Light and ultrastructural pathologic changes in intestinal coronavirus infection of newborn calves.

Summary Seven conventional newborn calves were inoculated orally with the coronavirus strain LY-138, originally recovered from naturally-infected diarrheic calves. All calves developed diarrhea during the first 24 h after inoculation. The presence and excretion of virus was monitored by electron microscopy. Grossly, the changes were subtle and not striking. The intestinal tract was distended and contained a yellow clear fluid. The small intestinal wall was thin and transparent. Histologic changes were characterized by atrophy and fusion of the villi, decreased height and vacuolation of the intestinal epithelial cells, by a reduced number of goblet cells, crypt hypertrophy and dilatation, and by edema and increased cellularity of the lamina propria mucosae. Ultrastructurally the viral agent infected the intestinal absorptive epithelial cells, undifferentiated epithelial cells and goblet cells of the villi, and occasionally fibroblasts and endothelial cells of the lamina propria mucosae. Morphologic evidence indicated that virus multiplication occurred only in the cytoplasm of infected cells. The rough and smooth endoplasmic reticulum became dilated, and electron-dense, granulo-fibrillar material filled their cysternae to form smooth membrane-bounded viral factories in the supranuclear cytoplasm of infected intestinal epithelial cells. Ultrastructural cytologic changes in this viral infection consisted of dilation of the endoplasmic reticulum network, cellular ribosome depletion, extensive endoplasmic vacuolation and vesiculation of Golgi elements of intestinal epithelial cells, swelling and degeneration of mitochondria, loss of normal nuclear polarity with pyknosis and karyolysis of the nuclei, loss of cytoplasmic matrix, and a broad spectrum of pathologic changes involving the microvilli and terminal web. Zusammenfassung Lichtmikroskopische und Ultrastrukturelle pathologische Veranderungen bei intestinaler Coronavirusinfektion neugeborener Kalber Sieben konventionelle neugeborene Kalber wurden oral mit dem Coronavirus-Stamm LY-138, der ursprunglich von naturlich infizierten Kalbern mit Diarrhoe stammt, infiziert. Alle Kalber entwickelten Durchfall wahrend der ersten 24 Stunden nach Inokulation. Vorhandensein und die Ausscheidung des Virus wurden elektronenoptisch verfolgt. Sichtbare Veranderungen waren gering und wenig auffallend. Der Darmtrakt war erweitert und enthielt eine gelbe, klare Flussigkeit. Die Dunndarmwand war dunn und durchscheinend. Histologische Veranderungen waren charakterisiert durch Atrophie und Verschmelzung der Zotten, verminderte Hohe und Vakuolisierung der intestinalen Epithelzellen, durch eine reduzierte Anzahl von Gobletzellen, Kryptenhypertrophie und -erweiterung, sowie Odematisierung und erhohte Zellularitat der lamina propria mucusae. Ultrastrukturell infizierte das Virus die intestinalen absorptiven Epithelzellen, nichtdifferenzierte Epithelzellen und Gobletzellen der Zotten, und gelegentlich Fibroblasten sowie Endothelzellen der Lamina propria mucosae. Die morphologischen Veranderungen weisen darauf hin, das die Virusvermehrung nur im Zytoplasma infizierter Zellen stattfand. Das rauhe und glatte endoplasmatische Retikulum war erweitert, und elektronendichtes, granulo-fibrillares Material fullte die Zisternen aus, die feine Membran-gebundene Virusvermehrungsfabriken in dem supranuklearen Zytoplasmabereich infizierter intestinaler Epithelzellen bildeten. Ultrastrukturelle zytologische Veranderungen bestanden bei dieser Virusinfektion aus Erweiterung des endoplasmatischen Retikulumnetzwerks, zellularem Ribosomenverlust, extensiver endoplasmatischer Vakuolisierung der Golgielemente der intestinalen Epithelzellen, Schwellung und Degeneration von Mitochondrien, Verlust der normalen nuklearen Polaritat mit Pyknose und Karyolyse der Zellkerne, Verlust der Zytoplasmamatrix, und aus einem breiten Spektrum pathologischer Veranderungen an den Mikrozotten und der terminalen Netzstruktur. Resume Lesions pathologiques ultrastructurelles et au microscope optique lors d'infection intestinale a Coronavirus chez des veaux nouveau-nes Sept veaux nouveau-nes conventionnels ont ete infectes oralement par la souche LY-138 de Coronavirus, isolee precedement chez des veaux naturellement infectes presentant une diarrhee. Tous les veaux developperent une diarrhee durant les premieres 24 heures suivant l'inovulation. La presence et la secretion du virus ont ete suivies au microscope electronique. Les lesions apparentes furent faibles et peu apparentes. Le tractus digestif fut elargi et contenait un liquide jaune et clair. La paroi de l'intestin grele etait mince et transparente. Les lesions histologiques furent caracterisees par une atrophie et une fusion des villi, une hauteur diminuee et une vacuolisation des cellules epitheliales de l'intestin, par un nombre reduit des cellules caliciformes, une hypertrophie et un elargissement des cryptes ainsi qu'un oedeme et un nombre de cellules augmente de Lamina propria mucosae. Le virus a infecte ultrastructurellement les cellules epitheliales absorbantes de l'intestin, des cellules epitheliales non differenciees et des cellules caliciformes des villi, de temps en temps des fibroblastes et des cellules endotheliales de Lamina propria mucosae. Les lesions morphologiques ont montre que la multiplication du virus n'avait lieu que dans le cytoplasme des cellules infectees. Le Reticulum endoplasmique grossier et fin fut elargi et un materiel granuleux et fibrillaire remplissait les citernes qui formaient de fines regions de replication virale liees a la membrane dans le voisinage cytoplasmique supranucleaire des cellules epitheliales infectees de l'intestin. Les lesions cytologiques ultrastructurelles lors de cette infection virale consisterent en un elargissement du reseau endoplasmique, une perte des ribosomes cellulaires, une vacuolisation endoplasmique extensive des elements de Golgi dans les cellules epitheliales de l'intestin, une enflure et une degenerescence des mitochondries, une perte de la polarite nucleaire normale avec une picnose et une carylolyse des noyaux cellulaires, une perte de la matrice cytoplasmique et un large eventail de lesions pathologiques des microvilli et des tissus terminaux. Resumen Modificaciones patologicas fotomicroscopicas y ultraestructurales en la infeccion intestinal de terneros recien nacidos por virus Corona Se infectaron por via oral siete terneros convencionales con la estirpe de virus Corona LY-138, la cual es originaria de terneros, infectados naturalmente, con diarrea. Todos los terneros manifestaban diarrea durante las 24 horas primeras despues de la inoculacion. Se seguia electronicoopticamente la presencia y eliminacion de virus. Las modificaciones visibles eran escasas y se destacaban poco. El tracto intestinal se hallaba dilatado, conteniendo un liquido amarillo claro. La pared del intestino delgado era tenue y translucida. Las modificaciones histopatologicas se caracterizaban por atrofia y soldadura de las villosidades, altura reducida y vacuolizacion de las celulas epiteliales intestinales, por una cantidad reducida de celulas caliciformes, hipertrofia y ensanchamiento de las criptas, y por edematizacion y celularidad aumentada de la lamina propia mucosa. El virus infectaba ultraestructuralmente las celulas epiteliales intestinales absortivas, celulas epiteliales no diferenciadas y celulas caliciformes de las villosidades, y, en ocasiones fibroblastos y celulas endoteliales de la lamina propia mucosa. Las modificaciones morfologicas senalan que la multiplicacion de virus solo tuvo lugar en el citoplasma de las celulas infectadas. El reticulo endoplasmatico basto y fino se hallaba dilatado y material granulosofibrilar, opaco a los electrones, ocupaba las cisternas, las cuales formaban lugares finos de replicacion antiviral, ligados a las membranas en el ambito citoplasmatico supranuclear de celulas epiteliales intestinales infectadas. Las modificaciones citologicas ultraestructurales consistian en esta infeccion a virus en dilatacion del reticulo endoplasmatico, perdida celular de ribosomas, vacuolizacion endoplasmatica extensiva de los elementos de Golgi de las celulas epiteliales intestinales, tumefaccion y degeneracion de mitocondrias, perdida de la polaridad nuclear normal con picnosis y cariolisis de los nucleos celulares, perdida de la matriz citoplasmatica, y en un espectro amplio de modificaciones patologicas en las microvillosidades y tejidos terminales.