Infectious bovine keratoconjunctivitis (IBK) is the main ocular disease of cattle. Highly contagious, it is responsible for significant economic losses of livestock worldwide. Moraxella bovis is recognized as the primary agent of the disease in cattle. However, the occurrence of other similar species, including M. ovis and M. bovoculi, recently described, have been common in outbreaks of the disease and are suspected to be causally related to the limited success of preventive measures, especially the use of bacterins containing only strains of M. bovis. This dissertation describes the antigenic characterization of M. bovis, M. bovoculi and M. ovis strains and a commercial vaccine by cross-reactivity using flow cytometry analysis and identification of immunodominant conserved antigens by Western blotting. Antisera against strains of the three species were obtained from immunization of New Zealand rabbits and challenged before a panel of strains isolated from cattle and sheep clinically affected by the disease between 1983 and 2013 as well as reference strains of each species. Field strains of M. bovoculi (Mbv2 and Mbv3) recognized satisfactorily all heterologous strains. However, Mbv3 (M. bovoculi), Mov2 (M. ovis) and Mov3 (M. ovis) strains stood out as the most intense recognition strains of their respective species and suggest that species-specific antigens play an important role in the host immune response. The association of reactivity percentage with the antigenic profiles, evidenced by Western blotting analysis, indicates that the immune response induced by Moraxella spp. appears to be mediated by multiple surface antigens of which many are shared between the three species. Among 32 different proteins identified, 22 (68.7%) were recognized by at least one antiserum in the protein extracts of all strains analyzed by Western blotting. Our study suggests (1) the selection and combination of M. bovis, M. bovoculi and M. ovis strains to be used in the composition of antigenic unit vaccines as IBK control strategy and (2) the use of flow cytometry as the most appropriate methodology for this selection. / Ceratoconjuntivite infecciosa bovina (CIB) é a principal doença ocular de bovinos. Altamente contagiosa, é responsável por significativas perdas econômicas para a pecuária no mundo inteiro. Moraxella bovis é, reconhecidamente, o agente primário da enfermidade em bovinos. Contudo, a ocorrência de outras espécies do gênero, incluindo M. ovis e M. bovoculi, recentemente descrita, têm sido comuns em surtos da doença e são suspeitas de serem causalmente associadas ao sucesso limitado de medidas preventivas, sobretudo do uso de bacterinas contendo apenas cepas de M. bovis. Esta dissertação descreve a caracterização antigênica de cepas de M. bovis, M. bovoculi e M. ovis e de uma vacina comercial através da análise de reatividade cruzada por citometria de fluxo e da identificação de antígenos imunodominantes e conservados através de Western blotting. Antissoros contra cepas das três espécies foram obtidos a partir da imunização de coelhos Nova Zelândia e desafiados frente a um painel de cepas isoladas de bovinos e ovinos clinicamente acometidos pela doença entre 1983 e 2013 assim como cepas de referência de cada espécie. Cepas de campo de M. bovoculi (Mbv2 e Mbv3) reconheceram satisfatoriamente todas as cepas heterólogas. Contudo, as cepas Mbv3 (M. bovoculi), Mov2 (M. ovis) e Mov3 (M. ovis) destacaram-se pela maior intensidade de reconhecimento de cepas de suas respectivas espécies e sugerem que antígenos espécie-específicos desempenham importante papel na resposta imune do hospedeiro. A associação dos percentuais de reatividade aos perfis antigênicos evidenciados através da análise por western blotting indica que a resposta imune induzida por Moraxella spp. parece ser mediada por múltiplos antígenos de superfície dos quais, diversos são compartilhados entre as três espécies. Entre 32 diferentes proteínas detectadas, 22 (68,7%) foram reconhecidas por pelo menos um antissoro nos extratos protéicos de todas as cepas analisadas por western blotting. Nosso estudo sugere a seleção e combinação de cepas de M. bovis, M. bovoculi e M. ovis circulantes para composição da unidade antigênica de vacinas como estratégia de controle de IBK e a utilização de citometria de fluxo como metodologia mais adequada para esta seleção.

Historically, infectious bovine keratoconjunctivitis (IBK) was believed to be under the exclusive competence of Moraxella bovis. However, the roles of other species of Genus Moraxella are also being considered in the pathogenesis of IBK, such as Moraxella ovis and particularly Moraxella bovoculi. This thesis describes phylogenetic and genotypic analysis based on the genes encoding type IV pili Q- and I-type (TfpQ/I) of M. bovis and cytotoxin of M. bovis (MbxA), M. bovoculi (MbvA) and M. ovis (MovA). The distinction between M. bovis, M. bovoculi and M. ovis was previously performed by PCR (16S-23S intergenic region) according to the protocol established in the literature. Then, there is described a molecular analysis based on the 3' region of genes tfpQ/I (including α1-C N-terminal subdomain and C-terminal domain) of 16 field strains and five vaccine strains of M. bovis from South America. All 47 sequences of tfp Q- and I-type genes analyzed resulted in 31 alleles designated 1 to 31. The phylogenetic reconstruction resulted in a distinction of 31 alleles in eleven groups (designated A through J and Epp). The analysis of the deduced amino acid sequence (aa) of the C-terminal region showed similarity levels between 67 and 100% within the groups, while the analysis of the D region (C-terminal subunit) resulted in levels of similarity between 60 and 100%. In addition, a phylogenetic analysis based on the 3' region of the cytotoxin gene was performed to investigate the genetic relationship among M. bovis (n = 17), M. bovoculi (n = 11) and M. ovis (n = 7) strains and reference strains. Phylogenetic reconstruction allowed the differentiation among species, and the older M. bovoculi strains remained in branch closer to M. bovis strains. The amino acid similarity level among the MbxA sequences stood at an average of 99.9%, while among the MbvA and MovA sequences the similarity was respectively 98.8% and 99.3%. The similarity between MbvA and MovA was 96.6%, while MbxA for MbvA and MovA was 77.6%. Thus, it is possible to conclude that the tfp gene may be inferred suitable for differentiate among M. bovis strains, while the cytotoxin-encoding gene is suitable for phylogenetic classification of M. bovis, M. bovoculi and M. ovis strains and perhaps for understanding the evolutionary relationships among three species. / Historicamente, acreditava-se que a ceratoconjuntivite infecciosa bovina (CIB) estáva sob competência exclusiva de Moraxella bovis. Contudo, outras espécies do Gênero Moraxella também vêm sendo estudadas quanto à participação na patogenia da CIB, como Moraxella ovis e principalmente Moraxella bovoculi. Esta tese descreve análises filogenéticas e de dados genotípicos com base nos genes codificadores dos pili tipo IV dos tipos Q e I (TfpQ/I) de M. bovis e da citotoxina de M. bovis (MbxA), M. bovoculi (MbvA) e M. ovis (MovA). A diferenciação entre M. bovis, M. bovoculi e M. ovis foi previamente realizada por PCR (região intergenica 16S-23S) conforme protocolo estabelecido na literatura. Após, é descrita uma análise molecular com base na região 3' dos genes tfpQ/I (compreendendo subdomínio α1-C N-terminal e o domínio C-terminal) de 16 isolados de campo e cinco cepas vacinais de M. bovis, provenientes da América do Sul. Todas as 47 sequencias do gene tfp tipo Q e tipo I analisadas resultaram em 31 alelos designados de 1 até 31. A reconstrução filogenética resultou em uma distinção dos 31 alelos em onze grupos (designados de A até J e Epp). A análise da sequencia de aminoácidos (aa) deduzidos da região C-terminal mostrou níveis de similaridade entre 67 e 100% dentro dos grupos, enquanto a análise da região D (subunidade C-terminal) resultou níveis de similaridade entre 60 e 100%. Além disso, um estudo filogenético com base na região 3' dos genes da citotoxina foi realizado para investigar a relação genética entre os isolados de M. bovis (n = 17), M. bovoculi (n = 11) e M. ovis (n = 7) e cepas de referência. A reconstrução filogenética permitiu a diferenciação entre as espécies, sendo que os isolados mais antigos de M. bovoculi permaneceram em ramo mais próximos aos isolados de M. bovis. O nível de similaridade de aminoácidos entre as sequencias de MbxA ficou em 99.9% de média, enquanto entre as sequencias de MbvA e MovA foi respectivamente de 98.8% e 99.3%. A similaridade entre MbvA e MovA foi de 96.6%, enquanto MbxA em relação a MbvA e MovA foi de 77.6%. Assim, é possível concluir que o gene tfp pode ser adequado para inferir distinção entre os isolados de M. bovis, enquanto o gene codificador da citotoxina é adequado para classificação filogenéticas dos isolados de M. bovis, M. bovoculi e M. ovis, e, talvez para a compreensão das relações evolutivas.