Amphibian communities facing pathogen threats: understanding the epidemiology of chytridiomycosis in Catalonia

Abstract

Els amfibis són els vertebrats més amenaçats del planeta, i les malalties infeccioses emergents, com la quitridiomicosi, són una de les causes principals del seu declivi. A Europa, aquesta malaltia, provocada pels fongs Batrachochytrium dendrobatidis (Bd) i B. salamandrivorans (Bsal), ha tingut un fort impacte poblacional. A Catalunya, amb 15 espècies autòctones, la salut dels amfibis i la vigilància de patògens han estat poc estudiades. Aquesta tesi cobreix buits crítics sobre l’epidemiologia de la quitridiomicosi a la regió, combinant estudis metodològics, de vigilància i d’anàlisi ecològica entre 2018 i 2024. L’objectiu ha estat avaluar la prevalença de la malaltia, identificar factors ambientals i antròpics que influeixen en la infecció, i analitzar les interaccions hoste-patogen-medi ambient.

Al Capítol 1 es va avaluar l’ús de microxips per marcar urodels. Es va comprovar que la retenció del xip i la cicatrització de la ferida varien segons l’espècie. El mètode proposat va resultar fiable per a Salamandra salamandra i Pleurodeles waltl, però no per a Calotriton asper, fet que subratlla la necessitat de protocols ètics i específics per espècie.

El Capítol 2 ofereix la primera avaluació regional de Bd i Bsal a Catalunya, amb més de 3.200 individus de 14 espècies mostrejats en 41 localitats. Bd es va detectar en 141 individus de vuit espècies, mostrant una distribució generalitzada, mentre que Bsal no es va detectar. La presència de Bd es va associar a temperatures elevades a l’estiu i a l’impacte humà. Les larves de Alytes obstetricans i Hyla meridionalis van mostrar altes prevalences sense símptomes, suggerint un possible paper com a reservoris. Altres espècies van mostrar menor prevalença i una susceptibilitat variable.

El Capítol 3 explora el microbioma cutani com a possible indicador de salut. Mitjançant seqüenciació del gen 16S rRNA, es van analitzar els microbiomes de H. meridionalis i Pelophylax perezi, dues espècies amb diferents respostes davant Bd. Es van trobar perfils microbians específics per espècie, però sense associació clara amb la infecció. Això suggereix un paper potencial del microbioma en la resistència i tolerància, i la necessitat d’estudiar-lo més a fons dins les estratègies de vigilància.

El Capítol 4 documenta un dels primers casos de coinfecció Bd-Bsal en fauna salvatge europea, i el primer en urodels ibèrics. Durant un brot al 2018, es van detectar dues espècies de urodels infectades (una endèmica i una introduïda) amb càrregues altes i lesions greus, suggerint efectes sinèrgics entre patògens. Aquest fet genera preocupació sobre l’impacte d’aquestes coinfeccions en la immunitat i la viabilitat de les poblacions.

En conjunt, la tesi mostra la complexitat de la quitridiomicosi en una regió rica en biodiversitat però poc estudiada. Bd està àmpliament distribuït a Catalunya, amb una resposta variable segons l’espècie. Algunes poden actuar com a reservoris asimptomàtics, mentre que altres són vulnerables a declivis. A més, es destaca el paper del clima i l’activitat humana en la dinàmica de la infecció. Es proposa la necessitat d’enfocs de conservació integrats que considerin els factors ambientals i biològics.

Aquest treball proporciona una base sòlida per a la vigilància sanitària d’amfibis a Catalunya, promovent l’ús de metodologies ètiques, el paper del microbioma i una gestió multispecífica. Enfront de les múltiples amenaces globals, aquesta recerca és clau per guiar mesures de conservació eficaces a escala local i internacional.

Los anfibios son los vertebrados más amenazados del planeta, y las enfermedades infecciosas emergentes, como la quitridiomicosis, son una de las principales causas de su declive. En Europa, esta enfermedad, provocada por los hongos Batrachochytrium dendrobatidis (Bd) y B. salamandrivorans (Bsal), ha tenido un fuerte impacto poblacional. En Cataluña, con 15 especies autóctonas, la salud de los anfibios y la vigilancia de patógenos han sido poco estudiadas. Esta tesis cubre vacíos críticos sobre la epidemiología de la quitridiomicosis en la región, combinando estudios metodológicos, de vigilancia y análisis ecológicos entre 2018 y 2024. El objetivo ha sido evaluar la prevalencia de la enfermedad, identificar factores ambientales y antrópicos que influyen en la infección, y analizar las interacciones hospedador-patógeno-medio ambiente.

En el Capítulo 1 se evaluó el uso de microchips para marcar urodelos. Se comprobó que la retención del chip y la cicatrización de la herida varían según la especie. El método fue fiable para Salamandra salamandra y Pleurodeles waltl, pero no para Calotriton asper, lo que subraya la necesidad de aplicar protocolos éticos y específicos por especie.

El Capítulo 2 ofrece la primera evaluación regional de Bd y Bsal en Cataluña, con más de 3.200 individuos de 14 especies muestreados en 41 localidades. Bd se detectó en 141 individuos de ocho especies, mostrando una distribución generalizada, mientras que no se detectó Bsal. La presencia de Bd se asoció a temperaturas elevadas en verano y al impacto humano. Las larvas de Alytes obstetricans y Hyla meridionalis mostraron altas prevalencias sin síntomas clínicos, lo que sugiere un posible papel como reservorios. Otras especies mostraron menor prevalencia y una susceptibilidad variable.

El Capítulo 3 explora el microbioma cutáneo como posible indicador de salud. Mediante secuenciación del gen 16S rRNA, se analizaron los microbiomas de H. meridionalis y Pelophylax perezi, dos especies con diferentes respuestas frente a Bd. Se encontraron perfiles microbianos específicos por especie, pero sin asociación clara con la infección. Esto sugiere un papel potencial del microbioma en la resistencia y la tolerancia, y la necesidad de estudiarlo más a fondo dentro de las estrategias de vigilancia.

El Capítulo 4 documenta uno de los primeros casos de coinfección Bd-Bsal en fauna silvestre europea, y el primero en urodelos ibéricos. Durante un brote en 2018, se detectaron dos especies de urodelos infectadas (una endémica y una introducida) con cargas elevadas y lesiones graves, lo que sugiere efectos sinérgicos entre patógenos. Este hallazgo genera preocupación sobre el impacto de estas coinfecciones en la inmunidad y la viabilidad poblacional.

En conjunto, la tesis muestra la complejidad de la quitridiomicosis en una región rica en biodiversidad pero poco estudiada. Bd está ampliamente distribuido en Cataluña, con una respuesta variable según la especie. Algunas pueden actuar como reservorios asintomáticos, mientras que otras son vulnerables a declives. Además, se destaca el papel del clima y de la actividad humana en la dinámica de la infección. Se propone la necesidad de enfoques de conservación integradores que consideren tanto factores ambientales como biológicos.

Este trabajo proporciona una base sólida para la vigilancia sanitaria de los anfibios en Cataluña, promoviendo el uso de metodologías éticas, el papel del microbioma y una gestión multiespecífica. Ante las múltiples amenazas globales, esta investigación es clave para guiar medidas de conservación eficaces tanto a nivel local como internacional.

Amphibians are the most threatened vertebrates on Earth, with emerging infectious diseases playing a critical role in their global declines. In Europe, chytridiomycosis, caused by the fungal pathogens Batrachochytrium dendrobatidis (Bd) and B. salamandrivorans (Bsal), has contributed to severe population losses. Despite its ecological significance, Catalonia (NE Spain), home to 15 native amphibian species, remains largely understudied in terms of amphibian health and pathogen surveillance. This thesis addresses key knowledge gaps in the epidemiology of chytridiomycosis in Catalonia by combining methodological validation, pathogen surveillance, and ecological analyses across multiple amphibian hosts. The overarching goal was to assess chytridiomycosis prevalence, identify environmental and anthropogenic drivers of infection, and evaluate host-pathogen-environment interactions through a series of field studies conducted between 2018 and 2024. The thesis comprises four empirical chapters. In Chapter 1, we evaluated the use of passive integrated transponder (PIT) tags for marking urodeles. We found that tag retention and wound healing varied significantly by species, emphasizing the need for species-specific validations. PIT tagging proved reliable in Salamandra Salamandra and Pleurodeles waltl, but not in Calotriton asper, reinforcing the importance of ethical and evidence-based tagging protocols in wildlife research. Chapter 2 presents the first region-wide Bd and Bsal survey in Catalonia, encompassing over 3,200 amphibians from 14 species and 41 sites. Bd was detected in 141 individuals from eight species, indicating widespread endemicity, while Bsal was not detected. Bd occurrence was significantly influenced by summer temperatures and human disturbance. Notably, Alytes obstetricans larvae and Hyla meridionalis showed high infection prevalence and loads without overt disease signs, suggesting they may act as tolerant reservoir hosts. Other species showed lower prevalence, with variable susceptibility. In Chapter 3, we investigated the potential of the amphibian skin microbiome as a health indicator. Using 16S rRNA long-read sequencing, we analyzed the microbiomes of H. meridionalis and Pelophylax perezi, two species with contrasting Bd responses. Our results showed species-specific microbial profiles, but no consistent association with Bd infection status. This suggests that the skin microbiome may contribute to interspecific differences in susceptibility, warranting further investigation into its role in resistance and tolerance. These findings support incorporating microbiome analyses into long-term monitoring programs. Chapter 4 documents one of the first cases of Bd-Bsal coinfection in wild European amphibians and the first in Iberian urodeles. Coinfection was observed in two urodele species – one endemic, one introduced – during a 2018 chytridiomycosis outbreak. Infection loads were high, and histopathology revealed severe lesions and inflammation, suggesting synergistic interactions between the pathogens and raising concerns about compounded impacts on host immunity and population viability. Collectively, this thesis reveals the complexity of chytridiomycosis epidemiology in a biodiverse but under-monitored region. We demonstrate that Bd is widespread in Catalonia, with variable responses among amphibian species that span a continuum of resistance and tolerance. Subclinically infected species may act as pathogen reservoirs, while more susceptible taxa risk population declines. Importantly, we show that anthropogenic disturbance and climate are key drivers of infection dynamics, highlighting the need for integrative conservation approaches that consider both environmental and biological factors. This thesis provides a foundational framework for chytrid disease surveillance and amphibian health assessment in Catalonia. It emphasizes the urgency of ethical monitoring methodologies, microbiome-informed strategies, and multispecies disease management. As amphibians continue to face escalating threats from habitat degradation, climate change, and infectious diseases, such comprehensive and context-specific research is essential for effective conservation action – both in Catalonia and globally.