Clostridium botulinum type D/C intoxication in a dairy cow stock in Saxony-Anhalt (Germany) – report on an innovative diagnostic approach

Abstract

Botulismus bei Rindern ist eine seltene, aber schwerwiegende Erkrankung. In Deutschland besteht keine Melde- oder Anzeigepflicht für Botulismus, sodass keine Daten zur Erkrankungshäufigkeit verfügbar sind. Im vorliegenden Fallbericht wird ein Botulismus-Ausbruch in einem Milchviehbetrieb in Sachsen-Anhalt beschrieben. Der Fall ereignete sich im Frühjahr/Sommer 2009 in einem Betrieb mit insgesamt 286 Holstein-Rindern. Bei 122 Tieren fielen klinische Anzeichen einer Intoxikation mit Clostridium (C.) botulinu m Neurotoxin (BoNT) auf. 115 der klinisch erkennbar betroffenen Tiere (40,2 % des Bestandes) aller Altersgruppen verendeten oder mussten euthanasiert werden. Therapieversuche blieben meist erfolglos, lediglich vier Kälber und drei Färsen erholten sich von der Erkrankung. Verschiedene Organproben von mehreren Tieren (n = 4) (Leber, Panseninhalt und Darminhalt) und Futtermittel (n = 6) wurden mittels Polymerase-Kettenreaktion (PCR) untersucht. BoNT Typ D Gensequenzen waren in mehreren Organproben (n = 8) nachweisbar. Diese Ergebnisse erlaubten eine Vorauswahl von Proben, die nachfolgend mit dem Maus-Bioassay untersucht wurden, wodurch die Anzahl der benötigten Versuchstiere reduziert werden konnte. Der Maus-Bioassay erbrachte bei den 3 vorausgewählten Proben einen positiven Neurotoxin-Nachweis (Wespentaille). Der Neutralisationstest einer ausgewählten Probe mit typspezifischen Antitoxinen bestätigte die Anwesenheit von BoNT Typ D. Aus einer Leberprobe gelang die Isolierung eines C. botulinum-Stammes. Durch Sequenzierung des BoNT Gens konnte eine BoNT D/C Mosaikform des Toxin-Gens nachgewiesen werden. Die Eintragsquelle des Toxins konnte nicht ermittelt werden.

Botulism in cattle is a rare but serious disease. In Germany there is no obligation to report botulism in animals and therefore a precise morbidity rate is not available. In this manuscript we describe an outbreak of Clostridium (C.) botulinum neurotoxin (BoNT) intoxication in a Saxony-Anhalt dairy cow stock of 286 Holstein-Friesian cows and offspring in spring/summer 2009 and its diagnostic approach. 122 animals showed clinical signs of BoNT intoxication. 115 of the affected animals (40.2% of the herd) independent of age died or had to be euthanized. Therapeutic attempts failed in almost all diseased cows, only four calves and three heifers recovered. Diagnostic samples of several animals (n = 4) (liver, ruminal and intestinal contents) and feed (n = 6) were tested for BoNT genes by polymerase chain reaction (PCR). BoNT gene type D was found in several (n = 8) organ samples. The PCR results allowed a preselection of samples for BoNT that were then tested by the mouse bioassay. Thus, the number of mice being inoculated in the mouse bioassay could be reduced. The mouse bioassay turned out positive (wasp-waist) in three preselected organ samples and the neutralization test of one sample with type-specific antitoxin confirmed the presence of BoNT type D. We succeeded in isolating a C. botulinum strain from a liver sample which was typed as a D/C mosaic strain by sequence analysis of the toxin gene. However, the source of the BoNT intoxication could not be traced back.