A semi-nested RT-PCR assay targeted to hemagglutinin-esterase gene of Bovine Coronavirus / Reação de hemi-nested RT-PCR dirigida ao gene da hemaglutinina-esterase do Coronavírus Bovino

Bovine coronavirus (BCoV) is a non-segmented positive-sense single-stranded RNA virus whose envelope is constituted by a lipid bilayer with four structural proteins (HE, S, E and M) giving its characteristic crown-like virions appearance. Hemagglutinin-esterase (HE), is a polymorphic protein with a function of secondary receptor binder, and studies on the diversity of HE gene allow insights on BCoV evolution and host-parasite interactions. A semi-nested RT-PCR was developed for the amplification of a 441bp-long product of the HE gene of BCoV (nt 543 to 562). Optimal annealing temperatures were tested in a gradient thermocycler for the semi-nested assay and employed in the final protocol. The analytical sensitivity was determined by 10-fold serial dilutions of the BCoV Kakegawa strain (HA titer: 256) in a BCoV-free fecal suspension, with positive results up to 10-6 dilution, a high analytical sensitivity without PCR inhibition. The final semi-nested RT-PCR protocol was applied to 21 fecal samples of cows previously positive to BCoV and DNA sequencing of the 441bp amplicons of 14 of these resulted in highly-scored BCoV HE gene sequences after BLAST/n analysis. This semi-nested RT-PCR is a powerful tool for surveys of phylogenetic diversity in field strains of BCoV and for comparative studies among different genes of Coronavirus.

O coronavírus bovino (BCoV) é um vírus RNA simples fita, de sentido positivo, não segmentado com envelope constituído de uma camada dupla de lipídios com quatro proteínas (HE, S, E e M) que resultam no aspecto de coroa dos vírions. Como a HE (hemaglutinina-esterase) é uma proteína polimórfica com uma função de receptor aglutinante secundária, estudos sobre a diversidade do gene HE podem possibilitar maiores informações sobre a evolução e interação hospedeiro-parasita do BCoV. Uma reação de hemi-nested RT-PCR foi desenvolvida para a amplificação de um produto de 441pb do gene HE do BCoV (nt 543 ao 562). Temperaturas ótimas de hibridização foram testadas em um termociclador com gradiente para a reação de hemi-nested e utilizada no protocolo final. A sensibilidade analítica foi determinada por meio da diluição serial na base 10 do BCoV amostra Kakegawa (título HA: 256) em uma suspensão fecal negativa para BCoV, resultando positiva até a diluição de 10-6, mostrando uma alta sensibilidade analítica sem inibição na PCR. O protocolo final da hemi-nested RT-PCR foi aplicado a 21 amostras fecais de vacas previamente positivas para BCoV e o sequenciamento de DNA do produto de 441pb de 14 amostras resultaram em sequências com elevado escore do gene HE do BCoV após a análise no BLAST/n. Essa hemi-nested RT-PCR é uma ferramenta poderosa para estudos de diversidade filogenética de linhagens de campo de BCoV e para estudos comparativos entre os diferentes genes dos Coronavírus.

Rapid detection of bovine coronavirus by a semi-nested RT-PCR / Detecção rápida do Coronavírus Bovino (BCoV) por meio de uma semi-nested RT-PCR

Bovine coronavirus (BCoV) is a member of the group 2 of the Coronavirus (Nidovirales: Coronaviridae) and the causative agent of enteritis in both calves and adult bovine, as well as respiratory disease in calves. The present study aimed to develop a semi-nested RT-PCR for the detection of BCoV based on representative up-to-date sequences of the nucleocapsid gene, a conserved region of coronavirus genome. Three primers were designed, the first round with a 463bp and the second (semi-nested) with a 306bp predicted fragment. The analytical sensitivity was determined by 10-fold serial dilutions of the BCoV Kakegawa strain (HA titre: 256) in DEPC treated ultra-pure water, in fetal bovine serum (FBS) and in a BCoV-free fecal suspension, when positive results were found up to the 10-2, 10-3 and 10-7 dilutions, respectively, which suggests that the total amount of RNA in the sample influence the precipitation of pellets by the method of extraction used. When fecal samples was used, a large quantity of total RNA serves as carrier of BCoV RNA, demonstrating a high analytical sensitivity and lack of possible substances inhibiting the PCR. The final semi-nested RT-PCR protocol was applied to 25 fecal samples from adult cows, previously tested by a nested RT-PCR RdRp used as a reference test, resulting in 20 and 17 positives for the first and second tests, respectively, and a substantial agreement was found by kappa statistics (0.694). The high sensitivity and specificity of the new proposed method and the fact that primers were designed based on current BCoV sequences give basis to a more accurate diagnosis of BCoV-caused diseases, as well as to further insights on protocols for the detection of other Coronavirus representatives of both Animal and Public Health importance.

O Coronavírus bovino (BCoV) pertence ao grupo 2 do gênero Coronavirus (Nidovirales: Coronaviridae) e é agente causador de enterites tanto em bezerros como em bovinos adultos, bem como de doença respiratória em bezerros. O presente estudo teve por objetivo desenvolver uma semi-nested RT-PCR para a detecção do BCoV com base em seqüências representativas e recentes do gene do nucleocapsídeo, região conservada do genoma dos coronavírus. Três primers foram desenhados, a primeira amplificação com um fragmento esperado de 463pb e a segunda (semi-nested) com um fragmento esperado de 306pb. A sensibilidade analítica foi determinada pela diluição do BCoV cepa Kakegawa (título HA: 256) na base de 10 em água ultra-pura tratada com DEPC, em soro fetal bovino (SFB) e em uma suspensão fecal negativa para o BCoV, onde foram encontrados resultados positivos até a diluição de 10-2, 10-3 e 10-7, respectivamente. Este resultado sugere que a quantidade total de RNA na amostra influencia na precipitação dos pellets pelo método de extração utilizado. Quando se utiliza amostra fecal, a grande quantidade de RNA total funciona como carreadora do RNA do BCoV, demonstrando elevada sensibilidade analítica e ausência de possíveis substâncias inibidoras da PCR. O protocolo final da semi-nested RT-PCR foi aplicado a 25 amostras fecais de vacas adultas, previamente avaliadas por uma nested RT-PCR RdRp utilizada como teste de referência, resultando em 20 e 17 amostras positivas para o primeiro e segundo teste, respectivamente. Os resultados dos dois sistema de diagnóstico apresentaram concordância substancial (kappa: 0,694). A elevada sensibilidade e especificidade do novo método proposto e o fato de que os primers foram desenhados baseados em sequências atuais do BCoV, oferecem bases para o diagnóstico mais acurado de infecções causadas pelo BCoV, assim como para novas perspectivas em protocolos de detecção de outros Coronavírus de importância tanto em saninade animal ...

On the etiology of an outbreak of winter dysentery in dairy cows in Brazil

Winter dysentery (WD) is a seasonal infectious disease described worldwide that causes a marked decrease in milk production in dairy cows. In the Northern hemisphere, where the disease is classically recognized, bovine coronavirus (BCoV) has been assigned as a major etiologic agent of the disease. Nonetheless, in the Southern hemisphere, an in-deep etiological survey on WD cases had not been carried out. This study aimed to survey for BCoV by nested-RT-PCR, rotavirus by polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) and ELISA, bacteria by classical bacteriological methods and PCR for virulence factors and parasites by sugar flotation test on fecal samples of 21 cows from a farm during an outbreak of WD in São Paulo state, Southeastern Brazil. BCoV was detected in all 21 samples, while rotavirus was detected in two symptomatic cows. Escherichia coli, Yersinia intermedia, Providencia rustigianii Proteus penneri, Klebsiella terrigena and Enterobacter aglomerans were detected in samples from both asymptomatic and healthy cows in different associations. The study of E. coli virulence factors revealed that the strains isolated were all apathogenic. Cysts of Eimeria sp. and eggs of Strongyloidea were detected at low numbers in four of the symptomatic cows, with one co-infestation. These results suggest BCoV as the main etiologic agent of the cases of WD in Brazil, a conclusion that, with the clinical and epidemiological patterns of the disease studied herein, match those already described elsewhere. These findings give basis to the development of preventive measures and contribute to the understanding of the etiology of WD.

Em vacas leiteiras, a disenteria de inverno (DI) é uma doença infecciosa sazonal mundialmente relatada que ocasiona uma marcada queda na produção de leite; no hemisfério Norte, onde a doença é classicamente reconhecida, o coronavirus bovino (BCoV) tem um importante papel como agente etiológico. Entretanto, no hemisfério Sul, pesquisas etiológicas aprofundadas em casos de DI nunca forma realizadas. Este estudo objetivou a pesquisa de BCoV utilizando nested-RT-PCR, rotavírus utilizando eletroforese em gel de poliacrilamida (PAGE) e ELISA, bactérias com métodos bacteriológicos clássicos e PCR para fatores de virulência e parasitas pela técnica de flutuação em açúcar em 21 amostras fecais de vacas de uma fazenda durante um surto de DI no estado de São Paulo, Sudeste do Brasil. BCoV foi encontrado em todas as 21 amostras, enquanto que rotavírus foi encontrado em duas vacas sintomáticas. Escherichia coli, Yersinia intermedia, Providencia rustigiani, Proteus penneri, Klebsiella terrigena e Enterobacter aglomerans foram encontradas tanto em amostras de vacas sintomáticas quanto assintomáticas. O estudo de fatores de virulência para E. coli revelou que as amostras isoladas eram todas apatogênicas. Cistos de Eimeria sp. e ovos de Strongyloidea foram encontrados em baixos números em quatro animais sintomáticos, com uma co-infestação. Tais resultados sugerem o BCoV como o principal agente etiológico em casos de DI no Brasil, uma conclusão que, somada aos padrões clínicos e epidemiológicos da doença aqui estudada, concordam com aqueles descritos em outras regiões. Estes achados fornecem base o desenvolvimento de medidas preventivas e também contribuem para o entendimento sobre a etiologia da DI.