 2019 har dyrkning av avføringsprøver fra hunder med diaré ved Veterinærinstituttet og NMBU Veterinærhøgskolen vist et tydelig sesongmønster: Providencia alcalifaciens påvises hovedsakelig i perioden august til oktober. Bakterien har dukket opp i prøver hvert år siden 2019, men tilfellene har vært mer sporadiske enn i 2019. Formålet med studien var å få bedre innsikt i hvilke varianter av P. alcalifaciens som forekommer hos hund i Norge, hvordan disse har utviklet seg over tid, og om det finnes genetiske forskjeller mellom stammer som kan forklare ulik evne til å gi sykdom. Dette ble gjort ved hjelp av helgenomsekvensering (sekvensering av genomet, bakteriens arvestoff) for å avdekke slektskapet mellom isolatene og tilstedeværelsen av virulensgener (gener knyttet til bakteriens evne til å gi sykdom).

Materialer og metode

I studien ble 273 P. alcalifaciens-isolater, samlet inn i perioden 2005 – 2021, helgenomsekvensert og sammenliknet med 48 offentlig tilgjengelige genomer (totalt 321 genomer). De aller fleste av de norske isolatene stammet fra hunder (n = 251), hovedsakelig fra syke dyr (n = 237). I tillegg inngikk isolater fra jord, mennesker, andre dyrearter og insekter. For å kartlegge slektskapet mellom isolatene ble bakteriegenomene sammenliknet, og mulige virulensgener ble identifisert ved å sammenlikne genomsekvenser mot databaser for kjente virulensgener.

Resultater

Slektskapsanalysene avdekket to hovedgrupper som vi kalte A og B. Gruppe A inneholdt de aller fleste isolatene fra syke hunder, og i denne gruppen var det fem undergrupper (A-1 til A-5). Undergruppe A-1 var den største og bestod nærmest utelukkende av isolater fra norske hunder med AHD, inkludert de fleste isolatene fra utbruddet i 2019. Denne undergruppen delte seg videre i tre undergrupper som i stor grad korresponderte med innsamlingsår. Hver av disse undergruppene viste stor genetisk likhet innad i gruppen.

Tre jordprøveisolater fra området rundt Dyresykehuset ved NMBU Veterinærhøgskolen tilhørte undergruppe A-1 og var svært like isolater fra syke hunder. Om dette skyldes forurensning fra syke hunder eller en uavhengig miljøkilde er foreløpig ikke avklart.

Bakterieisolatene i to av undergruppene (A-1 og A-4) skilte seg fra de øvrige ved å bære et plasmid (små, ringformede DNA-molekyler som kan flyttes mellom bakterier) med en rekke virulensgener. Dette omfattet gener for type II- og type III-sekresjonssystemer, og gener (yopJ, stcE, cdtB) som koder for proteiner med kjente roller i patogenese hos andre tarmbakterier.

Type III-sekresjonssystemet er tidligere vist å gjøre bakterien i stand til å trenge inn i og formere seg i tarmceller. Ved obduksjon av hunder fra 2019-utbruddet ble P. alcalifaciens påvist dypt inne i tarmveggen. Isolatene fra de fleste av disse hundene bar genet yopJ som koder for et protein som kan dempe immunresponsen. Type II-sekresjonssystemet og proteinet StcE kan bidra til nedbrytning av tarmens slimlag og gi bakterien økt evne til å feste seg til tarmepitelet. Tilsvarende mekanismer er kjent fra enterohemoragisk E. coli. Det ble også funnet at genet som koder for det celledrepende toksinet CDT i undergruppe A-1 var forkortet som følge av en mutasjon. CDT har tidligere blitt satt i sammenheng med virulens hos P. alcalifaciens, men dette funnet tyder på at toksingenet ikke er funksjonelt i disse isolatene.

Selv om isolater med disse virulensgenene oftere ble funnet hos syke hunder, ble de også i enkelte tilfeller påvist hos tilsynelatende friske dyr. Dette kan tyde på at P. alcalifaciens opptrer som opportunistisk patogen, og at andre faktorer hos verten kan være avgjørende for sykdomsutviklingen. Årsaken til at denne bakterien fikk en så uttalt dominans høsten 2019, og dermed utløste det omfattende utbruddet, er fortsatt ikke fullt ut klarlagt.

Andelen norske isolater med påviste antibiotikaresistensgener var lav, og funn av resistens mot betalaktamer og trimetoprim var sjeldne. Dette støtter behandlingsanbefalingene som ble gitt av NMBU i forbindelse med utbruddet, der trimetoprim-sulfa eller ampicillin/amoksicillin ble anbefalt som førstevalg ved alvorlig sykdom og tegn på systemisk påvirkning.

Konklusjon

Studien gir ny innsikt i P. alcalifaciens som tarmpatogen hos hund. Identifiseringen av plasmidbårne virulensgener hos enkelte genetiske undergrupper bidrar til å forklare forskjeller i patogent potensial mellom ulike stammer av bakterien. Resultatene styrker mistanken om at P. alcalifaciens kan være en del av den sesongmessige økningen i tilfeller av diaré hos hunder i Norge om høsten enkelte år. Dette innebærer at P. alcalifaciens bør vurderes som en differensialdiagnose ved AHD hos hund, spesielt i høstsesongen.