Integrated control of avian gastrointestinal parasites : optimizing their coprological diagnosis and biocontrol using predatory fungi

Abstract

In the last 30 years, several improvements were achieved in the control of animals’ gastrointestinal (GI) parasitism, including the development of more sensitive and precise coprological diagnosis techniques, like Mini-FLOTAC (MF), as well as the use of predatory fungi as a sustainable solution for parasite control. This project aimed to optimize the MF method for the diagnosis of avian GI parasitism, and to isolate predatory fungi and assess their potentialities in avian parasite control. First, the diagnosis of GI parasitism was performed in a poultry farm and three exotic bird collections, in Portugal mainland, using the MF technique. Eimeria spp. infections were identified in laying hens and peacocks, Capillaria spp., Trichostrongylus tenuis and Strongyloides pavonis in peacocks, as well as Libyostrongylus douglassii in ostriches and emus. Seven filamentous fungi were isolated from Galliformes feces, furtherly identified as Mucor circinelloides (n=6) and M. lusitanicus (n=1). All fungi were capable of destroying Eimeria spp. oocysts in vitro, with M. circinelloides isolate FR1 achieving the highest coccidicidal efficacy, 22%, after 14 days of exposure. All fungi were checked for potential in vitro susceptibilities to seven antiparasitic drugs (albendazole, fenbendazole, levamisole, ivermectin, lasalocid, amprolium and toltrazuril), and all were not susceptible to the tested antiparasitic drugs, independently of their concentrations. The characterization of the virulence profile of M. circinelloides FR1 revealed only the presence of genes coding for iron receptors (FOB1 and FOB2), iron permease (FTR1), ADP-ribosylation factors (ARF2, ARF6) and GTPase (CDC42), having the isolate only tested positive for lecithinase production. Oral administrations of spores of this fungal isolate were performed in laying hens and peacocks, which revealed that this fungus did not affect birds’ feces appearance and consistency (70 100% of normal feces), neither the relative abundances and alfa-diversities of their native gut bacteria and fungi. Finally, it was verified that the administration of this fungus spores to peacocks reduced significantly their Eimeria spp. fecal shedding up to 92%, after two months of trial. Results from this project point out the usefulness of MF in the coprological diagnosis of GI parasitism in birds, and provide the first report regarding the isolation of predatory fungi from bird feces. Finally, the safety and efficacy of using M. circinelloides FR1 in the integrated control of domestic and exotic birds GI parasitism was demonstrated

RESUMO - CONTROLO INTEGRADO DOS PARASITAS GASTROINTESTINAIS DAS AVES: OTIMIZAÇÃO DO SEU DIAGNÓSTICO COPROLÓGICO E BIOCONTROLO USANDO FUNGOS PREDADORES - Nos últimos 30 anos registaram-se melhorias no controlo do parasitismo gastrointestinal (GI) dos animais, incluindo o desenvolvimento de métodos de diagnóstico coprológico mais sensíveis e precisos, como o Mini-FLOTAC (MF), e a utilização de fungos predadores como uma solução sustentável de controlo parasitário. Este projeto procurou otimizar o método MF para o diagnóstico do parasitismo GI avícola, e isolar fungos predadores e avaliar as suas potencialidades para uso no controlo parasitário nas aves. Procedeu-se primeiro ao diagnóstico do parasitismo GI numa exploração avícola e em três coleções de aves exóticas, em Portugal continental, com recurso ao método MF. Identificaram-se infeções por Eimeria spp. em galinhas poedeiras e pavões, Capillaria spp., Trichostrongylus tenuis e Strongyloides pavonis em pavões, bem como Libyostrongylus douglassii em avestruzes e emas. Foram isolados sete fungos filamentosos das fezes dos galiformes, posteriormente identificados como Mucor circinelloides (n=6) e M. lusitanicus (n=1). Todos os fungos revelaram aptidão para destruir oocistos de Eimeria spp. in vitro, sendo que o isolado M. circinelloides FR1 alcançou a maior eficácia coccidicida, 22%, após 14 dias de exposição. Avaliou-se também a suscetibilidade in vitro destes fungos face a sete antiparasitários (albendazol, fenbendazol, levamisol, ivermectina, lasalocida, amprólio e toltrazuril), e nenhum revelou ser suscetível aos antiparasitários testados, independentemente das suas concentrações. A caracterização do perfil de virulência de M. circinelloides FR1 revelou apenas a presença de genes codificadores de recetores de ferro (FOB1 and FOB2), permease de ferro (FTR1), fatores de ribosilação do ADP (ARF2, ARF6) e GTPase (CDC42), sendo que o isolado apenas testou positivo para a produção de lecitinase. Realizaram-se administrações orais dos esporos deste isolado fúngico em galinhas poedeiras e pavões, e que revelaram que este fungo não afetou a aparência e consistência das fezes das aves (70-100% de fezes normais), nem as abundâncias relativas e diversidades-alfa de bactérias e fungos nativos do seu trato digestivo. Por fim, verificou-se que a administração de esporos deste fungo a pavões reduziu significativamente as cargas fecais de Eimeria spp. até 92%, após 2 meses de ensaio. Os resultados deste projeto revelam a utilidade do MF no diagnóstico coprológico do parasitismo GI em aves, e representam o primeiro relato sobre o isolamento de fungos predadores a partir de fezes de aves. Por fim, demonstrou-se a segurança e eficácia de M. circinelloides FR1 no controlo integrado do parasitismo GI em aves domésticas e exóticas