The nucleotide sequence determination of the genome of the Beaudette strain of the coronavirus avian infectious bronchitis virus (IBV) has been completed. The complete sequence has been obtained from 17 overlapping cDNA clones, the 5'-most of which contains the leader sequence (as determined by direct sequencing of the genome) and the 3'-most of which contains the poly(A) tail. Approximately 8 kilobases at the 3' end of this sequence have already been published. These contain the sequences of mRNAs A to E within which are the genes for the spike, the membrane and the nucleocapsid polypeptides: the main structural components of the virion. The remainder of the sequence, equivalent to the 'unique' region of mRNA F, is some 20 kilobases in length and is thought to code for a polymerase or polymerases which are involved in the replication of the genome and the production of the subgenomic messenger RNAs. This sequence contains two large open reading frames, potentially coding for polypeptides of molecular weights 441,000 and 300,000. Unlike other large open reading frames in the virus, the 300,000 open reading frame appears to have no subgenomic RNA associated with it which would allow it to be at the 5' end of an mRNA species. Because of this, and because of the characteristics of the sequence in the region immediately upstream of its start codon, other mechanisms of translation, such as ribosome slippage, must be postulated.

Abstract Coccidiosis, caused by Eimeria species parasites, has long been recognised as an economically significant disease of chickens. As the global chicken population continues to grow, and its contribution to food security intensifies, it is increasingly important to assess the impact of diseases that compromise chicken productivity and welfare. In 1999, Williams published one of the most comprehensive estimates for the cost of coccidiosis in chickens, featuring a compartmentalised model for the costs of prophylaxis, treatment and losses, indicating a total cost in excess of £38 million in the United Kingdom (UK) in 1995. In the 25 years since this analysis the global chicken population has doubled and systems of chicken meat and egg production have advanced through improved nutrition, husbandry and selective breeding of chickens, and wider use of anticoccidial vaccines. Using data from industry representatives including veterinarians, farmers, production and health experts, we have updated the Williams model and estimate that coccidiosis in chickens cost the UK £99.2 million in 2016 (range £73.0–£125.5 million). Applying the model to data from Brazil, Egypt, Guatemala, India, New Zealand, Nigeria and the United States resulted in estimates that, when extrapolated by geographical region, indicate a global cost of ~ £10.4 billion at 2016 prices (£7.7–£13.0 billion), equivalent to £0.16/chicken produced. Understanding the economic costs of livestock diseases can be advantageous, providing baselines to evaluate the impact of different husbandry systems and interventions. The updated cost of coccidiosis in chickens will inform debates on the value of chemoprophylaxis and development of novel anticoccidial vaccines.

Global production of chickens has trebled in the past two decades and they are now the most important source of dietary animal protein worldwide. Chickens are subject to many infectious diseases that reduce their performance and productivity. Coccidiosis, caused by apicomplexan protozoa of the genus Eimeria , is one of the most important poultry diseases. Understanding the biology of Eimeria parasites underpins development of new drugs and vaccines needed to improve global food security. We have produced annotated genome sequences of all seven species of Eimeria that infect domestic chickens, which reveal the full extent of previously described repeat-rich and repeat-poor regions and show that these parasites possess the most repeat-rich proteomes ever described. Furthermore, while no other apicomplexan has been found to possess retrotransposons, Eimeria is home to a family of chromoviruses. Analysis of Eimeria genes involved in basic biology and host-parasite interaction highlights adaptations to a relatively simple developmental life cycle and a complex array of co-expressed surface proteins involved in host cell binding.

Abstract The apical complex of apicomplexan parasites is essential for host cell invasion and intracellular survival and as the site of regulated exocytosis from specialised secretory organelles called rhoptries and micronemes. Despite its importance, there is little data on the three-dimensional organisation and quantification of these organelles within the apical complex or how they are trafficked to this specialised region of plasma membrane for exocytosis. In coccidian apicomplexans there is an additional tubulin-containing hollow barrel structure, the conoid, which provides a structural gateway for this specialised secretion. Using a combination of cellular electron tomography and serial block face-scanning electron microscopy (SBF-SEM) we have reconstructed the entire apical end of Eimeria tenella sporozoites. We discovered that conoid fibre number varied, but there was a fixed spacing between fibres, leading to conoids of different sizes. Associated apical structures varied in size to accommodate a larger or smaller conoid diameter. However, the number of subpellicular microtubules on the apical polar ring surrounding the conoid did not vary, suggesting a control of apical complex size. We quantified the number and location of rhoptries and micronemes within cells and show a highly organised gateway for trafficking and docking of rhoptries, micronemes and vesicles within the conoid around a set of intra-conoidal microtubules. Finally, we provide ultrastructural evidence for fusion of rhoptries directly through the parasite plasma membrane early in infection and the presence of a pore in the parasitophorous vacuole membrane, providing a structural explanation for how rhoptry proteins (ROPs) may be trafficked between the parasite and the host cytoplasm. Significance Apicomplexan parasites cause a wide range of human and animal diseases. The apical complex is essential for motility, host cell invasion and intracellular survival within a specialised vacuole called the parasitophorous vacuole. We know that molecules important for all of these processes are secreted from the apical complex via a set of secretory organelles and there is even evidence that some parasite molecules can enter the host cell from the parasitohorous vacuole, but there is little understanding of exactly how this occurs. Here we have used three dimensional electron microscopy to reconstruct the entire apical end of the parasite and whole individual parasites. Our results provide important insights into the structural organisation and mechanisms for delivery of parasite molecules via this important area of the cell.

ABSTRACT Coccidiosis, caused by Eimeria parasites, poses significant economic and welfare challenges in poultry farming. Beyond its direct impact on health, Eimeria infection disrupts enteric microbial populations leading to dysbiosis and increases vulnerability to secondary diseases such as necrotic enteritis, caused by Clostridium perfringens . The impact of Eimeria infection or anticoccidial vaccination on host gastrointestinal phenotypes and enteric microbiota remains understudied. In this study, the metabolomic profiles and microbiota composition of chicken caecal tissue and contents were evaluated concurrently during a controlled experimental vaccination and challenge trial. Cobb500 broilers were vaccinated with a Saccharomyces cerevisiae -vectored anticoccidial vaccine and challenged with 15,000 Eimeria tenella oocysts. Assessment of caecal pathology and quantification of parasite load revealed correlations with alterations to caecal microbiota and host metabolome linked to infection and vaccination status. Infection heightened microbiota richness with increases in potentially pathogenic species, while vaccination elevated beneficial Bifidobacterium . Using a multi-omics factor analysis (MOFA) machine learning model, data on caecal microbiota and host metabolome were integrated and distinct profiles for healthy, infected, and recovering chickens were identified. Healthy and recovering chickens exhibited higher vitamin B metabolism linked to short-chain fatty acid-producing bacteria, whereas essential amino acid and cell membrane lipid metabolisms were prominent in infected and vaccinated chickens. Notably, vaccinated chickens showed distinct metabolites related to the enrichment of sphingolipids, important components of nerve cells and cell membranes. Our integrated multi-omics model revealed latent biomarkers indicative of vaccination and infection status, offering potential tools for diagnosing infection, monitoring vaccination efficacy, and guiding the development of novel treatments or controls.

Abstract Cheap, easy-to-produce oral vaccines are needed for control of coccidiosis in chickens to reduce the impact of this disease on welfare and economic performance. Saccharomyces cerevisiae yeast expressing three Eimeria tenella antigens were developed and delivered as heat-killed, freeze-dried whole yeast oral vaccines to chickens in four separate studies. After vaccination, E. tenella replication was reduced following low dose challenge (250 oocysts) in Hy-Line Brown layer chickens (p<0.01). Similarly, caecal lesion score was reduced in Hy-Line Brown layer chickens vaccinated using a mixture of S. cerevisiae expressing EtAMA1, EtIMP1 and EtMIC3 following pathogenic-level challenge (4,000 E. tenella oocysts; p<0.01). Mean body weight gain post-challenge with 15,000 E. tenella oocysts was significantly increased in vaccinated Cobb500 broiler chickens compared to mock-vaccinated controls (p<0.01). Thus, inactivated recombinant yeast vaccines offer cost-effective and scalable opportunities for control of coccidiosis, with relevance to broiler production and chickens reared in low-and middle-income countries (LMICs).

ABSTRACT Coccidiosis, caused by Eimeria parasites, significantly impacts poultry farm economics and animal welfare. Beyond its direct impact on health, Eimeria infection disrupts enteric microbial populations leading to dysbiosis and increases vulnerability to secondary diseases such as necrotic enteritis, caused by Clostridium perfringens . The impact of Eimeria infection or anticoccidial vaccination on host gastrointestinal phenotypes and enteric microbiota remains understudied. In this study, the metabolomic profiles and microbiota composition of chicken caecal tissue and contents were evaluated concurrently during a controlled experimental vaccination and challenge trial. Cobb500 broilers were vaccinated with a Saccharomyces cerevisiae -vectored anticoccidial vaccine and challenged with 15,000 Eimeria tenella oocysts. Assessment of caecal pathology and quantification of parasite load revealed correlations with alterations to caecal microbiota and caecal metabolome linked to infection and vaccination status. Infection heightened microbiota richness with increases in potentially pathogenic species, while vaccination elevated beneficial Bifidobacterium . Using a multi-omics factor analysis, data on caecal microbiota and metabolome were integrated and distinct profiles for healthy, infected, and recovering chickens were identified. Healthy and recovering chickens exhibited higher vitamin B metabolism linked to short-chain fatty acid-producing bacteria, whereas essential amino acid and cell membrane lipid metabolisms were prominent in infected and vaccinated chickens. Notably, vaccinated chickens showed distinct metabolites related to the enrichment of sphingolipids, important components of nerve cells and cell membranes. Our integrated multi-omics model revealed latent biomarkers indicative of vaccination and infection status, offering potential tools for diagnosing infection, monitoring vaccination efficacy, and guiding the development of novel treatments or controls. IMPORTANCE Advances in anticoccidial vaccines have garnered significant attention in poultry health management. However, the intricacies of vaccine-induced alterations in the chicken gut microbiome and its subsequent impact on host metabolism remain inadequately explored. This study delves into the metabolic and microbiotic shifts in chickens post-vaccination, employing a multi-omics integration analysis. Our findings highlight a notable synergy between the microbiome composition and host-microbe interacted metabolic pathways in vaccinated chickens, differentiating them from infected or non-vaccinated cohorts. These insights pave the way for more targeted and efficient approaches in poultry disease control, enhancing both the efficacy of vaccines and the overall health of poultry populations.

Abstract The rapid intensification of poultry production raises important concerns about the associated risks of zoonotic infections. Here, we introduce EPINEST (EPI-demic NEtwork Simulation in poultry Transportation systems): an agent-based modelling designed to simulate pathogen transmission within realistic poultry production and distribution networks. The modular structure of the model allows for easy parameterization to suit specific countries and system configurations. Moreover, the framework enables the replication of a wide range of eco-epidemiological scenarios by incorporating diverse pathogen life-history traits, modes of transmission and interactions between multiple strains and/or pathogens. EPINEST was developed in the context of an interdisciplinary multicentre study conducted in Bangladesh, India, Vietnam and Sri Lanka, and will facilitate the investigation of the spreading patterns of various health hazards such as avian influenza, Campylobacter, Salmonella and antimicrobial resistance in these countries. Furthermore, this modelling framework holds potential for broader application in veterinary epidemiology and One Health research, extending its relevance beyond poultry to encompass other livestock species and disease systems.

Eimeria maxima is a common cause of coccidiosis in chickens, a disease which has a huge economic impact on poultry production. Knowledge of immunity to E. maxima and the specific mechanisms that contribute to differing levels of resistance observed between chicken breeds and between congenic lines derived from a single breed of chickens is required. This study aimed to define differences in the kinetics of the immune response of two inbred lines of White Leghorn chickens that exhibit differential resistance (line C.B12) or susceptibility (line 15I) to infection by E. maxima . Line C.B12 and 15I chickens were infected with E. maxima and transcriptome analysis of infected jejunal tissue was carried out at 2, 4, 6 and 8 days post-infection (dpi). RNA-Seq analysis revealed differences in the rapidity and magnitude of cytokine transcription responses post-infection between the two lines. In particular, IFN-γ and IL-10 transcripts in the jejunum accumulated earlier in line C.B12 (at 4 dpi) compared to line 15I (at 6 dpi). Line C.B12 chickens exhibited increases of IFNG and IL10 mRNA in the jejunum at 4 dpi, whereas in line 15I transcription was delayed but increased to a greater extent. RT-qPCR and ELISAs confirmed the results of the transcriptomic study. Higher serum IL-10 correlated strongly with higher E. maxima replication in line 15I compared to line C.B12 chickens. Overall, the findings suggest early induction of the IFN-γ and IL-10 responses, as well as immune-related genes at 4 dpi identified by RNA-Seq, may be key to resistance to E. maxima .