Значение ротавируса, коронавируса и Escherichia coli в этиологии болезней молодняка крупного рогатого скота (обзор)

Введение

Болезни желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) являются одной из самых распространенных групп патологий молодняка крупного рогатого скота (КРС). Чаще всего поражения ЖКТ связаны с отсутствием комплекса необходимых мер профилактики инфекционных болезней молодняка: неэффективная или несвоевременная вакцинация, несвоевременная выпойка молозива, несоблюдение гигиенических норм содержания производственных зон, неграмотно составленный рацион и нарушения технологии кормления. Совокупность указанных факторов создает условия для развития энтеритов инфекционной этиологии у КРС [1][2].

Одной из наиболее распространенных причин возникновения энтеритов у молодняка КРС является действие рота-, коронавирусов и Escherichia coli. Следовательно, они оказывают наиболее существенное влияние на здоровье телят по сравнению с другими возбудителями инфекций, вызывающими поражение органов ЖКТ, что требует принятия надлежащих мер профилактики [3][4].

Новизна аналитического исследования заключается в обобщении научной информации об эпизоотической ситуации по болезням КРС, вызванным ротавирусами, коронавирусами и патогенными штаммами E. coli, в Российской Федерации и других странах мира.

Целью данного обзора является анализ и систематизация актуальной информации о роли рота-, коронавируса и патогенных штаммов E. coli в этиологии болезней КРС, в том числе молодняка, сведений о заболеваемости этими инфекциями на территории РФ и других стран мира, а также актуальности вакцинопрофилактики против вышеназванных патогенов.

Роль ротавирусов в развитии патологий КРС

Таксономическая группа Reoviridae объединяет безоболочечные вирусы, содержащие двунитевую сегментированную РНК, представленную 11 сегментами. Ротавирусы относятся к семейству Sedoreoviridae. Капсид ротавирусов состоит из 3 слоев. Наружный слой представлен белками VP4 и VP7, средний – VP6, внутренний – VP1, VP2 и VP3, размер вирионов составляет 70 нм. Сегментированность генома является причиной реассортации ротавируса [2].

Поскольку ротавирусы распространены повсеместно, молодняк КРС может быть инфицирован ими с первых дней жизни. Клинически ротавирусная инфекция у телят проявляется угнетением, диареей и обезвоживанием (рис. 1). В период молочного кормления фекалии больных телят имеют желтый или белый цвет и разнообразную консистенцию (от водянистой до густой), при этом наличие примесей крови в фекалиях не характерно для ротавирусной инфекции. В случае развития вторичной бактериальной инфекции летальность новорожденных телят может достигать 60%. При вскрытии у погибших животных наблюдают катаральный или катарально-геморрагический энтерит [2].

Наиболее остро ротавирусная инфекция проявляется в холодное время года, при этом тяжесть течения болезни напрямую зависит от снижения температуры в помещении. Риск тяжелого течения заболевания также повышает выпойка молозива от коров, не имеющих антител к ротавирусу, и присутствие других энтеропатогенных инфекционных агентов [2].

Помимо молодняка, ротавирусом могут быть заражены и взрослые животные, но у них инфекция протекает бессимптомно. Количество бессимптомных носителей в неблагополучных хозяйствах может достигать 44%. Инфицированные взрослые животные имеют большое значение в распространении вируса: уже в течение нескольких недель одна такая особь может выделить до 10¹⁰ вирусных частиц на 1 г фекалий. А так как данный вирус имеет высокую устойчивость к воздействию факторов окружающей среды, возбудитель может циркулировать в хозяйстве долгое время и инфицировать большое количество восприимчивых животных, в том числе и телят [2].

Энтериты ротавирусной этиологии регистрируются у телят чаще других инфекционных болезней ЖКТ. В неблагополучных хозяйствах они могут поражать до 100% телят, причем вакцинация поголовья КРС может оказаться неэффективной по причине реассортации ротавируса и в связи с появлением новых рекомбинантных вариантов [5]. Заболеваемость ротавирусной инфекцией КРС в мире и РФ может достигать значения 70% и выше (табл. 1 и 2).

Исходя из систематизированных данных, можно сделать вывод, что в среднем показатель превалентности ротавирусной инфекции КРС в странах мира за период 1981–2021 гг. составляет 32,7%.

Для РФ проблема распространенности ротавирусной инфекции КРС также остается актуальной. Данные таблицы 2 показывают, что за последние 20 лет заболеваемость в хозяйствах РФ в среднем составляет 41,4%, что превышает аналогичный показатель других стран на 8,7%. Столь высокая превалентность может быть связана с нарушением условий содержания телят и отсутствием соответствующих профилактических мероприятий, направленных на все возрастные группы КРС в хозяйствах РФ.

Роль коронавирусов в развитии патологий КРС

Коронавирус КРС относится к семейству Coronaviridae, роду Betacoronavirus, виду Betacoronavirus gravedinis. Геном представлен одноцепочечной (+)РНК и имеет самую большую длину среди РНК-вирусов. Вирион в диаметре составляет 65–210 нм и содержит суперкапсид.

Коронавирусная инфекция распространена повсеместно. В течение жизни до 90% животных становятся инфицированными коронавирусом. Исходя из клинической картины, различают три формы болезни: кишечная, респираторная и так называемая зимняя дизентерия. Развитие той или иной формы зависит не от серотипа возбудителя, а от возраста реципиента [2].

Кишечная форма наиболее типична для молодняка в период с первых дней жизни и до пятимесячного возраста. Она характеризуется воспалительными поражениями толстого и тонкого кишечника, что приводит к тяжело протекающей диарее (зачастую с примесью крови), а также высокой летальностью, которая может достигать 20% [2][5].

Для телят от 2 до 6 мес. характерна респираторная форма инфекции, которая сопровождается ринитом, кашлем, повышением температуры тела, потерей аппетита, нередко протекает с диареей (рис. 2). При тяжелом течении болезни наблюдают одышку, бронхопневмонию, снижение массы тела, вплоть до истощения и гибели [2].

У взрослых животных болезнь протекает в виде зимней дизентерии, для которой характерны следующие клинические признаки: профузный понос (до 100% случаев), нередко с примесью крови, кашель, серозно-слизистые выделения из носа, жесткое учащенное дыхание. Болезнь приводит к снижению молочной продуктивности от 25 до 90%, при этом восстановление прежнего уровня удоя может занимать от 2,5 до 4 мес. [25].

Взрослые животные могут быть бессимптомными носителями коронавируса, являясь при этом источником передачи инфекции с фекалиями (96%) и носовой слизью (84%). Более 70% взрослых животных могут выделять вирус, несмотря на наличие антител. Это связано с тем, что для коронавируса характерен длительный период персистенции и выделения у клинически здоровых животных [2].

Низкая температура и меньшее воздействие ультрафиолетовых лучей в зимнее время не только способствуют сохранению возбудителя, но и снижают общий уровень резистентности животных, что приводит к увеличению количества выделяемого в окружающую среду вируса на 50–60%, что, в свою очередь, ведет к росту числа случаев заболевания коронавирусной инфекцией. Помимо времени года, на заражение КРС коронавирусом влияет и физиологическое состояние животного, – например, в период отела и первые две недели после него количество выделяемых инфицированным животным вирионов увеличивается [2].

Проникновение вируса в организм телят возможно не только алиментарным, но и воздушно-капельным путем, что приводит к высокому риску их инфицирования [2][26].

Анализ публикаций с 1995 по 2022 г. показал, что превалентность коронавируса КРС в мире составила 18,4% (табл. 3), в России – 33,1% (табл. 4), что на 14,7% больше средних мировых значений.

Зависимость формы болезни молодняка КРС от патогенных свойств Escherichia coli

Среди болезней бактериальной этиологии молодняка КРС наиболее широкое распространение получил колибактериоз (эшерихиоз), возбудителем которого являются различные сероварианты E. coli.

Бактерии E. coli имеют сложную антигенную структуру, состоящую из трех видов антигенов: соматического О-антигена (содержит 164 варианта), оболочечного К-антигена (90 вариантов) и жгутикового Н-антигена (55 вариантов). Эти антигены в различных комбинациях образуют более 9000 серовариантов, 170 из которых проявляют патогенные свойства [2][30].

Штаммы E. coli, вызывающие болезни животных, обладают различными факторами патогенности, которые включают в себя полисахариды, адгезины, энтеротоксины и др. Их функциями являются: противодействие иммунному ответу (капсульные полисахариды), разрушение клеток организма (энтеротоксины), прикрепление бактерий к поверхности восприимчивых клеток (адгезины) и др. [2].

Возбудители эшерихиоза разделяют на 2 группы: диареегенные (DEC – diarrheagenic Е. coli) и внекишечные патогенные (ExPEC – extraintestinal pathogenic E. coli). Для КРС имеют значение 5 основных диареегенных групп: энтеротоксигенные (ETEC), энтеропатогенные (EPEC), энтерогеморрагические (EHEC), шига-токсин-продуцирующие (STEC) и некротоксигенные (NTEC) E. coli [31].

Энтеротоксигенные E. coli прикрепляются к поверхности энтероцитов с помощью фимбриальных адгезинов. Отличительной чертой представителей данной патогруппы является наличие термостабильных (stI и stII) и/или термолабильных (ltI и ltII) токсинов, которые индуцируют секрецию электролитов и воды. Это приводит к диарее инфицированных животных и, как следствие, к обезвоживанию и гибели [2, 32, 33].

Несмотря на то что EPEC вызывают поражение органов пищеварительной системы у телят реже, чем EHEC и ETEC, они требуют контроля со стороны ветеринарных специалистов в связи с постоянной циркуляцией в хозяйствах. Анализ частоты встречаемости разных патогрупп E. coli у телят показал, что EPEC почти в 2 раза чаще циркулирует в организме здоровых животных (14,6%), чем больных (7,5%) [4].

Для энтеропатогенной кишечной палочки свойственно наличие гена eae, кодирующего адгезивный фактор патогенности – интимин, и отсутствие способности к выработке шига-токсина (stx). Благодаря интимину бактерия прикрепляется к энтероцитам, после чего происходит их отторжение, что в дальнейшем приводит к диарее [4].

На основании наличия гена eae шига-токсические кишечные палочки принято разделять на 2 группы: EHEC (STEC LEE+), имеющие в своем геноме указанный ген, и STEC (STEC LEE–), не обладающие им. Общими чертами обеих групп являются: длительная персистенция в организме хозяина, локализация в тонкой кишке, наличие генов, кодирующих способность производить шига-токсин (stx) [2][32].

Исходя из проведенных в 18 странах исследований, посвященных выявлению различных патогрупп E. coli у телят, установлено, что STEC LEE+ встречается реже, чем STEC LEE–: у здоровых телят частота встречаемости равна 10,7 и 19,4% соответственно, а у больных – 6,0 и 18,2% [4].

Некротоксигенная кишечная палочка (NTEC) обладает специфическим набором генов, кодирующих цитотоксический некротический фактор (CNF) и цитолетальный дистенсивный токсин (CDT). Эта патогруппа обладает многими свойствами Е. coli, вызывающими болезни с внекишечной симптоматикой, такими как наличие разных фимбриальных и афимбриальных адгезинов и способность противостоять системе комплемента [4][33].

На данный момент известно 2 вида цитотоксических некротических факторов: CNF1 и CNF2. Наличие генов, кодирующих фактор первого вида (CNF1), чаще встречается у штаммов, вызывающих диарею. Гены, кодирующие фактор второго вида (CNF2), встречаются у E. coli, вызывающих сепсис [33, 34].

Следует отметить, что комменсальные эшерихии при взаимодействии с патогенными видами могут приобретать новые генетические детерминанты, кодирующие не только защитные приспособления клетки, но и факторы патогенности. Таким образом, ошибочно только на основании сероварианта относить штамм к числу патогенных, так как существуют E. coli, которые входят в один серовар, но относятся к разным патогруппам и, как следствие, вызывают разные патологические процессы. Такая склонность к изменчивости может даже привести к приобретению одним микроорганизмом факторов патогенности разных патогрупп. Так, в одной из публикаций упоминается гибридный штамм, содержащий гены EHEC и NTEC [31][35].

Заражение молодняка возбудителем колибактериоза происходит алиментарным путем. Инфицированные взрослые животные играют большую роль в распространении E. coli, контаминируя бактериями воду, различные поверхности помещений, подстилки, при контакте с которыми возбудитель инфекции может оказаться на вымени и в дальнейшем передаться теленку [2].

Колибактериоз у телят в начале постнатального периода чаще протекает в энтеритной форме, реже – в септической. Тяжелое течение энтеритной формы проявляется сильной диареей, быстрым обезвоживанием животного, впадением глаз в глазницы, угнетением и истощением, появлением сухости и серого оттенка кожи. Нередко такая форма болезни заканчивается гибелью животного. При содержании телят в благоприятных санитарных условиях и наличии у животного колостральных антител энтеритная форма может иметь легкое течение [2].

Септическую форму эшерихиоза вызывают недиарейные E. coli (ExPEC). Эта форма колибактериоза развивается при несвоевременной выпойке молозива (первичная) или при наличии вирусных болезней (вторичная). Клинические признаки, свойственные септической форме, выражаются в появлении атаксии, хромоты, анорексии, затруднения дыхания. Через 24–48 ч после их наступления животное погибает [2].

Согласно данным научной литературы за период с 1987 по 2021 г., самыми неблагополучными по эшерихиозу странами являются Мексика, Бразилия, Индия и Иран. Средняя распространенность болезни в мире составила 39,1% (табл. 5). В России показатель заболеваемости находится на уровне 30,2% (табл. 6).

Следует отметить, что E. coli является причиной болезней не только телят, но и взрослых животных, у которых в зависимости от свойств возбудителя могут развиваться такие инфекции, как мастит, метрит и эндометрит. Исследования молока от больных маститом животных показало содержание эшерихий в 4 раза больше, чем в молоке здоровых коров, что подтверждает роль E. coli как одного из возбудителей мастита КРС [42].

В настоящее время до конца не выяснено, любые ли патогенные штаммы E. coli вызывают мастит, или причиной инфекции являются эшерихии какой-то одной патогруппы. Есть сведения о том, что возбудителем мастита является отдельная группа патогенной кишечной палочки MPEC (mammary pathogenic Escherichia coli), в которую входит множество внекишечных патогенных штаммов E. coli: при исследовании генома эшерихий, выделенных от больных маститом коров, выявили факторы патогенности, свойственные ExPEC. Однако имеются данные о выделении у больных животных кишечной палочки группы STEC, что говорит о ее возможной причастности к возникновению болезни [42][43].

Также распространенными в хозяйствах патологиями, вызываемыми E. coli, являются метриты и эндометриты, которые нельзя недооценивать, так как при определенных условиях они могут привести к бесплодию и дальнейшей выбраковке коров. Несмотря на то что в настоящее время нет однозначного мнения о наличии отдельной патогруппы эшерихии, вызывающей метриты и эндометриты, некоторые ученые выделяют 6 генов вирулентности, на основании которых, предположительно, можно определить штамм E. coli, являющийся причиной этих патологий. Из них выделяют ген kpsMTII, вероятно, отвечающий за тяжесть течения болезни. В некоторых публикациях отмечают, что наличие в микрофлоре матки животного эшерихии, несущей этот ген, снижает вероятность удачного осеменения в 9,2 раза [44].

Меры профилактики вирусных и бактериальных болезней молодняка КРС

Исходя из всех изложенных данных, проблема эшерихиоза, ротавирусной и коронавирусной инфекций для РФ и зарубежных стран стоит довольно остро и требует принятия эффективных мер для ее решения.

Вакцинопрофилактика остается одним из наиболее действенных способов борьбы с инфекционными болезнями, в том числе с энтеритами вирусной и бактериальной этиологии, что подтверждается публикациями отечественных и иностранных авторов.

Так, исследование 2022 г., проведенное в Канаде, показало снижение заболеваемости телят, иммунизированных живой вакциной против коронавирусной инфекции, в 2 раза [45].

Результаты иммунизации стельных коров инактивированным препаратом против ротавирусной и коронавирусной инфекций в неблагополучных хозяйствах РФ, Беларуси и Украины продемонстрировали, что выпаивание новорожденным телятам молозива и молока, полученных от вакцинированных животных, снизило заболеваемость молодняка в 7 раз и уменьшило летальность в 6,4 раза [46].

В Эстонии при изучении влияния продолжительности выпойки новорожденным телятам молозива и переходного молока от коров, иммунизированных различными инактивированными вакцинами против ротавирусной, коронавирусной инфекции и колибактериоза, было показано, что вакцинация стельных животных снижает гибель молодняка в сравнении с контрольными группами. Выпаивание телятам молозива и молока от вакцинированных животных в течение первых 14 дней после рождения привело к 4-кратному снижению случаев их гибели от диареи. При этом сокращение срока выпаивания приводило к снижению уровня напряженности колострального иммунитета молодняка [47].

Помимо профилактики заболеваний пищеварительной системы, вакцинные препараты с оптимальным набором антигенов ротавируса, коронавируса и E. coli потенциально способны сократить число случаев пневмоний, маститов и метритов в хозяйствах у более взрослых животных.

При разработке новых препаратов следует учитывать, что на эффективность средств специфической профилактики влияют такие факторы, как состав вакцины и реализация программы вакцинации.

К первой группе можно отнести использование неэффективных адъювантов или некачественного вируссодержащего сырья, а также применение в качестве активного вещества вакцины штаммов, имеющих низкую степень антигенного соответствия с полевыми изолятами, циркулирующими в том или ином регионе. В связи с этим проведение мониторинга циркулирующих на территории РФ полевых изолятов ротавируса, коронавируса и патогенной E. coli и отслеживание изменений их генома позволит своевременно корректировать меры профилактики и определять наиболее актуальный состав вакцин при выборе из существующих или при разработке новых препаратов.

Влияние на качество вакцинопрофилактики антигенного сродства вакцинных штаммов и полевых изолятов возбудителей может говорить о большей эффективности применения отечественных препаратов, так как их разработка ведется на основании выделенных на территории РФ штаммов.

Снижение эффективности иммунизации зависит от некачественного применения средств специфической профилактики: несоблюдения дозы, кратности и сроков вакцинации; недостаточного охвата иммунизацией восприимчивого поголовья животных; нарушения условий хранения и подготовки вакцины к применению; иммунизации больных животных и др.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Инфекции, вызванные ротавирусом, коронавирусом и E. coli, имеют колоссальное значение для животноводства, так как их влиянию подвержены не только новорожденные телята (нарушения функции ЖКТ, недополучение ремонтного стада, гибель телят, затраты на лечение и др.), но и взрослое поголовье КРС (маститы, метриты, источник инфекции и др.), что приводит к значительным экономическим потерям.

Возбудители получили широкое распространение во многих странах мира. При этом средний уровень заболеваемости ротавирусной инфекцией составляет 32,7%, коронавирусной инфекцией – 18,4%, колибактериозом – 39,1%.

Проблема вышеупомянутых инфекций не теряет своей актуальности и для нашей страны. Так, в России уровень заболеваемости рота- и коронавирусной инфекцией превышает средний показатель в мире на 8,7 (41,4%) и 14,7% (33,1%) соответственно. Из перечисленных болезней наименьшее распространение получил эшерихиоз (30,2%), что может быть связано со значительными сезонными перепадами температуры на территории нашей страны в течение года и активным использованием антибиотиков на российских фермах.

Большое разнообразие и распространенность вышеупомянутых возбудителей требуют комплексного подхода для предотвращения заражения КРС (как молодняка, так и взрослых животных), необходимы полноценный рацион, соблюдение правил гигиены, содержания и кормления, осуществление мероприятий по карантинированию животных и др. Говоря о мерах профилактики рота-, коронавирусной инфекций и колибактериоза, нельзя не упомянуть, что одним из наиболее эффективных способов борьбы с ними является вакцинация. Использование вакцины с оптимальным набором антигенов не только позволит защитить телят от развития нарушений функции ЖКТ и уменьшить их смертность, но и потенциально способно сократить число случаев пневмоний, маститов и метритов в хозяйствах у более взрослых животных, что делает разработку эффективных и безопасных вакцинных препаратов против ротавирусной, коронавирусной инфекций и эшерихиоза актуальной задачей.