Rapid testing leads to the underestimation of the scrapie prevalence in an affected sheep and goat flock

To obtain a more detailed understanding of the prevalence of classical scrapie infections in a heavily affected German sheep flock (composed of 603 sheep and 6 goats), we analysed 169 sheep and 6 goats that carried the genotypes susceptible to the disease and that were therefore culled following discovery of the index case. The initial tests were performed using the Biorad TeSeE ELISA and reactive results were verified by official confirmatory methods (OIE-immunoblot and/or immunohistochemistry (IHC)) to demonstrate the deposition of scrapie-associated PrPSc in the brain stem (obex). This approach led to the discovery of 40 additional subclinically scrapie-infected sheep. Furthermore, peripheral lymphatic and nervous tissue samples of the 129 sheep and 6 goats with a negative CNS result were examined by IHC in order to identify any preclinical infections which had not already spread to the central nervous system (CNS). Using this approach we found 13 additional sheep with PrPSc depositions in the gut-associated lymph nodes (GALT) as well as in the enteric nervous system. Moreover, in most of these cases PrPSc was also deposited in the spleen and in the retropharyngeal and superficial cervical lymph nodes. Taken together, these results show a 30.3% infection prevalence in this scrapie-affected flock. Almost 7.4% of the infected animals harboured PrPSc exclusively in the peripheral lymphatic and nervous tissue and were therefore missed by the currently used testing strategy

Immunohistochemical analysis for deposits of scrapie prionprotein in ovine tissues

Aus einer natürlich mit Scrapie infizierten Herde standen Gewebeproben von sechs Ziegen und 169 Schafen mit empfänglichen Genotypen zur Verfügung, die auf das Vorhandensein des Scrapie-Erregers untersucht wurden. 40 Schafe zeigten bei der Untersuchung des Stammhirns mittels Schnelltest ein positives Ergebnis. Die 129 Schafe und sechs Ziegen, die im Stammhirn negativ waren, wurden in weiteren Geweben untersucht. Ziel der Untersuchung war einerseits, die Aussagekraft des Untersuchungsmaterials Obex für den TSE-Status des Tieres und andererseits, die tatsächliche Prävalenz von Scrapie in einer betroffenen Herde festzustellen. Außerdem sollten mit der Studie die möglichen Eintrittspforten, damit auch der Informationswert verschiedener Proben für eine Antemortem- Diagnostik und die Verteilung von PrPSc im Tierkörper dargelegt werden. Die immunhistologischen Untersuchungen auf PrPSc wurden an Gewebeproben des Ileums, der Nll. ileocolici sowie des Nl. retropharyngeus lateralis, der Tonsilla palatina und der Membrana nictitans von allen 135 Tieren durchgeführt. Gelang der Nachweis von PrPSc in einem der genannten Gewebe, so wurden auch die weiteren vorhandenen Proben des Tieres untersucht (Nl. cervicalis superficialis, Milz, Rektum, Plexus solaris, Ganglion cervicale craniale, Ganglion stellatum, Nervus vagus, Zunge). Es zeigte sich, dass 13 (10 %) der 129 untersuchten Schafe trotz des negativen Schnelltestergebnisses aus der Obexregion bereits PrPSc in peripheren Geweben akkumuliert hatten. Von den insgesamt 53 Schafen, bei denen PrPSc nachgewiesen werden konnte, sind somit 13 Schafe (24,5 %) nicht vom Schnelltest erfasst worden. Das sind bezogen auf die Anzahl untersuchter Schafe der Herde 7,7 %. Die am häufigsten positiven Organe waren die Tonsilla palatina und der Nl. Retropharyngeus lateralis mit je neun positiven Ergebnissen. Ileum, Nl. cervicalis superficialis und Milz zeigten je acht positive Ergebnisse. Der Nachweis von PrPSc im peripheren Nervensystem (Plexus solaris) gelang in sechs Fällen. Alle sechs Schafe zeigten ebenfalls ein positives Ergebnis in der Immunhistochemie in den Intramuralganglien des Ileum, drei davon auch in den Intramuralganglien des Rektum. Das Gewebe mit der geringsten Anzahl positiver Ergebnisse war das Dritte Augenlid bei zwei Tieren. Alle untersuchten Proben der sechs Ziegen waren negativ. Diese Studie zeigt, dass durch eine Post- mortem-Untersuchung des Obex mittels Schnelltest, Schafe in der präklinischen Phase der Scrapie nicht vollständig erfassbar sind. Die Scrapie-Prävalenz wird also bei der alleinigen Untersuchung von Gehirnmaterial deutlich unterschätzt. Die Untersuchung von lymphatischen Geweben kann infizierte Tiere bereits in der präklinischen Phase der Erkrankung detektieren. So wäre die Kombination beider Untersuchungsmaterialien für die Erhebung der tatsächlichen Prävalenz geeignet. Die Eintrittspforten und die Verbreitung des Erregers im Tierkörper, die in anderen Studien dargelegt wurden, konnten weitgehend bestätigt werden. Als aussagekräftiges Probenmaterial für eine Ante-mortem-Untersuchung hat sich in dieser Studie die Tonsilla palatina herausgestellt. Weniger gute Ergebnisse brachte hier die Untersuchung des Rektums und des Dritten Augenlides.Six goats and 169 sheep carrying the genotype susceptible for PrPSc from a flock naturally infected with classical scrapie were culled and investigated for scrapie using a rapid test on brainstem material (obex). Forty sheep turned out to be TSE-positive. The remaining 135 animals (with a negative test result in the obex region) were further investigated for the accumulation of PrPSc in selected lymphatic and neuronal tissue samples in order to reveal the actual prevalence in this affected flock and to assess the validity of the brain stem based rapid test result. Furthermore potential ports of entry of the agent and its spread throughout the body as well as the usefulness of certain tissues for an antemortem diagnosis were investigated. The following tissues were investigated immunohistochemically from all 135 animals: ileum, ileocolic lymph node, retropharyngeal lymph node, tonsils and third eyelid. If PrPSc in one of the above mentioned tissues was detected, other tissues were checked for the presence of PrPSc (superficial cervical lymph node, spleen, rectum, solar plexus, ganglion cervicale craniale, ganglion stellatum, vagus nerve and tongue). In another 13 (10 %) out of 129 investigated sheep PrPSc was detected in peripheral tissues. In total, 53 sheep tested positive for PrPSc. That means that 24,5 % (13 sheep) had not been detected using rapid test in the brain stem. Referring to the number of investigated sheep 7,7 % of them were positive. The tissues producing positive results most frequently in this study were the tonsil and the retropharyngeal lymph node each with nine positive results, while ileum, superficial cervical lymph node and spleen were positive in eight sheep respectively. In the solar plexus PrPSc was detected in six sheep which also showed PrPSc in the enteric nervous system of the ileum and three of them also of the rectum. Only two sheep were positive in the third eyelid. All investigated tissues from the six goats tested negative. In conclusion, this study shows that a negative result of the rapid test for brain stem samples does not exclude the presence of PrPSc in peripheral tissues. In consequence, the actual prevalence of scrapie is significantly underestimated when it is only based on brainstem samples. Moreover this study shows that lymphatic tissues such as the retropharyngeal lymph node and the tonsil are meaningful tissues for a closer investigation, if more information about the TSE-state of an animal is of any interest. In all, this study supports possible ports of entry as well as the postulates of a progress of PrPSc from the periphery to the CNS. The results from third eyelid and rectum samples do not support the usefulness of antemortem tests using these tissues. But an investigation of the tonsils provides an opportunity for early diagnosis