Biofilm a jeho role ve zdraví vemene

Biofilmy jsou na Zemi přítomny asi 3,4 miliardy let a jsou nejúspěšnější a nejrozšířenější formou života na Zemi (Westall et al. 2001). Jejich vlastnosti je činí jedinečnými a hrají ústřední roli v mikrobiální evoluci a adaptaci. Tyto vlastnosti byly získány během miliard let evoluční adaptace. To je to, co je činí úspěšnými ve své strategii přežití v extrémních podmínkách. Ale co tu bylo tak dlouho a bylo tak úspěšné? Říká se tomu biofilm! Přežití a existence široké škály mikroorganismů je způsobena tvorbou biofilmu. Tvorba biofilmu je mikrobiální obranný mechanismus, který zajišťuje přežití bakterií. To způsobuje sníženou odezvu na běžné metody léčení s nepříznivými účinky na zdraví zvířat. Rádi bychom vám řekli více o tom, jak tvorba biofilmu ovlivňuje zdraví zvířat a zejména jaké riziko představuje pro zdraví vemene.

Biofilmy mohou kolonizovat širokou škálu biologických nebo nebiologických povrchů (Hall-Stoodley et al., 2004). Ideální biologické podmínky pro úspěch bakterií zahrnují dostatek živin, vlhkost a vhodnou teplotu. Zvířata jsou tedy dokonalým zdrojem bakteriální kolonizace a tvorby biofilmu. To může být pro zvíře potenciálně škodlivé. Teprve v roce 1990 byly biofilmy zkoumány ve vztahu k přetrvávajícím zdravotním problémům (Melchior et al. 2006). Podle Národního zdravotního ústavu dnes víme, že přibližně 80% mikrobiálních problémů má etologii související s biofilmem  (NIH, 2002).

Nechvalně známým problémem pro zdraví zvířat u mléčného skotu je zdraví vemene. Mikroorganismy jsou hlavní příčinou zdravotních problémů vemene u krav a schopnost bakterií produkovat biofilmy je považována za důležitou virulentní vlastnost v patogenezi (FELIPE et al., 2017). Poznatky o biofilmu mění přístupy k řešení těchto problémů, což ovlivňuje mechanismy fungování bakteriálních společenstev ve formě biofilmů. Proto je nutné hledat účinné metody, které by ovlivnily bakterie v biofilmech, tak aby se předešlo zdravotním problémům vemene.

Tvorba biofilmu

Biofilmy jsou shluky mikrobů uzavřené v matrici, kterou si sami vyrábí. Objevují se ve 3D mikrobiální struktuře a  velmi se liší tvarem a velikostí. Neexistuje jediný typ biofilmu, typy biofilmu závisí na typu mikrobů, které je tvoří v kombinaci s různými vlivy pocházejícími z prostředí. Bakterie spojené s biofilmem vykazují vrozenou odolnost vůči tradičním metodám léčby, dezinfekčním prostředkům a imunitnímu systému zvířat. Bakterie v biofilmu jsou 100-1000krát méně citlivé na tradiční metody léčení ve srovnání s volně rostoucími bakteriemi stejného kmene (Donlan, 2000). Tato bakteriální perzistence prostřednictvím tvorby biofilmu je zodpovědná za rezistenci a často je příčinou opakujících se problémů.

Biofilm může být vytvořen do 24 hodin po připojení. Bakterie tvoří biofilmy v reakci na stresy prostředí, jako je oslabený imunitní systém, zasušení nebo otelení. Existuje pět hlavních kroků pro tvorbu a šíření biofilmů (viz obrázek 1). Po fázi připojení začnou bakterie tvořit (mono)vrstvu a produkovat vrstvu polymerní matrice pro ochranu. V poslední fázi se některé buňky nebo části zralého biofilmu začnou oddělovat a rozptýlí se do prostředí jako planktonní buňky znovu. Mohou zahájit nový cyklus tvorby biofilmu jinde ve zvířeti (Guzmán-Soto et al., 2021). Tvorba biofilmu může probíhat v pozadí po velmi dlouhou dobu, aniž by to dojnice ovlivnilo. To se ale může změnit, pokud jsou podmínky příznivé pro bakterie v biofilmu a nepříznivé pro krávu.

Umístění tvorby biofilmu

Vnější a vnitřní povrchy zvířat jsou ideálními hostiteli pro mikrobiální kolonizaci. Mikroby však při vstupu do těla čelí různým environmentálním vlivům, které ohrožují jejich šance na přežití a snižují jejich šance na úspěšnou kolonizaci. Tvorba biofilmu je strategie přežití, která odolává těmto vlivům a zajišťuje přežití bakterií. Výzkum ukázal, že produkce biofilmu je důležitým škodlivým mechanismem mikroorganismů nepříznivých bakterií způsobujících zdravotní problémy vemene (Gomes et al., 2016).  Přítomnost biofilmů ve vemeni vede ke snížené účinnosti běžných léčebných metod.

Faktory podílející se na rozvoji a přetrvávání zdravotních problémů vemene

Zdravotní problémy vemene a tím i tvorba biofilmu mohou vznikat tiše v pozadí, aniž by si zemědělec byl vědom jakéhokoli potenciálního nebezpečí. Je důležité si uvědomit, že tvorba biofilmu často začíná již u jalovic, jen není vidět, protože zvíře se tím ještě netrápí. Jalovice mající dostatek energie tyto problémy sami utlumí. Je to však začátek budoucích problémů a je třeba je řešit včas.

Závažné problémy mohou poškodit zdraví a jsou doprovázeny sníženou produkcí mléka, zvýšenými náklady na zdravotní péči, vyšší mírou brakace a v nejhorším případě dokonce úhynem (Melchior et al. 2006). Finanční důsledky jsou značné a je vyvíjeno velké úsilí, aby se předešlo zdravotním problémům vemene. To je z velké části způsobeno nereagováním na běžnou léčbu. Obzvláště přetrvávající problémy je obtížné řešit, což brání vymýcení. Věk, parita, stadium laktace, postižení vemene a počet somatických buněk (PSB) také hrají roli v úspěšnosti (Sol et al., 1997). Dojné krávy jsou problematičtější a vykazují nižší úspěšnost. To platí i pro starší krávy nebo krávy s vysokým počtem PSB. Přetrvávající zdravotní problémy vemene jsou často označovány jako extrémně obtížně řešitelné (Sol et al., 2000).

Jak podpořit krávy během zdravotních problémů vemene?

Pro podporu krav během zdravotních problémů vemene a zvýšení šancí na úspěch vyvinula společnost AHV program = AHV Program Zdraví Vemene. Aby bylo vemeno krav co nejzdravější, je důležité zvíře sledovat, nejlépe pomocí údajů o (mléce), které poskytují další poznatky. Klíčem je mít proaktivní přístup k udržení zvířat zdravých a v produkci, protože čím déle zůstane vemeno zdravé, tím více budou zvířata produkovat. To vede k menšímu počtu ztrát a lepší pohodě. Program AHV Zdraví Vemene je velmi úspěšný díky patentované technologii AHV QSA, která se přímo zaměřuje na biofilm vytvořený ve vemeni. Tímto způsobem se AHV vypořádá s problémy již v počátku!

AHV Program Zdraví Vemene

AHV Program Zdraví Vemene rozlišuje 4 kategorie*:

• UDR – C: Zdravé vemeno
• UDR – L: Max. 2 píky PSB za posledních 18 měsíců
• UDR – P: Max. 3 vysoké píky PSB za posledních 18 měsíců
• UDR – R: Více než 3 vysoké píky PSB za posledních 18 měsíců

* Kategorie a výsledky jsou založeny na datech z KU (kontrola užitkovosti)

Náš vlastní výzkum ukazuje, že pro významné zlepšení nezáleží na tom, jak moc se počet somatických buněk odchyluje od normální hodnoty. V průměru téměř 85% (viz tabulka) skupin, ve kterých doporučujeme (UDR – L & P) podání řešení (AHV Quick, Extra, Aspi), vykazuje pozitivní výsledek při příští KU. U nejmladších zvířat dokonce vidíme pozitivní výsledek u 9 z 10 krav.

Jaké jsou výhody optimálního zdraví vemene?

Zvířata, která jsou zdravá, produkují optimálněji a vyžadují méně pozornosti. Pro producenty mléka to znamená vyšší a kvalitnější dojivost a celkově zdravější stádo s vyšší užitkovostí v průběhu času. Zvířata s nedostatečnou dojivostí jsou hlavním důvodem pro nahrazení prvotelkami – méně produkčními zvířaty. Produkce mléka a kvalita mléka, která nesplňuje normy, mají negativní hospodářský dopad na příjmy zemědělského podniku. Význam včasného zásahu je proto nezbytný pro udržení zdravých hospodářských zvířat a zdravé finanční situace.

V AHV se každý den dozvídáme více o biofilmu

Tvorba biofilmu je považována za selektivní výhodu pro nepříznivé bakterie způsobující zdravotní problémy vemene, usnadňující přetrvávání bakterií ve vemeni. Hlubší znalosti biofilmu ve vztahu k problémům se zdravím vemene mohou pomoci určit nejúčinnější strategii pro řešení těchto problémů s cílem snížit ztráty a zajistit bezpečnost a kvalitu mléka. Proto v AHV neustále zkoumáme v našem vlastním výzkumném zařízení, jak učinit naše produkty ještě efektivnějšími.

Zdroje:

• Westall, F., de Wit, M. J., Dann, J., van der Gaast, S., de Ronde, C. E., & Gerneke, D. (2001). Early Archean fossil bacteria and biofilms in hydrothermally-influenced sediments from the Barberton greenstone belt, South Africa. Precambrian Research, 106(1-2), 93-116.
• Melchior, M. B., Vaarkamp, H., & Fink-Gremmels, J. (2006). Biofilms: a role in recurrent mastitis infections?. The Veterinary Journal, 171(3), 398-407.
• Hall-Stoodley, L., Costerton, J. W., & Stoodley, P. (2004). Bacterial biofilms: from the natural environment to infectious diseases. Nature reviews microbiology, 2(2), 95-108.
• Donlan, R. M. (2000). Role of biofilms in antimicrobial resistance. ASAIO journal, 46(6), S47-S52.
• Gomes, F., Saavedra, M. J., & Henriques, M. (2016). Bovine mastitis disease/pathogenicity: evidence of the potential role of microbial biofilms. FEMS Pathogens and Disease, 74(3), ftw006.
• Sol, J., Sampimon, O. C., Snoep, J. J., & Schukken, Y. H. (1997). Factors associated with bacteriological cure during lactation after therapy for subclinical mastitis caused by Staphylococcus aureus. Journal of dairy science, 80(11), 2803-2808.
• Owens, W. E., Nickerson, S. C., Boddie, R. L., Tomita, G. M., & Ray, C. H. (2001). Prevalence of mastitis in dairy heifers and effectiveness of antibiotic therapy. Journal of Dairy Science, 84(4), 814-817.
• Sol, J., Sampimon, O. C., Barkema, H. W., & Schukken, Y. H. (2000). Factors associated with cure after therapy of clinical mastitis caused by Staphylococcus aureus. Journal of dairy science, 83(2), 278-284.
• Parrilli, E., Tutino, M. L., & Marino, G. (2022). Biofilm as an adaptation strategy to extreme conditions. Rendiconti Lincei. Scienze Fisiche e Naturali, 1-10.