background image

 

Erysipelothrix

 spp. and other 

Erysipelotrichales 

detected by 16S rRNA microbial 

community profiling in samples from healthy conventionally reared chickens and their 

environment 

 

Eva Wattrang

1

, Tina Sørensen Dalgaard

2

, Helena Eriksson

3

 and Robert Söderlund

1

 

 

1.2 Affiliations 

1 Department of Microbiology, National Veterinary Institute, Uppsala, Sweden 

2 Department of Animal and Veterinary Sciences, Aarhus University, Tjele, Denmark 

3 Department of Animal Health and Antimicrobial Strategies, National Veterinary Institute, Uppsala, 

10 

Sweden 

11 

 

12 

1.3 Corresponding author: 

Eva Wattrang, eva.wattrang@sva.se 

13 

 

14 

1.4 Keywords: 

Erysipelotrichales

;

 Erysipelothrix

 spp.; chicken 

15 

  

16 

1.5 Repositories: 

European Nucleotide Archive (https://www.ebi.ac.uk/ena) under project number 

17 

PRJEB67586

 

18 

 

19 

2. Abstract 

20 

Outbreaks of erysipelas, a disease caused by infection with 

Erysipelothrix rhusiopathiae 

(ER), is a re-

21 

emerging problem in cage-free laying hen flocks. The source of ER infection in hens is usually unknown 

22 

and serological evidence has indicated the presence of ER or other antigenically related bacteria also in 

23 

healthy flocks. The aim of the present study was to evaluate sample collection, culture methods and DNA-

24 

based methodology to detect ER and other 

Erysipelotrichales

 in samples from healthy chickens and their 

25 

environment.  

26 

We used samples from a research facility with conventionally reared chickens with no history of erysipelas 

27 

outbreaks where hens with high titers of IgY recognising ER previously have been observed. Microbial 

28 

DNA was extracted from samples either directly or after pre-culture in nonselective or ER-selective 

29 

medium. Real-time PCR was used for detection of 

Erysipelothrix

 spp. and high-throughput amplicon 

30 

sequencing of 16S rRNA sequencing was used for detection of 

Erysipelotrichales

. A pilot serological 

31 

analysis of some 

Erysipelotrichales 

members with IgY from unvaccinated and ER vaccinated high 

32 

biosecurity-chickens as well as conventionally reared chickens was also performed. 

33 

All samples were negative for ER, 

E. tonsillarum

 and 

E. piscisicarius

 by PCR analysis. However, 16S rRNA 

34 

community profiling indicated the presence of several 

Erysipelotrichales 

genera

 

in both environmental 

35 

samples and chicken intestinal samples including 

Erysipelothrix

 spp. that were detected in environmental 

36 

samples. Sequences from 

Erysipelothrix

 spp. were most frequently detected in samples pre-cultured in 

37 

ER-selective medium. On species level the presence of 

E. anatis

 and/or 

E. aquatica

 was indicated. 

38 

Serological results indicated that IgY raised to ER showed some cross-reactivity with 

E. anatis

39 

Hence, environmental samples pre-cultured in selective medium and analysis by 16S rRNA sequencing 

40 

proved a useful method for detection of 

Erysipelotrichales

 including 

Erysipelothrix

 spp. in chicken flocks. 

41 

The observation of such bacteria in environmental samples offers a possible explanation for the 

42 

observation of high antibody titres to ER in flocks without a history of clinical erysipelas. 

43 

   

44 

6. Data summary 

45 

All results from the presented experiments are included in this published article, sequence data with 

46 

corresponding sample metadata are available from the European Nucleotide Archive 

47 

(https://www.ebi.ac.uk/ena) under project number PRJEB67586.  

48 

The authors confirm all supporting data and protocols have been provided within the 

49 

article or through supplementary data files. 

50 

 

51 

Prepr

int

Preprint DOI:

Posted on November 8, 2023

https://doi.org/10.1099/acmi.0.000736.v1

© 2023 The Authors. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons
Attribution License.

acmi.0.000736.v1-html.html
background image

 

7. Introduction 

52 

 

 

53 

The family 

Erysipelotrichaceae

 in the order 

Erysipelotrichales

 currently comprises several genera with 

54 

Erysipelothrix

 as the family type-genus (1). 

 Erysipelothrix rhusiopathiae 

(ER), a gram-positive facultative 

55 

anaerobic rod, is probably the most well-known bacterium of the family

.

 This bacterium was first described 

56 

in the late nineteenth century and is known to infect a large variety of species including mammals, birds 

57 

and fish with or without causing clinical disease (2). Within the genus 

Erysipelothrix, E. tonsillarum

 was 

58 

described in 1987 (3) and is considered apathogenic for pigs and chickens (3-5) but a potential pathogen in 

59 

dogs (6). Among more recently described species in this genus, 

E. piscisicarius

 has been associated with 

60 

disease in pigs, turkeys and ornamental fish (7, 8) while 

E. inopinata

 (9), 

E. larvae

 (10), 

E. anatis

E. 

61 

aquatica

 and 

E. urinaevulpis

 (11) have not yet been reported to be associated with disease.  

62 

 

63 

In animals, the disease caused by ER is termed erysipelas and among livestock this disease is most well 

64 

recognised as a problem in pig and turkey production (2). However, erysipelas is also considered an 

65 

emerging disease in modern egg production (12-20). The emergence of the disease in laying hens has been 

66 

associated with the move from cage to floor housing and housing systems with outdoor access for hens 

67 

have an increased risk of erysipelas outbreaks (14-16). On flock level, erysipelas in laying hens manifests as 

68 

acute onset and rapid progression outbreaks with increased, up to 60%, mortality and sometimes 

69 

decreased egg production (13, 16, 17, 21). Many aspects of this disease still remain unclear, for instance are 

70 

the source and route of infection most often unknown. The clinical picture of outbreaks in laying hen flocks 

71 

would suggest introduction of a pathogen in a previously naïve population. On the other hand, several 

72 

reports have shown antibodies that recognise ER in conventionally reared laying hens with no history of 

73 

erysipelas (15, 22-24), which suggests that ER or antigenically similar bacteria could be common in these 

74 

chickens or in their environment. However, there are only a few reports on isolation of ER from clinically 

75 

healthy chickens (25-27) and additionally a study that fails to isolate ER by culture methods in healthy 

76 

laying hen flocks (18). By whole genome sequencing we have found (manuscript in preparation) that ER 

77 

from laying hens affected by clinical erysipelas belong to all described (28) genetic clades except clade 1. 

78 

Moreover, we have observed that clade 1 was the most common ER in samples from healthy pigs and wild 

79 

boar (29). This ER clade has previously been associated with disease in marine mammals (28) and it is 

80 

possible that ER of clade 1 is less pathogenic for terrestrial mammals and chickens. One may hypothesise 

81 

that ER of less pathogenic genotypes may be the cause of ER recognising antibodies in healthy laying hens. 

82 

It is known that under favourable conditions, ER may survive in the environment for weeks (30) but an 

83 

important role of carriers as reservoirs and source of ER for clinical outbreaks of erysipelas has also been 

84 

put forward (31). To better understand the pathogenesis of erysipelas in laying hens as well as to be able to 

85 

prevent this disease it is important to have the means to monitor the presence of ER and other 

86 

Erysipelotrichales 

in healthy hens and their environment. This has proven to be challenging by traditional 

87 

culture methods because low-level presence of ER is easily overlooked in samples where faster-growing 

88 

bacterial species are prevalent. Hence, DNA based methodologies might prove beneficial for this purpose.  

89 

 

90 

To gain more insight into the presence of ER and related bacteria in healthy chickens and their 

91 

environment this study was conducted to evaluate sample collection, culture methods and DNA-based 

92 

methodology to detect 

Erysipelotrichales

. For this purpose, we collected samples from an experimental 

93 

poultry facility with a conventional biosecurity level. The facility has no history of erysipelas outbreaks but 

94 

healthy chickens with high IgY titers recognising ER have previously been identified (unpublished 

95 

observation). In addition, we performed a pilot serological analysis using some 

Erysipelotrichales 

96 

members with IgY from specific pathogen free (SPF) and conventionally reared chickens to monitor the 

97 

presence of IgY recognising these bacteria.   

98 

 

99 

8. Methods 

100 

 

101 

Prepr

int

acmi.0.000736.v1-html.html
background image

 

8.1 Sample collection for bacterial DNA analysis 

102 

 

103 

Samples were collected at the experimental poultry facility at Foulum research centre, Aarhus University 

104 

(AU), Denmark. At this facility research chicken lines are bred and maintained, with chicks hatched from 

105 

eggs produced in-house and raised to adulthood. Adult chickens are group housed, seven hens and one 

106 

rooster, in furnished cages. Other poultry are kept at the facility for temporary experiments, and other 

107 

livestock including pigs are kept in nearby buildings at the same research centre. The facility biosecurity is 

108 

rated as „conventional

 production

, i.e., not SPF. No outbreaks of erysipelas have occurred at the facility, 

109 

but high antibody titres to 

ER among adult hens have been observed (authors‟ unpublished observations). 

110 

A total of 56 samples were collected (Table 1.). Four 10-12 weeks old chickens were sacrificed, and 

111 

intestinal segments with content were collected from the ileum, caecum and cloaca (total n=12). 

112 

Environmental samples were collected with gauze wipes for surfaces and gauze overshoes for floor and 

113 

ground samples, in both cases the gauze was moistened with phosphate buffered saline (PBS) before use. 

114 

Samples were collected from cages (n=12), manure conveyor belts (n=12), floors in the animal rooms 

115 

(n=8), facility staff shoes used in the animal room (n=2), the ground outside the poultry facility (n=4) and 

116 

the ground outside the pig house (n=4). Pooled samples of poultry red mites (

Dermanyssus gallinae

), a 

117 

suspected ER vector (12), were also collected (n=2).  

118 

 

119 

8.2 Enrichment and DNA extraction 

120 

 

121 

All samples were divided into three portions used for the following protocols: 1) no enrichment; suspension 

122 

in PBS, 2) nonselective enrichment; 48h incubation at 37°C in tryptic soy broth (TSB), and 3) selective 

123 

enrichment; 48h incubation at 37°C in beef extract broth containing 0.2 mg/mL sodium-azide and 

124 

μ

g/mL crystal-violet (SACV). Growth media were prepared at the National Veterinary Institute (SVA; 

125 

Uppsala, Sweden). Supernatants from the three protocols, a total of 168 samples, were frozen at -70°C. 

126 

DNA was later extracted from thawed supernatants using the IndiMag Pathogen kit (Indical) on a 

127 

Maelstrom-9600 automated system (TANBead). 

128 

 

129 

8.3 Real-time PCR detection of 

Erysipelothrix 

spp. 

130 

 

131 

A previously described fluorescent probe-based real-time PCR method (32) was used to detect ER, 

E

132 

tonsillarum

 and 

E

piscisicarius

 (previously designated 

E

sp. „strain 2‟

 (8)). ER and 

E

tonsillarum

 positive 

133 

controls were used in the assay, however no positive control for 

E

piscisicarius

 was available for the 

134 

present study. The assay was run using PerfeCTa Multiplex qPCR ToughMix reagents (Quantabio) on a 

135 

CFX96 Touch Real-Time PCR instrument (Bio-Rad). To deliberately reduce the assay specificity in order to 

136 

detect any other closely related 

Erysipelothrix 

spp. in the samples a second PCR reaction was performed 

137 

for each sample excluding the probes and instead running the assay with PerfeCTa SYBR Green SuperMix 

138 

(Quantabio) and evaluating any PCR products by melting curve analysis and Sanger sequencing. 

139 

 

140 

8.4 16S rRNA sequencing detection of 

Erysipelotrichales

 

141 

 

142 

Partial 16S sequencing for community profiling was performed using the Illumina MiSeq 16S rRNA 

143 

protocol (33), with libraries verified on a 2100 Bioanalyzer instrument with a High Sensitivity DNA kit 

144 

(Agilent) and sequenced as 2x300 bp paired-end reads on a with a V3 run kit on a MiSeq instrument 

145 

(Illumina). The produced sequences from chicken and environmental samples were separately analysed 

146 

using the QIIME2 16S pipeline (34) implemented on the NIH/NIAID Nephele microbiome analysis 

147 

platform v. 2.20.2 (35) using the SILVA (RRID:SCR_006423

)

 reference database with open OTU strategy 

148 

and otherwise default settings. The output was processed and visualised with the phyloseq package (36) in 

149 

R 4.0.4 (r-project.org). To avoid spurious detections due to index jumping (37), all OTU counts below five 

150 

in a sample were considered negative for that sample. A phylogenetic tree was inferred in Mega X (38) 

151 

Prepr

int

acmi.0.000736.v1-html.html
background image

 

using the Neighbor-Joining method with pairwise deletion of missing positions, comparing all sequences 

152 

from putative 

Erysipelotrichales 

detected in the present study with selected sequences from the reference 

153 

database, all trimmed to the length of the Illumina protocol PCR product. To find any matches in less well-

154 

curated sources all sequences from putative 

Erysipelothrix

 spp. as identified by QIIME2 were also 

155 

compared to the full NCBI 

nr

 nucleotide collection with blastn (blast.ncbi.nlm.nih.gov). Genomes of 

156 

interest identified in the 16S analysis were screened for the presence of ER proteins with known or 

157 

suspected immunogenicity using local Blast+ (39). 

158 

 

159 

8.5 Samples for serological analyses  

160 

 

161 

Serum samples from chickens reared at either of two types of biosecurity levels were included in the study; 

162 

SPF-reared chickens and chickens conventionally reared at the AU facilities described above. The SPF-

163 

chickens were female Dekalb White Leghorn-type layer hybrids purchased from a commercial hatchery 

164 

and raised from day old at high biosecurity at SVA (Uppsala, Sweden) as earlier described (40). In the 

165 

current study we used sera collected from six unvaccinated chickens, two 45 days old (chickens #2 and #3) 

166 

and four 52 days old (chickens #21, 26, 33 and #68), and six vaccinated chickens, two 45 days old 

167 

(chickens #29 and #32) and four 52 days old (chickens #7, 16, 34 and #60). The vaccinated chickens were 

168 

injected with 0.5 mL of a commercial inactivated erysipelas vaccine containing the ER strain M2 of 

169 

serotype 2, belonging to clade 2, (Porcilis ERY Vet, MSD Animal Health) in the breast muscle 28 days prior 

170 

to sample collection (chickens #29 and #32) or 25 days prior to sample collection (chickens #7, 16, 34 and 

171 

#60). 

172 

Conventionally reared chickens were mixed sexes inbred L10 (41, 42) layer hybrid type hatched and reared 

173 

indoors without outdoor access at the AU animal facilities. After hatch, the chickens were kept in floor pens 

174 

on wood shavings until 16 weeks of age and subsequently transferred to enriched cages. In the current 

175 

study, sera collected at 10 weeks of age (male, n=4) and at 48 weeks of age (1 female and 3 male, n=4) were 

176 

used. 

177 

 

178 

8.6 ELISA methodology for quantification of antibodies in chicken serum 

179 

 

180 

A previously described in-house ELISA for quantification of IgY titers to ER in chicken serum samples was 

181 

used (40). In brief, a sonicated whole-bacteria lysate was used as target coating antigen in the assay and 

182 

serum samples were titrated in 2-fold dilutions to achieve a dilution curve. For each sample the A450 

 

183 

A650 values were plotted against the sample dilution and the equation for the linear part of the curve was 

184 

determined by regression analysis. Antibody titers were then calculated as the dilution that would achieve 

185 

an A450 

 A650 value of 1. In the current study either antigens prepared from ER, 

Holdemania filiformis

 

186 

or 

E. anatis

, respectively, were used as coating antigens. The ER antigen was prepared as earlier described 

187 

(24) from strain 15-ALD003475 derived from an outbreak of erysipelas in a Swedish laying hen flock in 

188 

2015 that was classified as belonging to “intermediate” lineage 

(28) and according to in silico application of 

189 

multiplex PCR serotyping (43) it is of serotype 1B. A reference strain of 

H. filiformis

 (CCUG 39501T) was 

190 

purchased from Culture collection University of Gothenburg and cultured anaerobically according to a 

191 

protocol from the supplier. A reference strain of 

E. anatis

 (DZM 111258) was purchased from Leibniz

192 

Institut DSMZ and cultured at microaerophilic conditions according to a protocol from DSMZ. The 

193 

H. filiformis

 and 

E. anatis

 antigens were subsequently prepared according to the same protocol described 

194 

for the ER antigen (40). The protein concentrations of all antigens were determined by Bradford protein 

195 

assay and for coating a final concentration of 5 ug/ml was used for all antigens.  

196 

 

197 

9. Results 

198 

 

199 

All chicken intestinal samples as well as all environmental samples were negative for 

Erysipelothrix

 

200 

rhusiopathiae

E

tonsillarum

 and 

E

piscisicarius

 by real-time PCR, and no positive reactions in the SYBR 

201 

Prepr

int

acmi.0.000736.v1-html.html
background image

 

Green assay indicated the presence of closely related species. As expected from the heterogenous sample 

202 

material, 16S rRNA sequencing produced variable read counts from the different categories. The chicken 

203 

intestinal tract sampling resulted in a total of 38,405 - 171,517 high-quality sequences from each animal 

204 

combining the three pre-treatment protocols. The two poultry red mite samples yielded low sequence 

205 

counts of 7,807 and 8,923. In contrast, more sequence data were retrieved from all environmental sample 

206 

categories with read counts ranging from 109,283 to 414,161 per sample. A single sample from a manure 

207 

conveyor belt (#89, TSB treatment) failed to produce any sequence data. As expected, either of the two 

208 

enrichment protocols improved overall sequence recovery across all sample categories with the exception 

209 

of the poultry red mite samples. QIIME2 analysis revealed the presence of several 

Erysipelotrichales 

210 

genera

 

in both environmental samples and chicken intestinal samples including 

Massiliomicrobiota

211 

Erysipelatoclostridium

Turicibacter

Merdibacter

Faecalitalea

 and 

Dielma

. The environmental samples 

212 

additionally contained representatives of 

Longicatena

the „

Clostridium

‟ 

innocuum

 group, 

Holdemania

 

213 

and 

Erysipelothrix 

(Table 1, Supp. Fig. 1). The sequences consistent with the genus 

Erysipelothrix

 were 

214 

found in a single shoe sample, four chicken cage samples and ten samples from manure conveyor belts. 

215 

The selective SACV enrichment was the most successful in producing 

Erysipelothrix

-positive samples (14 

216 

samples), followed by PBS (7 samples) and TSB (1 sample). The fraction of observed sequences consistent 

217 

with the 

Erysipelothrix

 

genus was ≤ 1% of the total sequence count for all these samples.

 

218 

 

219 

Consistent with real-time PCR results, no 16S sequences indicated the presence of the more well-known 

220 

Erysipelothrix

 species (Supp. Fig. 1). However, BLAST searches against the nr sequence database revealed 

221 

close matches. 

Erysipelothrix

 sequence #2 in the present study is highly similar (99.6%) to the 16S 

222 

sequences of the two recently proposed novel species 

E. anatis

 sp. nov., and 

E. aquatica

 sp. nov. (11). 

223 

These species are closely related and cannot be differentiated by their 16S sequences (11). Matches in 

224 

GenBank to this genotype included isolates from pigs, geese, ducks and a turtle as well as two species of 

225 

beetle and a leech. No other putative 

Erysipelothrix

 sequences found in the present study matched any 

226 

bacterial isolate in the database. However, sequence #1 closely (99%) matches uncultured bacteria in swine 

227 

waste (GenBank GQ138120.1), and sequences #3 and #7 have a high similarity (99%) to uncultured 

228 

bacteria in a leafhopper (KC864783.1) and a manure sample (KP745023.1). For the remaining 

229 

Erysipelothrix

 sequences, no relevant matches (>97%) were found.  

230 

 

231 

The genomes of 

E. anatis

 sp. nov., and 

E. aquatica

 sp. nov. were investigated for the presence of sequences 

232 

similar to those encoding putative immunogenic proteins in ER. For both genomes, GAPDH was present 

233 

and similar to ER (100% coverage, 87% similarity in both). Genes similar to ER 

Atsp

 (92-98% coverage, 

234 

73-74% similarity) and to a lesser degree 

dap2

 (51-53%, 69-71%) were also found in both genomes, 

235 

whereas no close matches to the genes 

spaA, rspA, CbpB, Plp, Neu, Bga, Bml, CwpA

, or 

CwpB

 were found. 

236 

 

237 

Serological analysis of IgY antibodies to ER, 

E. anatis

 and 

H. filiformis

 was performed on samples from 

238 

SPF-reared chickens as well as from chickens reared at the AU research facilities (Figure 1). For 

239 

unvaccinated SPF-chickens reared under high biosecurity low levels of IgY that recognised either 

240 

bacterium were detected. However, the SPF-chickens that had received a dose of a commercial vaccine 

241 

against erysipelas showed high IgY titers to ER, >10-fold higher than those of the unvaccinated SPF-

242 

chickens. For the vaccinated SPF-chickens a trend of slightly higher titers to 

E. anatis

 compared to those of 

243 

unvaccinated SPF-chickens was observed while titers to 

H. filiformis

 were low. For the conventionally 

244 

reared chickens from the AU research facilities variation between individuals in the levels of IgY titers to all 

245 

three bacteria was observed. In general, the conventionally reared chickens showed higher titers compared 

246 

to the unvaccinated SPF-chickens and some individuals showed titers at comparable levels to those 

247 

observed to ER for some of the vaccinated SPF-chickens. However, unlike the vaccinated SPF-chickens, for 

248 

all conventionally reared chickens except #2429 the titer levels to all three bacteria within chicken were 

249 

similar. Chicken #2429 on the other hand showed a clear bias with the highest titer to ER and low titers to 

250 

the other two bacteria. 

251 

 

252 

Prepr

int

acmi.0.000736.v1-html.html
background image

Prepr

int

acmi.0.000736.v1-html.html
background image

 

We have previously noted that chickens housed at the AU research facility have high serum titers of IgY 

267 

that recognise ER, even though the facility has never experienced any outbreak of clinical erysipelas in 

268 

chickens (unpublished observation). Given our recent observations of the occurrence of ER clade 1 in pigs 

269 

and wild boars without clinical signs of disease (29) and the increasing number of novel related species 

270 

discovered in a broad range of animal species in recent years (7, 9-11), our hypothesis was that the presence 

271 

of low-virulence 

Erysipelothrix

 sp. strains could explain the seropositive status of the chickens. Identifying 

272 

such strains would be of interest both for better understanding ER evolution and pathogenesis as well as 

273 

for improving management practices e.g., vaccination programs. Additionally, the authors have conducted 

274 

several experimental ER infection studies in recent years and found that even when using a strain 

275 

recovered from a severe outbreak in a production flock, infection under experimental conditions can be 

276 

associated with limited or no clinical signs (40, 44). As an alternative hypothesis, virulent ER could thus be 

277 

present at AU but not cause overt disease in the chickens due to host protective factors e.g., a robust health 

278 

status and low levels of stress. To discover ER shed only intermittently or by a small number of animals we 

279 

therefore performed extensive environmental sampling of the facility but could not detect ER DNA in any 

280 

of the samples with real-time PCR or with 16S rRNA sequencing. The presence of ER among the animals 

281 

therefore seems a more unlikely explanation, although the bacteria could of course have been present at an 

282 

earlier date and cleared from the environment when sampled. 

283 

 

284 

To detect 

Erysipelothrix

 spp. other than ER we used amplicon-based high-throughput 16S rRNA 

285 

sequencing, amplifying a 460 bp fragment of the V3-V4 region with primers targeting conserved regions 

286 

(33). While unbiased, this approach produces only partial 16S sequences and can therefore not reliably 

287 

identify bacteria to species level; previous studies have also found that even complete 16S sequences do not 

288 

always provide good resolution between closely related 

Erysipelothrix

 species (8). Nonetheless, we note 

289 

that multiple species of 

Erysipelothrix

 appear to be present in environmental samples from the facility and 

290 

in particular in chicken cages and on the chicken manure conveyor belts. A near-perfect match was for 

291 

instance observed to 

E. anatis

 which has been observed in ducks (11), and there were several sequences 

292 

matching other undescribed and non-cultured bacteria related to the known species of 

Erysipelothrix

293 

These observations are consistent with transient or sporadic infection of the chickens with multiple species 

294 

of presumably low-virulence 

Erysipelothrix

, or possibly introduction to the cages via bedding material, 

295 

feed, or arthropods. The highest number of samples positive for 

Erysipelothrix

 spp. were achieved with 

296 

SACV broth, which is a long-standing standard protocol for enrichment of ER (45). A tryptic soy variant of 

297 

SACV broth has also been found the most efficient pre-enrichment for detection of ER by PCR in seafood 

298 

samples (46) This suggests that SACV can be useful in future efforts to isolate and further characterize 

299 

some of the putative species of 

Erysipelothrix

 observed by us and in other studies. However, even with 

300 

SACV the read counts were low representing a minute fraction of the bacteria in the enrichment broth, and 

301 

isolation would likely have been challenging.   

302 

 

303 

To assess potential antibody cross reactivity of chicken IgY between ER and other 

Erysipelothrix

 species 

304 

consistent with the observations made in the 16S rRNA analysis, we performed quantification of IgY to ER, 

305 

E. anatis

 and 

H. filiformis

 in sera from chickens raised at the AU facility and from SPF-chickens raised 

306 

under high biosecurity. 

E. anatis

 was chosen as a representative of 

Erysipelothrix

 species that were 

307 

indicated at the AU facility. 

H. filiformis

 is the type species of 

Holdemania

 that were also present at the AU 

308 

facility. 

Holdemania

 is one of the genetically closest genera to 

Erysipelothrix

 (1) and contains the 

309 

uncommon type B cell wall murein in common with 

Erysipelothrix

 (47). Results showed that chickens 

310 

raised under high biosecurity had low titers to these three bacteria and under such circumstances 

311 

vaccination with inactivated ER induced a clear IgY response with a very strong bias towards ER. IgY from 

312 

ER vaccinated SPF-chickens showed a low but noticeable tendency to cross-react with 

E. anatis

, which is 

313 

in accordance with the bioinformatic analysis that showed that 

E. anatis

 shared some immunogenic 

314 

proteins with ER but lacked for instance 

spaA

 that is considered a major immunogen in ER (48). Results 

315 

from the conventionally reared chickens were however more difficult to interpret. With one exception these 

316 

chickens showed titers of similar levels to all three bacteria. Several explanations to this observation are 

317 

Prepr

int

acmi.0.000736.v1-html.html
background image

 

possible, e.g., that infection/colonisation with live bacteria might induce more cross-reactive antibodies 

318 

compared to vaccination with inactivated bacteria. It is also possible that natural, more polyreactive, 

319 

antibodies (49) may be more common in the conventionally reared chickens. Further research is thus 

320 

needed to understand the origin of the sometimes high titers of IgY recognising ER in conventionally 

321 

reared chickens. 

322 

 

323 

12. Author statements 

324 

12.1 Author contributions 

325 

Conceptualization and funding: EW, RS and HE. Investigation: EW, TSD and RS. Methodology and formal 

326 

analysis: RS, EW and TSD. Data curation, visualization, writing 

 original draft and project management: 

327 

RS and EW. Writing 

 review and editing: all authors.  

328 

 

329 

12.2 Conflicts of interest 

330 

The authors declare there are no conflicts of interest. 

331 

 

332 

12.3 Funding information 

333 

This study received financial support from the Albert Hjärre Fund, the Swedish Research Council Formas 

334 

(grant numbers 942-2015-766 and 2019-01270) and the EryPoP-project financed by Animal Health 

335 

and Welfare ERA-Net (ANIHWA) under the European Union Seventh Framework Network (ID number 

336 

119, in Sweden grant number 221-2015-189). The funders had no role in study design, data collection and 

337 

interpretation, or the decision to submit the work for publication. 

338 

 

339 

12.4 Ethical approval 

340 

Animals were housed at AU under protocols approved by the Danish Animal Experiments Inspectorate and 

341 

complied with the Danish Ministry of Justice Law number 382 (10th June 1987) and Acts 739 

342 

(6thDecember 1988) and 333 (19th May 1990) concerning animal experimentation and care of 

343 

experimental animals, following the described ethical guidelines. Licence number 2017-15-0201-01211.  

344 

SPF-chickens were housed at the animal facilities at SVA, approved for experimental animals by the 

345 

Swedish Board of Agriculture, and vaccination and blood sampling were approved by the Uppsala regional 

346 

Ethical Committee for Animal Experiments, permit no. C46/16, according to Swedish legislation and 

347 

directives (SJVFS 2019:9 L 150) based on European Union legislation directive 2010/63/EU.  

348 

 

349 

12.6 Acknowledgements 

350 

The authors wish to thank Dr Harri Ahola, Karin Ullman, Tomas Jinnerot and Lene Rosborg Dal for expert 

351 

technical assistance and the staff at the animal facilities at AU and at SVA for excellent animal care.  

352 

 

353 

References 

354 

1. 

Verbarg S, Göker M, Scheuner C, Schumann P, Stackebrandt E. The Families Erysipelotrichaceae 

355 

emend., Coprobacillaceae fam. nov., and Turicibacteraceae fam. nov. In: Rosenberg E, DeLong EF, Lory S, 

356 

Stackebrandt E, Thompson F, editors. The Prokaryotes: Firmicutes and Tenericutes. Berlin, Heidelberg: 

357 

Springer Berlin Heidelberg; 2014. p. 79-105. 

358 

2. 

Wang Q, Chang BJ, Riley TV. Erysipelothrix rhusiopathiae. Veterinary microbiology. 2010;140(3-

359 

4):405-17. 

360 

3. 

Takahashi T, Fujisawa T, Benno Y, Tamura Y, Sawada T, Suzuki S, et al. Erysipelothrix 

361 

tonsillarum sp. nov. Isolated from Tonsils of Apparently Healthy Pigs. International Journal of Systematic and 

362 

Evolutionary Microbiology. 1987;37(2):166-8. 

363 

4. 

Harada K, Muramatsu M, Suzuki S, Tamura Y, Sawada T, Takahashi T. Evaluation on the 

364 

pathogenicity of Erysipelothrix tonsillarum for pigs by immunosuppression with cyclophosphamide or 

365 

dexamethasone. Res Vet Sci. 2011;90(1):20-2. 

366 

5. 

Takahashi T, Takagi M, Yamaoka R, Ohishi K, Norimatsu M, Tamura Y, et al. Comparison of the 

367 

pathogenicity for chickens of Erysipelothrix rhusiopathiae and Erysipelothrix tonsillarum. Avian Pathol. 

368 

1994;23(2):237-45. 

369 

6. 

Takahashi T, Tamura Y, Yoshimura H, Nagamine N, Kijima M, Nakamura M, et al. Erysipelothrix 

370 

tonsillarum isolated from dogs with endocarditis in Belgium. Res Vet Sci. 1993;54(2):264-5. 

371 

Prepr

int

acmi.0.000736.v1-html.html
background image

 

7. 

Pomaranski EK, Griffin MJ, Camus AC, Armwood AR, Shelley J, Waldbieser GC, et al. 

372 

Description of Erysipelothrix piscisicarius sp. nov., an emergent fish pathogen, and assessment of virulence 

373 

using a tiger barb (Puntigrus tetrazona) infection model. Int J Syst Evol Microbiol. 2020;70(2):857-67. 

374 

8. 

Grazziotin AL, Vidal NM, Hoepers PG, Reis TFM, Mesa D, Caron LF, et al. Comparative genomics 

375 

of a novel clade shed light on the evolution of the genus Erysipelothrix and characterise an emerging species. 

376 

Scientific Reports. 2021;11(1):3383. 

377 

9. 

Verbarg S, Rheims H, Emus S, Frühling A, Kroppenstedt RM, Stackebrandt E, et al. 

378 

Erysipelothrix inopinata sp. nov., isolated in the course of sterile filtration of vegetable peptone broth, and 

379 

description of Erysipelotrichaceae fam. nov. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 

380 

2004;54(1):221-5. 

381 

10. 

Bang B-H, Rhee M-S, Chang D-H, Park D-S, Kim B-C. Erysipelothrix larvae sp. nov., isolated 

382 

from the larval gut of the rhinoceros beetle, Trypoxylus dichotomus (Coleoptera: Scarabaeidae). Antonie van 

383 

Leeuwenhoek. 2015;107(2):443-51. 

384 

11. 

Eisenberg T, Muhldorfer K, Erhard M, Fawzy A, Kehm S, Ewers C, et al. Erysipelothrix anatis sp. 

385 

nov., Erysipelothrix aquatica sp. nov. and Erysipelothrix urinaevulpis sp. nov., three novel species of the genus, 

386 

and emended description of Erysipelothrix. Int J Syst Evol Microbiol. 2022;72(7). 

387 

12. 

Chirico J, Eriksson H, Fossum O, Jansson D. The poultry red mite, Dermanyssus gallinae, a 

388 

potential vector of Erysipelothrix rhusiopathiae causing erysipelas in hens. Med Vet Entomol. 2003;17(2):232-4. 

389 

13. 

Mazaheri A, Lierz M, Hafez HM. Investigations on the Pathogenicity of <span class="genus-

390 

species">Erysipelothrix rhusiopathiae</span> in Laying Hens. Avian Diseases. 2005;49(4):574-6, 3. 

391 

14. 

Kaufmann-Bart M, Hoop RK. Diseases in chicks and laying hens during the first 12 years after 

392 

battery cages were banned in Switzerland. Veterinary Record. 2009;164(7):203-7. 

393 

15. 

Eriksson H, Nyman A-K, Fellström C, Wallgren P. Erysipelas in laying hens is associated with 

394 

housing system. Veterinary Record. 2013;173(1):18-. 

395 

16. 

Fossum O, Jansson DS, Etterlin PE, Vågsholm I. Causes of mortality in laying hens in different 

396 

housing systems in 2001 to 2004. Acta veterinaria Scandinavica. 2009;51(1):3. 

397 

17. 

Stokholm NM, Permin A, Bisgaard M, Christensen JP. Causes of Mortality in Commercial 

398 

Organic Layers in Denmark. Avian Diseases. 2010;54(4):1241-50, 10. 

399 

18. 

Eriksson H, Bagge E, Båverud V, Fellström C, Jansson DS. Erysipelothrix rhusiopathiae 

400 

contamination in the poultry house environment during erysipelas outbreaks in organic laying hen flocks. Avian 

401 

Pathology. 2014;43(3):231-7. 

402 

19. 

Schmitt F, Schade B, Böhm B, Shimoji Y, Pfahler C. Erysipelas in a free-range layer flock with 

403 

conjunctival oedema as an unusual clinical sign. Berl Munch Tierarztl Wochenschr. 2014;127(5-6):183-7. 

404 

20. 

Crespo R, Bland M, Opriessnig T. Use of Commercial Swine Live Attenuated Vaccine to Control 

405 

an <i>Erysipelothrix rhusiopathiae</i> Outbreak in Commercial Cage-Free Layer Chickens. Avian Diseases. 

406 

2019;63(3):520-4, 5. 

407 

21. 

Bisgaard M, Olsen P. Erysipelas in egg-laying chickens: clinical, pathological and bacteriological 

408 

investigations. Avian Pathol. 1975;4(1):59-71. 

409 

22. 

Takahashi T, Takagi M, Yamamoto K, Nakamura M. A serological survey on erysipelas in 

410 

chickens by growth agglutination test. J Vet Med B Infect Dis Vet Public Health. 2000;47(10):797-9. 

411 

23. 

Kurian A, Neumann EJ, Hall WF, Marks D. Serological survey of exposure to Erysipelothrix 

412 

rhusiopathiae in poultry in New Zealand. N Z Vet J. 2012;60(2):106-9. 

413 

24. 

Wattrang E, Eriksson H, Albihn A, Dalgaard TS. Quantification of IgY to Erysipelothrix 

414 

rhusiopathiae in serum from Swedish laying hens. BMC veterinary research. 2021;17(1):111. 

415 

25. 

Van Damme LR, Devriese LA. The Presence of Erysipelothrix rhusiopathiae in the Tonsils of 

416 

Swine and in the Larynx of Chidtens in Rwanda (Central Africa. Zentralblatt für Veterinärmedizin Reihe B. 

417 

1976;23(1):74-8. 

418 

26. 

Nakazawa H, Hayashidani H, Higashi J, Kaneko K, Takahashi T, Ogawa M. Occurrence of 

419 

Erysipelothrix spp. in chicken meat parts from a processing plant. Journal of food protection. 1998;61(9):1207-

420 

9. 

421 

27. 

Nakazawa H, Hayashidani H, Higashi J, Kaneko K, Takahashi T, Ogawa M. Occurrence of 

422 

Erysipelothrix spp. in broiler chickens at an abattoir. Journal of food protection. 1998;61(7):907-9. 

423 

28. 

Forde T, Biek R, Zadoks R, Workentine ML, De Buck J, Kutz S, et al. Genomic analysis of the 

424 

multi-host pathogen Erysipelothrix rhusiopathiae reveals extensive recombination as well as the existence of 

425 

three generalist clades with wide geographic distribution. BMC genomics. 2016;17:461. 

426 

29. 

Söderlund R, Formenti N, Caló S, Chiari M, Zoric M, Alborali GL, et al. Comparative genome 

427 

analysis of Erysipelothrix rhusiopathiae isolated from domestic pigs and wild boars suggests host adaptation 

428 

and selective pressure from the use of antibiotics. Microbial Genomics. 2020;6(8). 

429 

30. 

Wood RL. Survival of Erysipelothrix rhusiopathiae in soil under various environmental 

430 

conditions. Cornell Vet. 1973;63(3):390-410. 

431 

31. 

Opriessnig T, Coutinho TA. Erysipelas.  Diseases of Swine2019. p. 835-43. 

432 

32. 

Pal N, Bender JS, Opriessnig T. Rapid detection and differentiation of Erysipelothrix spp. by a 

433 

novel multiplex real-time PCR assay. Journal of applied microbiology. 2010;108(3):1083-93. 

434 

33. 

Illumina. 16S Metagenomic Sequencing Library Preparation. Rev. B2013. 

435 

Prepr

int

acmi.0.000736.v1-html.html
background image

10 

 

34. 

Bolyen E, Rideout JR, Dillon MR, Bokulich NA, Abnet CC, Al-Ghalith GA, et al. Reproducible, 

436 

interactive, scalable and extensible microbiome data science using QIIME 2. Nat Biotechnol. 2019;37(8):852-7. 

437 

35. 

Weber N, Liou D, Dommer J, MacMenamin P, Quinones M, Misner I, et al. Nephele: a cloud 

438 

platform for simplified, standardized and reproducible microbiome data analysis. Bioinformatics. 

439 

2018;34(8):1411-3. 

440 

36. 

McMurdie PJ, Holmes S. phyloseq: an R package for reproducible interactive analysis and 

441 

graphics of microbiome census data. PloS one. 2013;8(4):e61217. 

442 

37. 

Anonymous. Effects of Index Misassignment on Multiplexing and Downstream Analysis2017. 

443 

38. 

Kumar S, Stecher G, Li M, Knyaz C, Tamura K. MEGA X: Molecular Evolutionary Genetics 

444 

Analysis across Computing Platforms. Molecular biology and evolution. 2018;35(6):1547-9. 

445 

39. 

Camacho C, Coulouris G, Avagyan V, Ma N, Papadopoulos J, Bealer K, et al. BLAST+: 

446 

architecture and applications. BMC bioinformatics. 2009;10:421. 

447 

40. 

Wattrang E, Eriksson H, Jinnerot T, Persson M, Bagge E, Söderlund R, et al. Immune responses 

448 

upon experimental Erysipelothrix rhusiopathiae infection of naïve and vaccinated chickens. Veterinary research. 

449 

2020;51(1):114. 

450 

41. 

Laursen SB, Hedemand JE, Nielsen, Thiel OE, Koch C, Jensenius JC. Serum levels, ontogeny and 

451 

heritability of chicken mannan-binding lectin (MBL). Immunology. 1998;94(4):587-93. 

452 

42. 

Juul-Madsen HR, Munch M, Handberg KJ, Sorensen P, Johnson AA, Norup LR, et al. Serum 

453 

levels of mannan-binding lectin in chickens prior to and during experimental infection with avian infectious 

454 

bronchitis virus. Poultry Science. 2003;82(2):235-41. 

455 

43. 

Shimoji Y, Shiraiwa K, Tominaga H, Nishikawa S, Eguchi M, Hikono H, et al. Development of a 

456 

Multiplex PCR-Based Assay for Rapid Serotyping of Erysipelothrix Species. Journal of clinical microbiology. 

457 

2020;58(6). 

458 

44. 

Wattrang E, Jaderblom V, Jinnerot T, Eriksson H, Bagge E, Persson M, et al. Detection and 

459 

quantification of Erysipelothrix rhusiopathiae in blood from infected chickens - addressing challenges with 

460 

detection of DNA from infectious agents in host species with nucleated red blood cells. Journal of medical 

461 

microbiology. 2019;68(7):1003-11. 

462 

45. 

Packer RA. The Use of Sodium Azide (NaN(3)) and Crystal Violet in a Selective Medium for 

463 

Streptococci and Erysipelothrix rhusiopathiae. Journal of bacteriology. 1943;46(4):343-9. 

464 

46. 

Fidalgo SG, Wang Q, Riley TV. Comparison of methods for detection of Erysipelothrix spp. and 

465 

their distribution in some Australasian seafoods. Applied and environmental microbiology. 2000;66(5):2066-

466 

70. 

467 

47. 

Willems A, Moore WEC, Weiss N, Collins MD. Phenotypic and Phylogenetic Characterization of 

468 

Some Eubacterium-Like Isolates Containing a Novel Type B Wall Murein from Human Feces: Description of 

469 

Holdemania filiformis gen. nov., sp. nov. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 

470 

1997;47(4):1201-4. 

471 

48. 

Imada Y, Mori Y, Daizoh M, Kudoh K, Sakano T. Enzyme-linked immunosorbent assay 

472 

employing a recombinant antigen for detection of protective antibody against swine erysipelas. Journal of 

473 

clinical microbiology. 2003;41(11):5015-21. 

474 

49. 

Reyneveld GI, Savelkoul HFJ, Parmentier HK. Current Understanding of Natural Antibodies and 

475 

Exploring the Possibilities of Modulation Using Veterinary Models. A Review. Front Immunol. 2020;11:2139. 

476 

 

477 

Prepr

int

acmi.0.000736.v1-html.html
background image

11 

 

 

478 

Supplementary Figure 1.

 Partial 16S rRNA sequences of putative 

Erysipelotrichaceae

 observed in 

479 

chicken intestinal samples (red) and environmental samples (green) in the present study with selected 

480 

reference sequences (no colour highlight), compared with the Neighbor-Joining algorithm. 

481 

Prepr

int