Within-pool prevalence limits for the identification of paratuberculosis infected herds using antibody detection in pooled milk samples

Köhler, Heike GND; Ziller, Mario GND; Gierke, F.; Donat, K.

Identification of Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (MAP) infected herds is the first step in paratuberculosis control. Bulk milk or pooled milk sampling is a widely used, cost-effective approach for the surveillance of infectious diseases in dairy cattle. Due to insufficient data about the diagnostic performance, it has rarely been exploited for paratuberculosis. Using a logistic regression model, threshold levels of the apparent within-pool prevalence (WPPapp) were determined for the identification of paratuberculosis positive herds by antibody detection in pools of 50 individual milk samples, which is a usual pool size. A total of 73 milk pools were prepared, 50 from two MAP-positive and 23 from one MAP-non-suspect herds. Four different commercial ELISAs were used. WPPapp was estimated independently based on antibody positive individual milk or serum samples and on positive faecal culture. Antibody detection resulted in lower WPPapp estimates than faecal culture (FWPPapp) and tended to underestimate true prevalence. For pooled milk testing, cut-off values of the four ELISAs were revised to ensure 99% specificity and high sensitivity. For 50% probability of detection, FWPPapp thresholds of 8.9–16.3% were determined, increasing to 20.0–37.8% for 95% probability of detection. The results underline that antibody detection in pools of 50 individual milk samples or bulk tank milk from herds ≤ 50 cows allows only the identification of herds with a very high prevalence of MAP-shedders. In control programs this can be the first step to identify the most affected herds. However, it is ineffective for prevalence investigations, surveillance programs and certification.

Die Identifizierung Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (MAP) infizierter Herden stellt den ersten Schritt bei der Paratuberkulose-Sanierung dar. Tank- oder Poolmilchuntersuchungen wurden aufgrund unzureichender Daten über die diagnostische Leistungsfähigkeit der Testsysteme für diesen Zweck bisher wenig eingesetzt, obwohl sie ein breit genutztes, kostengünstiges Verfahren für die Überwachung von Infektionskrankheiten bei Milchkühen darstellen. Mithilfe eines logistischen Regressionsmodells wurden die Schwellenwerte der scheinbaren Intrapoolprävalenz (WPPapp) für die Identifizierung Paratuberkulose-positiver Herden mittels des Antikörpernachweises in Pools aus 50 individuellen Milchproben bestimmt. Insgesamt 73 Poolmilchproben wurden generiert, 50 aus Milchproben von zwei MAP-positiven und 23 aus Milchproben einer MAP-unverdächtigen Herde. Vier verschiedene kommerzielle ELISAs kamen zum Einsatz. WPPapp wurden unabhängig voneinander auf der Basis positiver Antikörpernachweise in individuellen Milch- und Serumproben und positiver Resultate der kulturellen Anzüchtung individueller Kotproben (FWPPapp) ermittelt. Die WPPapp-Werte auf Basis des Antikörpernachweises unterschätzten im Vergleich zur Kotkultur die wahre Prävalenz im Pool. Um 99 % Spezifität und eine hohe Sensitivität zu gewährleisten, wurden die Cut-off-Werte der vier ELISAs für Poolmilch modifiziert. Eine 50%ige Nachweiswahrscheinlichkeit war bei 8,9–16,3 % MAP-Ausscheidern zu erwarten. Für eine 95%ige Nachweiswahrscheinlichkeit lagen die Schwellenwerte an MAP-Ausscheidern mit 20,0–37,8 % deutlich höher. Diese Daten unterstreichen, dass der Antikörpernachweis in Pools aus 50 Einzelmilchproben oder in Tankmilchproben aus Beständen mit ≤ 50 Kühen nur für die Identifizierung von Herden mit einer hohen Prävalenz an MAP-Ausscheidern geeignet ist. Dies kann in Sanierungsprogrammen der erste Schritt zur Auffindung der am stärksten betroffenen Bestände sein. Tank- oder Poolmilchtestung ist ungeeignet für Prävalenzerhebungen, die Überwachung der Paratuberkulose und die Zertifizierung unverdächtiger Herden.

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Köhler, Heike / Ziller, Mario / Gierke, F. / et al: Within-pool prevalence limits for the identification of paratuberculosis infected herds using antibody detection in pooled milk samples. 2017.

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