Towards selection on F4 enterotoxigenic Escherichia coli resistance in pigs for prevention of neonatal and post-weaning diarrhea

F4 enterotoxigene Escherichia coli (F4 ETEC) is een belangrijke oorzaak van diarree bij pasgeboren en pasgespeende biggen en is verantwoordelijk voor grote economische verliezen in de varkenshouderij. De bacterien hechten zich met F4 fimbriae (F4ab, F4ac en F4ad) vast aan de receptoren in de dunne darm. Door deze vasthechting kan F4 ETEC de intestinale peristaltiek overwinnen waardoor bacteriele kolonisatie in de dunne darm kan plaatsvinden. Vervolgens produceren deze bacterien enterotoxines die verantwoordelijk zijn voor de symptomen van diarree. Omdat de expressie van F4-specifieke receptoren genetisch bepaald is in het varken, kan een diagnostische genotyperingstest ontwikkeld worden voor de selectie van F4 ETEC resistente varkens. Door deze dieren bij voorkeur te gebruiken in fokprogramma’s, kan het aantal uitbraken van F4 ETEC-geinduceerde diarree in de varkensindustrie gereduceerd worden. Echter werd er tot op heden geen oorzakelijke mutatie gevonden voor F4 ETEC gevoeligheid in biggen. Hoofdstuk 1 geeft een overzicht van de huidige literatuur over F4 ETEC bij biggen weer. Het doel van dit doctoraatsonderzoek was om de oorzakelijke mutatie(s) evenals het doelwitgen of -genen te identificeren en om zo een nieuwe diagnostische genotyperingstest te ontwikkelen op basis van de geidentificeerde causale mutatie(s). Twee verschillende benaderingen werden in parallel toegepast (Hoofdstuk 2). De eerste benadering was om via een genoomwijde associatiestudie (GWAS) met behulp van de Porcine SNP60 DNA BeadChip (Hoofdstuk 3) de kandidaatregio voor F4ab/ac ETEC gevoeligheid op chromosoom 13 te verfijnen. De verfijnde kanidaatregio van 183 kb geidentificeerd in deze thesis bevat geen geannoteerde genen, leidende tot de conclusie dat de eerder voorgestelde kandidaatgenen op chromosoom 13 niet verantwoordelijk zijn voor F4ab/ac ETEC gevoeligheid. Vervolgens werd er een gebied van 85 kb met de sterkst geassocieerde SNPs (SNP1, SNP2 en SNP3) binnen de kandidaatregio geselecteerd en gesequeneerd in F4ab/ac receptor-positieve en F4ab/ac receptor-negatieve biggen om de causale mutatie(s) (Hoofdstuk 6) te identificeren. Tijdens deze sequenering werden er 725 mutaties geidentificeerd waarvan 274 mutaties een correlatie vertoonden met het F4ab/ac ETEC fenotype. De tweede benadering was om te onderzoeken of een genetische variatie in het gen coderend voor ANPEP, geidentificeerd als F4ac receptor, (Hoofdstuk 4) en in genen betrokken in de assemblage van het F4-bindend suikerdeel van glycosfingolipiden (Hoofdstuk 5) verantwoordelijk kan zijn voor de F4 ETEC gevoeligheid in biggen. Hoewel deze genen niet gelokaliseerd zijn in de kandidaatregio is het mogelijk dat de oorzakelijke mutatie regulerende effecten uitoefent op genen waarvan de coderende delen buiten de grenzen van de geidentificeerde kandidaatregio liggen. Het resultaat van deze studies concludeert dat F4 ETEC gevoeligheid niet veroorzaakt wordt door een genetische variatie in de onderzochte genen. Hoewel er geen causale mutatie(s) of doelwitgen(en) voor F4 ETEC gevoeligheid geidentificeerd werden (Hoofdstuk 6), suggeren de resultaten van deze thesis dat de kandidaatregio op chromosoom 13 een trans-werkend element bevat dat genen die een rol spelen in de adhesie van F4ab/ac ETEC aan de dunne darm beinvoedt en waarvan de coderend delen gelegen zijn buiten de kandidaatregio. Ook werd er een nieuwe merker, SNP2, voorgesteld om te gebruiken in een genotyperingstest met een betrouwbaarder resultaat tot gevolg dan eerder voorgestelde DNA-testen. Deze SNP2-genotyperingstest wordt momenteel uitgevoerd in het Laboratorium voor Dierlijke Genetica.