Applying One Health to understand brucellosis biology

Abstract

Members of the Brucella genus, are facultative extracellular intracellular zoonotic bacteria that cause reproductive disease in animals. The different species show strong host preference in spite of sharing 96-98% similarity at genome level. An integrated effort to understand brucellosis is taking place in Costa Rica, a tropical country of 51 000 km2 located in Central America. A total of 545 277 bovines were sampled between 2012-2016 from 8 672 herds. Sheep, goats, pigs, water buffaloes, horses and stranded cetaceans were also sampled between 1999-2016. Human and dog reported cases were documented. Seroprevalence data and the implications for the control of the disease will be presented. WGS and MLVA analysis of Brucella abortus isolated from bovines and humans indicated the presence of several clusters, some in specific areas and others widely distributed in the country. Interestingly, the human isolates constituted an unique cluster. The first two human cases worldwide of Brucella neotomae were also reported. By the same means, elements of genetic variation were described, and in Brucella from marine mammals worldwide, they are related to oceanic distribution and preferred host. Extensive pseudogenization was found in these isolates as compared to terrestrial ones. In B. ceti isolates from wildlife dolphins further degradation of specific metabolic pathways was observed. Thus, gene loss through pseudogenization is a source of genetic variation in Brucella that relates to host preference. These findings are important to understand the natural history of brucellosis, its zoonotic potential and the impact of human interventions such as vaccination and domestication.

Los miembros del género Brucella son bacterias zoonóticas intracelulares extracelulares facultativas que causan enfermedades reproductivas en animales. Las diferentes especies muestran una fuerte preferencia por el huésped a pesar de compartir una similitud del 96-98% a nivel del genoma. Se está realizando un esfuerzo integrado para comprender la brucelosis en Costa Rica, un país tropical de 51 000 km2 ubicado en América Central. Un total de 545 277 bovinos fueron muestreados entre 2012-2016 de 8 672 rebaños. Ovejas, cabras, cerdos, búfalos de agua, caballos y cetáceos varados también fueron muestreados entre 1999-2016. Se documentaron casos reportados en humanos y perros. Se presentarán los datos de seroprevalencia y las implicaciones para el control de la enfermedad. El análisis de WGS y MLVA de Brucella abortus aislado de bovinos y humanos indicó la presencia de varios grupos, algunos en áreas específicas y otros ampliamente distribuidos en el país. Curiosamente, los aislados humanos constituyeron un grupo único. También se informaron los primeros dos casos en humanos de Brucella neotomae en todo el mundo. Del mismo modo, se describieron elementos de variación genética, y en Brucella de mamíferos marinos de todo el mundo, están relacionados con la distribución oceánica y el huésped preferido. Se encontró una pseudogenización extensa en estos aislamientos en comparación con los terrestres. En aislamientos de B. ceti de delfines silvestres se observó una mayor degradación de las rutas metabólicas específicas. Por lo tanto, la pérdida de genes por pseudogenización es una fuente de variación genética en Brucella que se relaciona con la preferencia del huésped. Estos hallazgos son importantes para comprender la historia natural de la brucelosis, su potencial zoonótico y el impacto de las intervenciones en humanos, como la vacunación y la domesticación.