Title (eng)
Novel insights into Tetracapsuloides bryosalmonae virulence genes during proliferative kidney disease in trout through RNA-seq technology
Author
Saloni Shivam
Degree supervisor
Mansour El-Matbouli
Degree supervisor
Dieter Klein
Degree supervisor
Gokhlesh Kumar
Description (eng)
PhD thesis - University of Veterinary Medicine Vienna - 2023
Abstract (eng)
Tetracapsuloides bryosalmonae is a malacosporean endoparasite that causes proliferative kidney disease (PKD) in salmonid fishes. This parasite poses a significant threat to both farmed and wild salmonid population in Europe and North America. The life-cycle of this parasite is intricately woven between invertebrate bryozoans and vertebrate fish hosts. Among the fish hosts, brown trout is known to acquire chronic infections while rainbow trout emerges as a dead-end host. A holistic understanding of both the host and the pathogen is the key to effective management strategies including vaccine development. Brown trout, serving as a host where T. bryosalmonae can successfully complete its life cycle, was our first point of investigation. We conducted a study to unravel the kinetics of the parasite-specific host's antibody response. In a controlled laboratory setting, brown trout were exposed to the spores of T. bryosalmonae. Blood, kidney and spleen were sampled from exposed and unexposed control groups at 2, 4, 6, 8-, 10-, 12- and 17-weeks post exposure (wpe). Samples were processed for indirect ELISA, histopathology, and qRT-PCR. Clinical signs of the disease such as renal hyperplasia, splenomegaly, and pale liver were observed in infected fish from 6 to 12 wpe. Our study showed the presence of T. bryosalmonae-specific antibodies from 4 wpe, which persisted until 17 wpe. Furthermore, we observed distinct regulation in the expressions of complement component C4A, and many B cell associated genes (CD34, CD79A, BLNK, CD74, BCL7, and CD22) within the critical immune organs, namely the kidney and spleen. To our knowledge, this marks the first investigation into the time-course of anti-T. bryosalmonae antibody response in brown trout. These findings offer valuable insights into the mechanisms governing alterations in B cell development, inflammation, and antibody production throughout the progression of PKD in brown trout. In the subsequent study, we investigated which virulence factors of T. bryosalmonae are induced during infection or interactions with host cells. By employing in vivo induced antigen technology (IVIAT), we identified 136 in vivo induced antigens of T. bryosalmonae. These antigenic genes, diverse in function, provided us with an invaluable map of the molecular landscape of this parasite during infection. Rainbow trout, in contrast, acts as a dead-end host, where the development of parasite is seemingly halted. This stark contrast prompted a research question: Does T. bryosalmonae adapt to different hosts? To this end, we implemented fluorescent activated cell sorting (FACS) for the isolation of parasites from brown trout and rainbow trout following experimental infection and then subjected the sorted parasite cells to RNA sequencing. This forms the first report of T. bryosalmonae isolation from infected kidney of fish host. This pioneering approach unveiled 1120 differentially expressed parasite transcripts between the two hosts, indicating the parasite's differential adaptations within different host species. Our study forms the first comparative transcriptome analysis of T. bryosalmonae between carrier and dead-end host. We observed an intriguing contrast: parasites from brown trout exhibited upregulated transcripts linked to cytoskeleton organization, cell polarity, peptidyl-serine phosphorylation while those from rainbow trout exhibited shifts in translation, protein refolding ribonucleoprotein complex biogenesis and subunit organisation, non-membrane bounded organelle assembly, regulation of protein catabolic process. In this study, we have introduced a novel method involving the use of FACS-based isolation to separate T. bryosalmonae cells from the infected kidneys of fish. This approach not only advances research in this field but also enables the identification of parasite transcripts that exhibit differential expression between carrier and dead-end fish hosts for the first time. Our study has generated significant knowledge on anti-T. bryosalmonae antibody response, in vivo induced genes and differentially expressed transcripts of T. bryosalmonae between hosts with contrasting fate for the parasite. The information generated from our study opens up avenues for a better understanding of host-T. bryosalmonae interactions, development of diagnostic tools, potential candidates for development of therapeutics and vaccines against T. bryosalmonae in salmonids.
Description (deu)
PhD Arbeit - Veterinärmedizinische Universität Wien - 2023
Abstract (deu)
Tetracapsuloides bryosalmonae ist ein malacosporischer Endoparasit, der bei Salmoniden eine proliferative Nierenerkrankung (PKD) verursacht. Dieser Parasit stellt eine erhebliche Bedrohung sowohl für die Zucht- als auch für die Wildpopulation in Europa und Nordamerika dar. Der Lebenszyklus dieses Myxozoen-Parasiten wechselt zwischen wirbellosen Bryozoen und Salmoniden. Unter den Fischwirten ist bekannt, dass Bachforellen chronische Infektionen bekommen, während Regenbogenforellen sich als Sackgassenwirte erweisen. Ein ganzheitliches Verständnis sowohl des Wirts als auch des Krankheitserregers ist der Schlüssel zu wirksamen Managementstrategien, einschließlich der Entwicklung von Impfstoffen. Unser erster Untersuchungspunkt war die Bachforelle, die als Wirt dient, in dem T. bryosalmonae seinen Lebenszyklus erfolgreich abschließen kann. Wir haben eine Studie durchgeführt, um die Kinetik der Antikörperantwort des parasitenspezifischen Wirts zu entschlüsseln. In einer kontrollierten Laborumgebung Bachforellen wurden im Labor gezüchteten T. bryosalmonae-Sporen ausgesetzt. Blut-, Nieren- und Milzproben wurden 2, 4, 6, 8, 10, 12 und 17 Wochen nach der Exposition (wpe) von exponierten und nicht exponierten Kontrollgruppen entnommen. Die Proben wurden für indirekten ELISA, Histopathologie und qRT-PCR verarbeitet. Klinische Anzeichen der Krankheit wie Nierenhyperplasie, Splenomegalie und blasse Leber wurden bei infizierten Fischen im Alter von 6 bis 12 Wochen beobachtet. Unsere Studie zeigte das Vorhandensein von T. bryosalmonae-spezifischen Antikörpern ab 4 WPE, die bis 17 WPE bestehen blieben. Darüber hinaus beobachteten wir eine deutliche Regulation der Expression der Komplementkomponente C4A und vieler B-Zell-assoziierter Gene (CD34, CD79A, BLNK, CD74, BCL7 und CD22) in den kritischen Immunorganen, nämlich der Niere und der Milz. Unseres Wissens ist dies die erste Untersuchung des zeitlichen Verlaufs von Anti-T. Bryosalmonae-Antikörperreaktion bei Bachforellen. Diese Ergebnisse bieten wertvolle Einblicke in die Mechanismen, die Veränderungen in der B-Zell-Entwicklung, Entzündung und Antikörperproduktion während des Fortschreitens der PKD bei Bachforellen steuern. In der anschließenden Studie untersuchten wir, welche Virulenzfaktoren von T. bryosalmonae bei Infektionen oder Interaktionen mit Wirtszellen induziert werden. Mithilfe der In-vivo-induzierten Antigen-Technologie (IVIAT) identifizierten wir 136 immunogene T. bryosalmonae-Proteine. Diese Proteine mit unterschiedlichen Funktionen lieferten uns eine unschätzbar wertvolle Karte der molekularen Landschaft des Parasiten während der Infektion. Im Gegensatz dazu fungiert die Regenbogenforelle als Sackgassenwirt, bei dem die Entwicklung des Parasiten scheinbar zum Stillstand kommt. Dieser starke Kontrast führte zu einer Forschungsfrage: Passt sich T. bryosalmonae an verschiedene Wirte an? Zu diesem Zweck, Wir haben die fluoreszierende aktivierte Zellsortierung (FACS) zur Isolierung von Parasiten aus Bachforellen und Regenbogenforellen nach experimenteller Infektion implementiert und die sortierten Parasitenzellen anschließend einer RNA- Sequenzierung unterzogen. Dies ist der erste Bericht über die Isolierung von T. bryosalmonae aus infizierten Nieren eines Fischwirts. Dieser bahnbrechende Ansatz enthüllte 1120 unterschiedlich exprimierte Parasitentranskripte zwischen den beiden Wirten, was auf die unterschiedlichen Anpassungen des Parasiten innerhalb verschiedener Wirtsarten hinweist. Unsere Studie bildet die erste vergleichende Tranaskriptomanalyse von T. bryosalmonae zwischen Träger und Dead-End-Wirt. Wir beobachteten einen faszinierenden Kontrast: Parasiten von Bachforellen zeigten hochregulierte Transkripte, die mit der Organisation des Zytoskeletts, der Zellpolarität und Peptidyl-Serin- Phosphorylierung, während diejenigen von Regenbogenforellen Verschiebungen in der Translation, der Biogenese und Organisation des Ribonukleoprotein-Komplexes bei der Proteinrückfaltung, der nicht membrangebundenen Organellenanordnung und der Regulierung des Proteinkatabolisierungsprozesses aufwiesen. In dieser Studie haben wir eine neuartige Methode vorgestellt, die die Verwendung einer FACS-basierten Isolierung zur Trennung von T. bryosalmonae-Zellen aus den infizierten Nieren von Fischen beinhaltet. Dieser Ansatz treibt nicht nur die Forschung auf diesem Gebiet voran, sondern ermöglicht erstmals auch die Identifizierung von Parasitentranskripten, die eine unterschiedliche Expression zwischen Träger- und Dead-End-Fischwirten aufweisen. Unsere Studie hat bedeutende Erkenntnisse über Anti-T. bryosalmonae-Antikörperantwort, in vivo induzierte Gene und unterschiedlich exprimierte Transkripte von T. bryosalmonae zwischen Wirten mit unterschiedlichem Schicksal für den Parasiten. Die aus unserer Studie gewonnenen Informationen eröffnen Möglichkeiten für ein besseres Verständnis von Host-T. bryosalmonae-Wechselwirkungen, Entwicklung diagnostischer Instrumente, potenzielle Kandidaten für die Entwicklung von Therapeutika und Impfstoffen gegen T. bryosalmonae bei Salmoniden.
Type (eng)
Dissertation
Language
[eng]
Persistent identifier
https://phaidra.vetmeduni.ac.at/o:4724
AC number
AC17679068
DOI
10.34876/vsvb-mq19
Number of pages
110
Date issued
2023
License
All rights reserved