Erster Nachweis von Sarcocystis calchasi bei Habichten (Accipiter gentilis) und Sperbern (Accipiter nisus) in Norddeutschland und Beschreibung zweier neuer, nah verwandter Sarcocystis-Arten

First description of Sarcocystis calchasi in Northern goshhawks (Accipiter gentilis) and European sparrowhawks (Accipiter nisus) from Northern Germany and description of two closely related novel Sarcocystis species

Sarcocystis calchasi was first described in 2009. This apicomplexan parasite is known as the causative agent of a severe central nervous disease in domestic pigeons (Columba livia f. domestica) with fatal losses in lofts of racing pigeons. Clinically, the disease is highly similar to important diseases of pigeons, such as paramyxovirosis and salmonellosis. Recently, the Northern Goshawk (Accipiter g. gentilis) and the domestic pigeon have been identified as final and intermediate hosts, respectively, in a two-host life cycle. So far, the parasite has only been found in pigeons in the Berlin area. For this reason, this thesis project aimed at understanding the prevalence of S. calchasi in goshawks and phylogenetically closest related hosts.
Since avian Sarcocystis species are generally known for their low host specificity, the focus of this work was, first, to identify further potential final and intermediate hosts of S.calchasi. Therefore, it was evaluated by the use of cross-Sarcocystis PCR, whether European sparrowhawks (Accipiter n. nisus) and wood pigeons (Columba palumbus) may also harbour S. calchasi. Two so far unknown Sarcocystis species were discovered and further characterized by light and electron microscopy, PCR and sequencing of the ITS1-region, the 18S and 28S rRNA genes and phylogenetic analysis. They were subsequently named Sarcocystis columbae sp. nov. and Sarcocystis sp. ex A. nisus. In comparison, both parasites were closely related to S. calchasi and form a clade in phylogenetic analysis with other species using birds of prey as their final hosts.
In a next step based on the sequences of the newly described Sarcocystis species and all publically available sequences, species-specific semi-nested PCRs for S. calchasi, S. columbae and Sarcocystis sp. ex A. nisus were established. This method offers a high sensitivity and specificity and even small amounts of DNA can be amplified as needed for retrospective studies of archived material. Surprisingly, 92% of the goshawks and 100% of the sparrowhawks tested positive for at least one Sarcocystis species and about 50% of all birds were infected with all three species. S. calchasi was detected in goshawks from Berlin already in 1997. Since pigeons are generally not preyed by sparrowhawks, it is tempting to speculate that the host range of S. calchasi and S. columbae is larger and may also comprise songbirds. Given the largely overlapping distribution areas of domestic pigeons, wood pigeons, goshawks and sparrowhawks, S. calchasi might be much more widespread than previously thought and requires further clarification in epidemiological studies. Moreover, the anthropogenic contribution to the spread of the parasite by falconry and pigeon sport should also be addressed in future studies. Mit Sarcocystis calchasi wurde 2009 ein Parasit der Apicomplexa bekannt, der bei Haustauben zu einer schwerwiegenden zentralnervösen Erkrankung und fatalen Verlusten in Brieftaubenbeständen führt. Klinisch ähnelt die Krankheit stark den beiden bedeutenden Taubenkrankheiten Paramyxovirose und Salmonellose. Kürzlich wurde der zweiwirtige Zyklus von S. calchasi zwischen dem Habicht als Endwirt und der Haustaube als Zwischenwirt aufgeklärt. Der Nachweis des Parasiten war bislang auf Haustauben im Berliner Raum beschränkt. Aus diesem Grund sollte im Rahmen der hier vorliegenden Dissertation das Vorkommen des Parasiten in Habichten und in phylogenetisch am nächsten verwandten Wirten stichprobenartig untersucht werden.
Da vogelinfizierende Sarkosporidien allgemein für ihre geringe Wirtsspezifität bekannt sind, lag der Fokus der Arbeit zunächst darauf, möglichen weiteren End- und Zwischenwirten von S. calchasi nachzugehen. Dafür wurde in einer ersten Studie mittels PCR evaluiert, ob beim Sperber (Accipiter n. nisus) und der Ringeltaube (Columba palumbus) ebenfalls S. calchasi nachgewiesen werden können. Mittels speziesübergreifenden Primern wurden damit in beiden Vogelspezies zwei bisher nicht beschriebene Sarcocystis-Arten gefunden, die anschließend per Lichtmikroskopie, Elektronenmikroskopie, PCR mit anschließender Sequenzierung der ITS1-Region sowie der 18S und 28S rRNA-Gene und phylogenetischer Analyse umfangreich charakterisiert wurden und anschließend als S. columbae sp. nov. und Sarcocystis sp. ex A. nisus benannt wurden. Deutlich wurde dabei, dass beide neu entdeckten Sarcocystis-Arten nahe mit S.°calchasi verwandt sind und phylogenetisch eine Gruppe mit anderen Sarcocystis-Arten bilden, die Greifvögel als Endwirte nutzen.
Basierend auf den Sequenzen der neu beschriebenen Sarcocystis-Arten und aller in öffentlichen Datenbanken zugänglichen Sequenzen wurde in einem nächsten Schritt jeweils eine speziesspezifische semi-nested-PCR für S. calchasi sowie S. columbae und Sarcocystis sp. ex A. nisus etabliert. Aufgrund der nachgeschalteten Amplifikation bietet diese Methode eine hohe Spezifität und Sensitivität, so dass auch kleine Mengen DNA amplifiziert werden können und retrospektive Studien anhand von archiviertem Material ermöglicht werden. Überraschenderweise wurde damit beim Habicht bzw. beim Sperber ein Befall mit mindestens einer der drei Sarcocystis-Arten in einer Häufigkeit von 92 % bzw. 100 % festgestellt; etwa die Hälfte der Vögel war sogar mit allen drei Arten gleichzeitig infiziert. Bereits für das Jahr 1997 konnte das Vorkommen von S. calchasi bei Habichten in Berlin nachgewiesen werden. Da Tauben im Allgemeinen nicht zum Beutespektrum des Sperbers gehören, legen die Ergebnisse den Verdacht nahe, dass das Wirtsspektrum von S. calchasi und S. columbae größer ist und beispielsweise auch Singvögel umfassen könnte. Angesichts der Verbreitungsgebiete von Haustauben, Ringeltauben, Sperbern und Habichten, die sich in weiten Teilen überschneiden, dürfte S. calchasi weitaus weiter verbreitet sein als bisher angenommen. Dies bedarf einer Klärung in epidemiologischen Studien. Welche Rolle eine anthropogene Beteiligung über die Falknerei und den Brieftaubensport bei der Verbreitung des Parasiten spielt, bleibt ebenfalls zu untersuchen.