Toxoplasma gondii infection in Portugal – new serological studies in domestic animals and human blood donors

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The protozoan Toxoplasma gondii has a heteroxenous life cycle and is one of the most successful and common zoonotic parasites worldwide. This cosmopolitan pathogen can infect warm-blooded animals, i.e. mammals, including humans, and birds. It causes the disease toxoplasmosis, which is a food and waterborne infection, with an estimated one third of the world human population infected. Although usually causing mild symptoms in humans, T. gondii can cause severe sequelae with major health impact, such as congenital infection, ocular toxoplasmosis, and cerebral toxoplasmosis in immunocompromised people. The infection in farm animals causes important economic losses and is an important source of the agent to humans. In addition, environmental contamination poses a serious threat to public health. This work aimed at contributing to an updated and expanded knowledge on epidemiological aspects of the infection by T. gondii in Portugal, as well as to the identification of intermediate hosts involved in the potential transmission to other hosts including humans. Part 1: Comprises a general review of the scientific literature on the biology of the parasite, immune responses and pathogenesis, as well as diagnosis. The most common clinical signs associated with the disease in animals, clinical manifestations in humans and relevant methods of detection are also addressed. Part 2: Includes the experimental studies carried out in the scope of this thesis. Chapter I: Seroprevalence of Toxoplasma gondii and Leishmania spp. in domestic donkeys from Portugal. Serum samples were obtained from 186 donkeys living in seven out of 18 districts of mainland Portugal and assessed for anti-T. gondii Ig G antibodies by the modified agglutination test (MAT) with a value of 20 as a cut-off for seropositivity; antibodies were found in 11 donkeys with titres of 20 (n = 7), 80 (n = 2), 640 (n = 1) and ≥ 2560 (n = 1). Except for contact with dogs, no other statistically significant differences were found relating to seropositivity for T. gondii among the categories (sex, age group, breed, aptitude, housing, geographical area, contact with cats and contact with donkeys) of the same independent variable. This first epidemiological investigation of T. gondii infection in donkeys in Portugal indicates that these equids are exposed to and can be infected with the parasite, and that the consumption of undercooked or raw meat from these animals represent a potential source of infective T. gondii cysts for humans. Chapter II: Antibodies to Toxoplasma gondii in slaughtered free-range and broiler chickens. This study aimed to define levels of antibodies to T. gondii in chickens raised under different production systems and slaughtered in Portugal. A total of 348 blood samples were collected from 178 free-range male chickens and 170 conventional broiler chickens (both sexes) from different farms in two slaughterhouses in the Centre of Portugal. Sera were assessed for IgG antibodies to T. gondii at the dilutions of 1:10 (cutoff titre), 1:20 and 1:40, by MAT. A total of 10 (5.6%) serum samples from free-range chickens were positive, with antibody titres of 1:10 in six and 1:20 in four chickens, whereas antibodies to T. gondii were not found in the group of broiler chickens raised indoors. A statistically significant difference (p =  0.002) was found between the percentages of free-range and that of broiler chickens found seropositive. The results presented in this paper show that chicken contacted with sources of T. gondii. As they feed on the ground, chickens may be sentinels for the presence of oocysts in the environment, and their meat should be considered a potential risk for humans and other animals. Chapter III: Seroepidemiology of Toxoplasma gondii in blood donors in Portugal. The present study aimed to evaluate the prevalence of antibodies to T. gondii and associated risk factors among blood donors in Portugal. Blood donors from mainland Portugal (i.e. North, Centre, the Alentejo, Lisboa metropolitan area and the Algarve), who attended the Portuguese Institute for Blood and Transplantation (IPST) blood banks in Porto, Coimbra and Lisboa, and also regional blood collection sessions, were randomly sampled in a cross-sectional study. A written standardized questionnaire was used to collect sociodemographic and behavioural data, including independent variables: gender, age, geographical region and residence area, education level, occupation/profession, contact with cats, involvement in soil-related activities (gardening or other type of contact with soil), type of drinking water, and consumption of unwashed raw vegetables or fruit and of raw or undercooked meat. Sera from 520 blood donors were assessed for immunoglobulin (Ig) G antibodies to T. gondii at the dilution of 1:40 by MAT, with an overall seroprevalence of 38.1%. When questioned about toxoplasmosis, almost half the blood donors (48.8%) did not have any knowledge about the disease. Risk factors for T. gondii infection were ages of 46–55 years (odds ratio [OR] = 6.72) and of 56−65 years (OR = 4.34), having a lower education level (OR = 2.55), living in the North (OR = 2.14) and in the Centre regions (OR = 2.54) of Portugal, and drinking water from untreated sources (OR = 2.46). This study provides the first data on the seroprevalence of T. gondii in blood donors in Portugal, as well insights to sociodemographic and behavioural risk factors, as the basis for future prevention programs that should be promoted by medical and public health authorities. Chapter IV: Presents and discusses the main findings of the experimental work, as well as predicts some future challenges in this area of research. Taking this epidemiological scenario into account and also the results from the present studies, attention should be paid to the risk factors for seropositivity to T. gondii. Some control measures are suggested based on these findings. Being T. gondii one of the most widespread and successful parasites, control of toxoplasmosis over the next years should be focused mainly on epidemiological studies and the implementation of measures over the different hosts, including proper and enduring information of the human population.
O protozoário Toxoplasma gondii possui um ciclo de vida heteroxeno e é um dos parasitas mais bem-sucedidos e comuns no mundo com potencial zoonótico. Este agente patogénico cosmopolita pode infetar animais homeotérmicos, ou seja, mamíferos, incluindo humanos, e aves. Causa toxoplasmose, que é uma infeção transmitida pelos alimentos e pela água, e cerca de um terço da população humana está infetada. Embora cause geralmente sintomatologia leve no homem, T. gondii pode causar sequelas graves com grande impacto na saúde, como infeção congénita, toxoplasmose ocular, e toxoplasmose cerebral em indivíduos imunocomprometidos. A infeção de animais de produção provoca importantes perdas económicas e constitui uma importante fonte de infeção para os seres humanos. Além disso, a contaminação ambiental representa uma preocupante ameaça à saúde pública. Este trabalho teve como objetivo contribuir para um conhecimento mais atualizado e alargado sobre os aspetos epidemiológicos da infeção por T. gondii em Portugal, bem como para a identificação de hospedeiros intermediários envolvidos na transmissão a outros hospedeiros incluindo o homem. Parte 1: Compreende uma revisão geral da literatura científica sobre a biologia do parasita, respostas imunitárias e patogenia, bem como o diagnóstico. Também são abordados os sinais clínicos mais frequentes associados à doença em animais, manifestações clínicas em humanos, e métodos relevantes de diagnóstico. Parte 2: Inclui os estudos experimentais realizados no âmbito desta tese. Capítulo I: Seroprevalência de Toxoplasma gondii e Leishmania spp. em burros domésticos em Portugal. Foram obtidas amostras de soro de 186 burros residentes em sete dos 18 distritos de Portugal continental para pesquisa de anticorpos IgG anti-T. gondii usando o teste de aglutinação modificado (“modified agglutination test” -MAT) e um título de 20 como limiar de positividade; foram encontrados anticorpos em 11 burros com títulos de 20 (n = 7), 80 (n = 2), 640 (n = 1) e ≥ 2560 (n = 1). Com exceção do contato com cães, não foram encontradas outras diferenças estatisticamente significativas em relação à seropositividade para T. gondii entre as categorias (sexo, grupo etário, raça, aptidão, alojamento, área geográfica, contato com gatos e contato com burros) da mesma variável independente. Este primeiro estudo epidemiológico de infeção por T. gondii em burros em Portugal indica que estes equídeos estão expostos e podem ser infetados pelo parasita, e que o consumo de carne que durante a cocção não foi submetida a processamento térmico suficiente para inativar quistos de Toxoplasma (carne malpassada) representa uma fonte potencial de quistos infetantes de T. gondii para os humanos. Capítulo II: Anticorpos para Toxoplasma gondii em frangos do campo e frangos de aviário. Este estudo teve como objetivo definir os níveis de anticorpos anti-T. gondii em frangos criados em diferentes sistemas de produção e abatidos em Portugal. Foram recolhidas 348 amostras de sangue de 178 frangos do campo machos e de 170 frangos de aviário (ambos os sexos), de diferentes explorações em dois matadouros do Centro de Portugal. Os soros foram avaliados para pesquisa de anticorpos IgG anti-T. gondii nas diluições de 1:10 (limiar de positividade), 1:20 e 1:40, usando o MAT. Um total de 10 (5,6%) amostras de soro de frangos do campo foram positivas, com títulos de 1:10 em seis e 1:20 em quatro frangos, enquanto que no grupo de frangos de aviário não foram encontrados anticorpos anti-T. gondii. Foi encontrada diferença estatisticamente significativa (p = 0,002) entre as percentagens de seropositivos nos frangos de campo e de aviário. Os resultados apresentados neste trabalho indicam que os frangos estiveram em contato com fontes de T. gondii. Os frangos como se alimentam no solo podem ser classificados como sentinelas da presença de oocistos no meio ambiente, e sua carne deve ser considerada um risco potencial para humanos e outros animais. Capítulo III: Seroepidemiologia de Toxoplasma gondii em dadores de sangue em Portugal. O presente estudo teve como objetivo avaliar a prevalência de anticorpos anti-T. gondii e os fatores de risco associados, em dadores de sangue em Portugal. Foram recolhidas amostradas aleatórias de dadores de sangue de Portugal Continental (ou seja, Norte, Centro, Alentejo, área metropolitana de Lisboa e Algarve), que compareceram nos Centros de colheita do Instituto Português de Sangue e Transplantes (IPST) do Porto, Coimbra e Lisboa, e também em sessões regionais nos postos fixos de colheita de sangue. De modo a recolher os dados sociodemográficos e comportamentais, foi disponibilizado um questionário escrito que incluía as seguintes variáveis independentes: sexo, idade, região geográfica e área de residência, nível de escolaridade, ocupação/profissão, contato com gatos, atividades relacionadas ao solo (jardinagem ou outro tipo de contato com o solo), ingestão de água, e consumo de frutas ou vegetais crus não lavados e de carne malpassada. Foram avaliados os soros de 520 dadores de sangue para pesquisa de anticorpos IgG anti-T. gondii na diluição de 1:40 usando o MAT, resultando numa seroprevalência de 38,1%. Quando questionados sobre a toxoplasmose, quase metade dos dadores de sangue (48,8%) não se encontravam informados sobre a doença. Os fatores de risco para a infeção por T. gondii foram os intervalos etários de 46-55 anos (OR = 6,72) e 56-65 anos (OR = 4,34), baixo nível de escolaridade (OR = 2,55), habitar na região Norte (OR = 2,14) e na região Centro (OR = 2,54) de Portugal, e ingestão de águas não tratadas (OR = 2,46). Este estudo apresenta os primeiros dados sobre a seroprevalência de T. gondii em dadores de sangue em Portugal, bem como os fatores de risco sociodemográficos e comportamentais, importantes para a definição de futuros programas de prevenção promovidos pelas autoridades médicas e de saúde pública. Capítulo IV: Apresenta e faz discussão sobre os principais resultados do trabalho experimental, e destaca alguns desafios futuros nesta área de investigação. Tendo em consideração os dados epidemiológicos e os resultados dos presentes estudos, verifica-se a necessidade de dar atenção aos fatores de risco de infeção por T. gondii. São sugeridas algumas medidas de controlo com base nos resultados obtidos. Sendo T. gondii um dos parasitas mais bem-sucedidos mundialmente e com maior prevalência, o controle da toxoplasmose durante os próximos anos deve-se focar essencialmente em estudos epidemiológicos e na implementação de medidas nos diferentes hospedeiros, incluindo uma informação adequada e permanente da população humana.
Tese de Doutoramento em Ciências Veterinárias
Blood donor , Donkey