Sequential host-bacteria and bacteria-bacteria interactions determine the microbiome establishment of Nematostella vectensis.

BACKGROUND: The microbiota of multicellular organisms undergoes considerable changes during host ontogeny but the general mechanisms that control community assembly and succession are poorly understood. Here, we use bacterial recolonization experiments in Nematostella vectensis as a model to understand general mechanisms determining bacterial establishment and succession. We compared the dynamic establishment of the microbiome on the germfree host and on inert silicone tubes. RESULTS: Following the dynamic reconstruction of microbial communities on both substrates, we show that the initial colonization events are strongly influenced by the host but not by the silicone tube, while the subsequent bacteria-bacteria interactions are the main driver of bacterial succession. Interestingly, the recolonization pattern on adult hosts resembles the ontogenetic colonization succession. This process occurs independently of the bacterial composition of the inoculum and can be followed at the level of individual bacteria. To identify potential metabolic traits associated with initial colonization success and potential metabolic interactions among bacteria associated with bacterial succession, we reconstructed the metabolic networks of bacterial colonizers based on their genomes. These analyses revealed that bacterial metabolic capabilities reflect the recolonization pattern, and the degradation of chitin might be a selection factor during early recolonization of the animal. Concurrently, transcriptomic analyses revealed that Nematostella possesses two chitin synthase genes, one of which is upregulated during early recolonization. CONCLUSIONS: Our results show that early recolonization events are strongly controlled by the host while subsequent colonization depends on metabolic bacteria-bacteria interactions largely independent of host ontogeny. Video Abstract.

Pathogen detection and disease diagnosis in wildlife: challenges and opportunities.

The availability of rapid, highly sensitive and specific molecular and serologic diagnostic assays, such as competitive enzyme-linked immunosorbent assay (cELISA), has expedited the diagnosis of emerging transboundary animal diseases, including bluetongue (BT) and African horse sickness (AHS), and facilitated more thorough characterisation of their epidemiology. The development of assays based on real-time, reverse-transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) to detect and identify the numerous serotypes of BT virus (BTV) and AHS virus (AHSV) has aided in-depth studies of the epidemiology of BTV infection in California and AHSV infection in South Africa. The subsequent evaluation of pan-serotype, real-time, RT-PCR-positive samples through the use of serotype-specific RT-PCR assays allows the rapid identification of virus serotypes, reducing the need for expensive and time-consuming conventional methods, such as virus isolation and serotype-specific virus neutralisation assays. These molecular assays and cELISA platforms provide tools that have enhanced epidemiologic surveillance strategies and improved our understanding of potentially altered Culicoides midge behaviour when infected with BTV. They have also supported the detection of subclinical AHSV infection of vaccinated horses in South Africa. Moreover, in conjunction with whole genome sequence analysis, these tests have clarified that the mechanism behind recent outbreaks of AHS in the AHS-controlled area of South Africa was the result of the reversion to virulence and/or genome reassortment of live attenuated vaccine viruses. This review focuses on the use of contemporary molecular diagnostic assays in the context of recent epidemiologic studies and explores their advantages over historic virus isolation and serologic techniques.

La disponibilité d'essais diagnostiques moléculaires et sérologiques rapides, hautement sensibles et spécifiques tels que l'épreuve immuno-enzymatique de compétition (ELISAc), a accéléré le diagnostic des maladies animales transfrontalières émergentes, dont la fièvre catarrhale ovine (FCO) et la peste équine, et contribué à dresser un tableau épidémiologique plus complet de ces maladies. Grâce à la mise au point d'essais basés sur l'amplification en chaîne par polymérase en temps réel couplée à une transcription inverse (RT­PCR) qui permettent de détecter et d'identifier les nombreux sérotypes du virus de la fièvre catarrhale du mouton et du virus de la peste équine, des études approfondies ont pu être conduites sur l'épidémiologie de l'infection par le virus de la fièvre catarrhale du mouton en Californie et de l'infection par le virus de la peste équine en Afrique du Sud. L'évaluation postérieure des échantillons positifs à une RT­PCR en temps réel de groupe (détectant le virus quel que soit le sérotype) au moyen de RT­PCR spécifiques de chaque sérotype permet d'identifier rapidement le sérotype causal et de limiter le recours à des méthodes classiques onéreuses et chronophages comme l'isolement viral ou les essais de neutralisation virale spécifiques de chaque sérotype. Les outils fournis par ces essais moléculaires et par les plateformes ELISAc ont renforcé les stratégies de surveillance épidémiologique et permis de mieux connaître les altérations potentielles de comportement chez les tiques Culicoides infectées par le virus de la fièvre catarrhale du mouton. Ils ont également contribué à détecter les cas d'infection asymptomatique par le virus de la peste équine chez des chevaux vaccinés en Afrique du Sud. En outre, associés avec l'analyse de séquences du génome entier, ces tests ont révélé que le mécanisme sous-jacent aux récents foyers de peste équine dans la zone de contrôle en Afrique du Sud correspondait à une réversion vers la virulence et/ou à un réassortiment du génome des souches de vaccin à virus vivant atténué. Les auteurs passent en revue l'utilisation des essais de diagnostic moléculaire de nouvelle génération dans le contexte de récentes études épidémiologiques et cherchent à établir leurs avantages par rapport aux techniques classiques d'isolement viral et de recherche sérologique.

La existencia de ensayos moleculares y serológicos de diagnóstico rápidos y de gran sensibilidad y especificidad, como el ensayo inmunoenzimático de competición (ELISAc), ha acelerado el diagnóstico de enfermedades animales transfronterizas emergentes, como la lengua azul o la peste equina, y facilitado una caracterización más exhaustiva de su epidemiología. La creación de ensayos basados en la reacción en cadena de la polimerasa acoplada a transcripción inversa (RT?PCR) en tiempo real para detectar y caracterizar los numerosos serotipos de los virus de la lengua azul y la peste equina ha ayudado a estudiar a fondo la epidemiología de sendos episodios infecciosos causados por el virus de la lengua azul en California y por el virus de la peste equina en Sudáfrica. El subsiguiente análisis de las muestras positivas a la prueba de RT?PC en tiempo real de cualquier serotipo con empleo de ensayos RT?PCR dirigidos específicamente contra uno u otro serotipo permite identificar rápidamente los serotipos víricos, lo que hace menos necesario el uso de métodos convencionales más caros y largos, como el aislamiento del virus o técnicas de neutralización vírica adaptadas específicamente a un serotipo. Estos dispositivos de ensayo molecular o de ELISAc ponen a nuestra disposición herramientas que potencian las estrategias de vigilancia epidemiológica y ayudan a conocer mejor las eventuales alteraciones del comportamiento de los jejenes Culicoides al ser infectados por el virus de la lengua azul. Estas técnicas han ayudado también a detectar en Sudáfrica casos de infección asintomática por el virus de la peste equina en caballos vacunados. Estas pruebas, además, empleadas en combinación con el análisis de secuencias genómicas completas, han servido para aclarar que el mecanismo subyacente a los recientes brotes de peste equina surgidos en la zona de Sudáfrica donde la enfermedad estaba bajo control fue fruto de la reversión a la virulencia y/o el reordenamiento genómico de virus vacunales atenuados. Los autores, centrándose en el uso de modernos ensayos moleculares de diagnóstico como parte de recientes estudios epidemiológicos, examinan las ventajas que ofrecen en comparación con las tradicionales técnicas serológicas y de aislamiento vírico.