Parasite communities and their identification in wild and domestic herbivores in Iceland

Abstract

Gastrointestinal parasites affect the health of individual animals, their herds and other animal populations overlapping in range and diet. The maintenance of parasites within a host population or within an ecosystem depends in part on parasite species overlap between different host species. Parasite maintenance within a population also has implications for treatment of gastrointestinal parasites using anthelminthics, and can contribute to anthelminthic resistance. The objectives of this research were to study the current status of gastro-intestinal nematode communities in three main Icelandic herbivores, domestic sheep (Ovis aries), wild reindeer (Rangifer tarandus tarandus), and pink-footed goose (Anser brachyrhynchus). In this study parasite community composition overlap of host species was compared to better understand the possible risk of common parasites between host species. Strongyle-type eggs were found both in sheep and reindeer when identified morphologically. Nemabiome analyses of larvae hatched from these eggs identified Teladorsagia circumcincta, Haemonchus contortus, and Trichostrongylus axei, however these results need further confirmation. This study was the first to look at the gastrointestinal parasite fauna of pink-footed geese in Iceland, finding a strongylida that matched the description of Trichostrongylus tenuis which has been seen in other Icelandic birds. Furthermore, I tested the use of a novel diagnostic technique, that uses near and mid infrared reflectance spectrometry (NIRS and MIRS) to identify parasites to the species level within a fecal sample. This new diagnostic technique relied on the development of cost-effective and accessible models that can accurately predict parasite species in fresh and frozen sheep and reindeer dung samples. Eighteen separate models were created using three frameworks on six different datasets, for sheep and reindeer. The three datasets per host varied by how the fecal samples were stored and the type of spectrometry used (fresh NIRS, frozen NIRS and fresh MIRS). The models were trained using random forest multi-label classification algorithms with binary relevance (BR), classifier chain (CC) and label powerset (LP) frameworks to calibrate NIRS and MIRS spectra to nemabiome results. All models were able to identify parasite species from frozen samples, however label powerset (LP) framework offered the best model performance results overall, highest accuracy, average-precision and F1 scores. MIRS moderately outperformed NIRS for sheep and strongly outperformed NIRS for reindeer datasets using the BR and CC frameworks. This study explored nematode community composition overlap between wild and domestic herbivores in Iceland, finding potential nematode commonalities between sheep and reindeer. Secondly, this study found NIRS and MIRS to have potential as future gastrointestinal parasite diagnostic techniques.

Sníkjudýr í meltingarvegi hafa áhrif á heilsu einstakra dýra, hjarða þeirra og annarra dýrastofna sem skarast hvað varðar svið og fæðu. Viðhald sníkjudýra innan hýsilþýðis eða innan vistkerfis er að hluta til háð því að sníkjudýrategundir skarast milli mismunandi hýsiltegunda. Viðhald sníkjudýra innan þýðis hefur einnig áhrif á meðferð á sníkjudýrum í meltingarvegi með því að nota ormalyf og getur stuðlað að ónæmi fyrir ormalyfjum. Markmið þessarar rannsóknar var að kanna núverandi stöðu þráðorma í meltingarvegi í þremur helstu íslensk grasbítunum, sauðfé (Ovis aries), villt hreindýr (Rangifer tarandus tarandus) og heiðagæs (Anser brachyrhynchus). Í þessari rannsókn var skörun á samsetningu sníkjudýrasamfélags hýsiltegunda borin saman til að skilja betur hugsanlega hættu á algengum sníkjudýrum milli hýsiltegunda. Egg af strongyle-gerð fundust bæði í sauðfé og hreindýrum þegar þau voru greind formfræðilega. Nemabiome greiningar á lirfum sem klekjast út úr þessum eggjum greindu Teladorsagia circumcincta, Haemonchus contortus og Trichostrongylus axei, en þessar niðurstöður þarfnast frekari staðfestingar. Þessi rannsókn var sú fyrsta sem skoðaði sníkjudýr í meltingarvegi bleikfóta gæsa á Íslandi og fann sníkjudýr sem passaði við lýsingu á Trichostrongylus tenuis sem sést hefur í öðrum íslenskum fuglum. Ennfremur prófaði ég notkun nýrrar greiningartækni, sem notar nær- og mið- innrauða endurkasts litrófsgreiningu (NIEL og MIEL) til að bera kennsl á tegundastig sníkjudýra í saursýni. Þessi nýja greiningartækni byggði á þróun kostnaðarhagkvæmra og aðgengilegra líkana sem geta spáð nákvæmlega fyrir um tegundir sníkjudýra í ferskum og frosnum sauðfjár- og hreindýra saursýnum. Átján aðskilin líkön voru búin til með því að nota þrjá ramma á sex mismunandi gagnasettum, fyrir sauðfé og hreindýr. Gagnasettin þrjú á hvern hýsil voru mismunandi eftir því hvernig saursýnin voru geymd og eftir tegund litrófsmælinga sem notuð var (ferskt NIEL, frosið NIEL og ferskt MIEL). Líkönin voru þjálfuð með því að nota tilviljanakennda skóga fjölmerkja flokkunaralgrím með tveggja þátta mikilvægi (TM), flokkunarkeðju (FK) and merkja-veldismengi (MV) ramma til að kvarða NIEL og MIEL litróf að nemabíóm-niðurstöðum. Öll líkönin gátu greint sníkjudýrategundir úr frosnum sýnum, hins vegar bauð fram merkja-veldismengis-rammi (MV) bestu frammistöðu líkansins í heildina, mestu nákvæmni, meðalnákvæmni og F1 stig. MIEL stóð sig heldur betur en NIEL fyrir sauðfé og mun betur en NIEL fyrir hreindýragagnasett með því að nota TM og FK ramma. Þessi rannsókn kannaði skörun samsetningar þráðormasamfélaga á milli villtra grasbíta og búfé dýragrasbíta á Íslandi og fann hugsanlega sameiginlega eiginleika þráðorma sauðfjár og hreindýra. Í öðru lagi sýndi þessi rannsókn að NIEL og MIEL hefðu möguleika sem framtíðargreiningaraðferðir fyrir sníkjudýr í meltingarvegi.