Influência da composição genética e dos perfis moleculares em bovinos Angus e mestiços na resistência à infecção natural por Babesia spp.

Abstract

A babesiose, causada principalmente por Babesia bovis e Babesia bigemina, representa um desafio significativo para a pecuária, especialmente considerando que a maioria dos bovinos em regiões tropicais e subtropicais está constantemente exposta à infecção por esses parasitas por meio da presença de carrapatos Rhipicephalus microplus. A utilização de raças taurinas nessas regiões enfrenta o desafio da alta suscetibilidade desses animais às doenças transmitidas por carrapatos, logo, programas de cruzamento entre raças zebuínas e taurinas buscam aumentar a heterose, favorecendo resistência a parasitas e adaptação a climas tropicais. Diante disso, o presente estudo teve como objetivos principais avaliar o impacto de uma pequena proporção de genética zebuína na resistência dos animais mestiços (Ultrablack) e analisar o perfil transcricional do sangue de bezerros Angus puros e mestiços naturalmente infectados, identificando genes e vias biológicas associadas a diferentes níveis de resistência. E como objetivos específicos analisar os níveis de infecção por Babesia spp. utilizando qPCR, a infestação por carrapatos, os títulos de anticorpos específicos contra B. bovis e B. bigemina em bezerros Angus e Ultrablack criados em ambiente tropical no Brasil, utilizando ELISA. No capítulo 2 foram estudados os níveis de infecção em bezerros Angus (100% taurinos, n = 17) e Ultrablack (~82% taurinos e 18% zebuínos, n = 14) avaliando-se a influência da composição genética na resistência de bovinos frente à infecção natural por Babesia spp. Durante 13 avaliações realizadas entre novembro de 2021 e abril de 2022, foram analisadas as cargas de DNA de B. bovis e B. bigemina e os níveis de anticorpos IgG específicos. Os resultados mostraram que, embora não houvesse diferenças significativas nos títulos de IgG entre os grupos, os bezerros Ultrablack apresentaram níveis de DNA significativamente maiores, indicando que a baixa proporção de genética zebuína não foi suficiente para conferir maior resistência à babesiose. Esses achados sugerem que maiores proporções de genética zebuína ou outros fatores podem ser necessários para reduzir a suscetibilidade à infecção, fornecendo base para futuras pesquisas sobre melhoramento genético visando resistência à babesiose bovina. No capítulo 3 foram utilizados dez bezerros, sendo cinco Angus (100% taurino) e cinco mestiços (~82% Angus e 18% Zebu). Em dois momentos distintos, foram coletadas amostras de sangue para posterior extração de DNA e RNA de animais sem infecção por B. bovis (número de cópias (NC) de DNAlog, NC = 0) e com infecção (NC ≥ 2), onde as amostras de DNA foram utilizadas para quantificação do número de cópias de B. bovis por PCR quantitativo, permitindo a identificação de animais infectados e não infectados e as amostras de RNA provenientes de 10 animais (número total de amostras coletadas em dois momentos, n= 20; 10 no momento sem infecção e 10 no momento pós-infecção) foram analisadas por RNA-Seq. Devido à diferença de idade entre os grupos, cada grupo genético foi analisado separadamente. No grupo mestiço, foram identificados 40 genes diferencialmente expressos (FDR ≤ 0,05; fold change log ≤ -2,0 ou ≥ 2,0), sendo 24 super expressos e 16 menos expressos após a infecção. A análise de anotação gênica revelou diversas vias biológicas, incluindo interações de proteínas virais com citocinas e seus receptores, interações citocina-receptor (reguladas negativamente) e sinalização de IL-17 e quimiocinas (reguladas positivamente). Os resultados fornecem uma visão exploratória dos mecanismos transcricionais envolvidos na resposta à babesiose bovina em animais mestiços Angus × Zebu. A identificação de vias imunológicas, especialmente IL-17 e sinalização de quimiocina, destaca potenciais alvos para estudos futuros sobre resistência à B. bovis e contribui para investigações voltadas à compreensão da interação hospedeiro-parasita.

Babesiosis, primarily caused by Babesia bovis and Babesia bigemina, represents a significant challenge for the livestock industry, especially considering that most cattle in tropical and subtropical regions are constantly exposed to infection by these parasites through the presence of Rhipicephalus microplus ticks. The use of taurine breeds in these regions faces the challenge of high susceptibility to tick-borne diseases; therefore, crossbreeding programs between Zebu and Taurine breeds aim to increase heterosis, favoring parasite resistance and adaptation to tropical climates. In this context, the primary objectives of this study were to evaluate the impact of a small proportion of Zebu genetics on the resistance of crossbred animals (Ultrablack) and to analyze the blood transcriptional profile of naturally infected purebred Angus and crossbred calves, identifying genes and biological pathways associated with different resistance levels. Specific objectives included analyzing Babesia spp. infection levels using qPCR, tick infestation, and specific antibody titers against B. bovis and B. bigemina in Angus and Ultrablack calves raised in a tropical environment in Brazil using ELISA. In Chapter 2, infection levels were studied in Angus (100% taurine, n = 17) and Ultrablack (~82% taurine and 18% zebu, n = 14) calves, evaluating the influence of genetic composition on bovine resistance to natural infection by Babesia spp. During 13 evaluations conducted between November 2021 and April 2022, B. bovis and B. bigemina DNA loads and specific IgG antibody levels were analyzed. The results showed that, although there were no significant differences in IgG titers between the groups, the Ultrablack calves presented significantly higher DNA levels, indicating that the low proportion of Zebu genetics was not sufficient to confer greater resistance to babesiosis. These findings suggest that higher proportions of Zebu genetics or other factors may be necessary to reduce susceptibility to infection, providing a basis for future research on genetic improvement aimed at resistance to bovine babesiosis. In Chapter 3, ten calves were used: five Angus (100% taurine) and five crossbred (~82% Angus and 18% Zebu). At two distinct time points, blood samples were collected for subsequent DNA and RNA extraction from animals without B. bovis infection (DNA copy number (CN) log, CN = 0) and with infection (CN ≥ 2). DNA samples were used to quantify the number of B. bovis copies via quantitative PCR to identify infected and uninfected animals. RNA samples from 10 animals (totaling 20 samples collected across two time points: 10 at the uninfected stage and 10 at the postinfection stage) were analyzed by RNA-Seq. Due to the age difference between the groups, each genetic group was analyzed separately. In the crossbred group, 40 differentially expressed genes (FDR ≤ 0.05; log fold change ≤ -2.0 or ≥ 2.0) were identified, with 24 upregulated and 16 downregulated after infection. Gene annotation analysis revealed several biological pathways, including viral protein interactions with cytokines and their receptors, cytokine-cytokine receptor interactions (downregulated), and IL-17 and chemokine signaling (upregulated). These results provide an exploratory view of the transcriptional mechanisms involved in the response to bovine babesiosis in Angus × Zebu crossbred animals. The identification of immunological pathways, especially IL- 17 and chemokine signaling, highlights potential targets for future studies on resistance to B. bovis and contributes to investigations aimed at understanding host-parasite interactions.