Biofilm i njegova uloga u zdravlju vimena

Biofilm je na zemlji prisutan već 3,4 milijarde godina te je najuspješniji i najrasprostranjeniji oblik života na zemlji (Westall i sur. 2001). Njegove karakteristike čine ga jedinstvenim i zauzimaju središnju ulogu u mikrobnoj evoluciji i prilagodbi. Te su karakteristike stečene evolucijskom prilagodbom kroz milijarde godina i zato preživljavaju u ekstremnim uvjetima.  Ali što je to što postoji tako dugo i zašto je tako uspješno? To se zove biofilm! Preživljavanje i postojanje širokog spektra mikroorganizama posljedica je stvaranja biofilma. Stvaranje biofilma je mikrobni obrambeni mehanizam koji osigurava opstanak bakterija. Zbog biofilma je i smanjena sposobnost reakcije životinja na mikroorganizme sa posljedičnim štetnim  učinkom na njihovo zdravlje. Željeli bismo vam reći više o tome kako stvaranje biofilma utječe na zdravlje životinja, a posebno kako predstavljaju izazov za zdravlje vimena.

Biofilm može kolonizirati veliku raznolikost bioloških ili nebioloških površina (Hall-Stoodley i sur., 2004). Idealni biološki uvjeti za uspješnost bakterija uključuju dovoljno hranjivih tvari, vlažnost i prikladnu temperaturu. Dakle, životinje su savršen domaćin za bakterijsku kolonizaciju i stvaranje biofilma. To može biti potencijalno štetno za životinju. Tek 1990-ih istraživani su biofilmovi u vezi s trajnim zdravstvenim izazovima (Melchior i sur. 2006). Prema Nacionalnom institutu za zdravlje danas znamo da otprilike 80% mikrobnih izazova ima etologiju povezanu s biofilmom  (NIH, 2002).

Najveći izazov zdravlja kod mliječnih goveda je zdravlje vimena. Mikroorganizmi su glavni uzrok zdravstvenih izazova vimena kod krava, a sposobnost bakterija da proizvode biofilm smatra se važnim virulentnim svojstvom u patogenezi (FELIPE, et al., 2017). Znanje o biofilmu mijenja pristup suočavanja s tim izazovima, što utječe na mehanizme funkcioniranja bakterijskih zajednica u obliku biofilma. Stoga je potrebno tražiti učinkovite metode koje bi utjecale na bakterije u biofilmu kako ne bi prouzročili zdravstvene probleme u vimenu.

Formiranje biofilma

Biofilm je nakupina mikroba zatvorenih u vlastitu polimernu ovojnicu. Pojavljuju se u 3D mikrobnoj strukturi i uvelike se razlikuju po obliku i veličini. Ne postoji vrsta biofilma, već ovisi o vrsti mikroba koji ga formira u kombinaciji sa utjecajima iz okoline. Bakterije povezane s biofilmom pokazuju urođenu otpornost na tradicionalne metode, dezinficijense i imunološki sustav životinja. Bakterije u biofilmu su 100-1000 puta manje osjetljive na tradicionalne metode u usporedbi sa slobodnim, planktoničkim bakterijama istog soja (Donlan, 2000). Ova bakterijska postojanost, kroz stvaranje biofilma, odgovorna je za otpornost i često korijen ponavljanja izazova.

Biofilm se može formirati u roku od 24 sata nakon pričvršćivanja bakterija. Bakterije tvore biofilm kao odgovor na stres iz okoliša kao što su oslabljen imunološki sustav, zasušivanje ili teljenje. Postoji pet glavnih koraka za stvaranje i širenje biofilma (vidi sliku 1.). Nakon faze pričvršćivanja, bakterije formiraju i proizvode polimernu zaštitnu ovojnicu. U posljednjoj fazi, neke stanice ili dijelovi zrelog biofilma počinju se odvajati i raspršivati u okoliš kao planktonske stanice. Oni mogu započeti novi ciklus stvaranja biofilma drugdje u životinji (Guzmán-Soto i sur., 2021). Stvaranje biofilma može se odvijati u pozadini jako dugo bez ikakvog utjecaja na kravu do trenutka kada uvjeti postanu pogodni za bakterije u biofilmu a nepogodni za kravu.

Lokacija stvaranja biofilma

Vanjske i unutarnje površine životinja idealni su domaćini za mikrobnu kolonizaciju. Međutim, mikrobi se suočavaju s različitim ekološkim izazovima pri ulasku u tijelo, koji ugrožavaju njihove izglede za preživljavanje i smanjuju njihove šanse za uspješnu kolonizaciju. Stvaranje biofilma strategija je preživljavanja kako bi se izdržali ovi izazovi i osigurao opstanak bakterija.  Istraživanja su pokazala da je proizvodnja biofilma važan mehanizam zaštite bakterija koji uzrokuju zdravstvene izazove vimena (Gomes i sur., 2016).  Prisutnost biofilma u mliječnim žlijezdama rezultira smanjenom osjetljivošću na redovite metode.

Čimbenici uključeni u razvoj i postojanost zdravstvenih izazova vimena

Zdravstveni izazovi vimena, a time i stvaranje biofilma, mogu se tiho pojaviti u pozadini, a da farmer nije svjestan potencijalne opasnosti. Važno je shvatiti da stvaranje biofilma često već počinje u junicama, samo nije vidljivo jer životinji to još ne smeta. Junice su često još uvijek bogate energijom pa mogu dobro suzbiti izazove. Međutim, ovo je početak budućih izazova i treba ih riješiti na vrijeme.

Ozbiljni izazovi mogu narušiti zdravlje i dobrobit životinja, a popraćeni su smanjenom proizvodnjom mlijeka, povećanim troškovima zdravstvene zaštite, većim postotkom izlučivanja, a u najgorem slučaju čak i smrću (Melchior i sur. 2006). Financijske implikacije su značajne  i ulaže se mnogo truda kako bi se s osrednjim rezultatima spriječilo zdravstvene izazove vimena. To je uglavnom zbog neosjetljivosti na redovite metode. Posebno Teško je riješiti trajne izazove koji ometaju iskorjenjivanje. Dob, paritet, stadij laktacije, položaj u zahvaćenom tromjesečju i broj somatskih stanica (SCC) također igraju ulogu u stopi uspjeha (Sol i sur., 1997). Krave u laktaciji su izazovnije i pokazuju niže stope uspjeha. To vrijedi i za starije krave ili krave s visokim brojem SCC-a. Trajni zdravstveni izazovi vimena često su označeni kao izuzetno teški za rješavanje (Sol i sur., 2000).

Kako podržati krave tijekom zdravstvenih izazova vimena?

Kako bi podržao krave tijekom zdravstvenih izazova vimena i povećao šanse za uspjeh, AHV je razvio AHV zdravstveni program vimena. Kako bi vime bilo što zdravije, važno je pratiti životinju, po mogućnosti koristeći podatke mjesečnih ili dnevnih mliječnih kontrola koji pružaju dodatne uvide. Ključno je imati proaktivan stav kako bi životinje bile zdrave u proizvodnji, jer što duže vime ostane zdravo, to će životinje više imati koristi. Što je dovelo do manjeg broja gubitaka, poboljšalo je dobrobit. AHV zdravstveni program vimena vrlo je uspješan zbog AHV QSA Tehnologije (patent u nastajanju), čiji je izravni cilj biofilm u vimenu. Na taj će se način AHV uhvatiti u koštac s izazovima!

AHV zdravstveni program vimena

AHV zdravstveni program vimena identificira četiri kategorije*:

• UDR – C (Čisto): Zdravo vime
• UDR – L(Latentno): Najviše 2 upozorenja u vezi sa zdravljem vimena u posljednjih 18 mjeseci
• UDR – P (Perzistentno): Najviše 3 snažna upozorenja u vezi sa zdravljem vimena u posljednjih 18 mjeseci
• UDR – R (Rezistentno): Više od 3 snažne upozorenja u posljednjih 18 mjeseci

* Kategorije i pažnja temelje se na podacima o bilježenju mlijeka

Naša vlastita istraživanja pokazuju da za značajno poboljšanje nije važno koliko broj somatskih stanica odstupa od normalne vrijednosti. U prosjeku, gotovo 85% (vidi tablicu) skupina u kojima preporučujemo (UDR – L & P) primjenu (AHV Quick, Extra, Aspi) pokazuju pozitivan rezultat na sljedećim analizama mlijeka. Kod najmlađih životinja čak vidimo pozitivan rezultat kod 9 od 10 krava.

Koje su prednosti optimalnog zdravlja vimena?

Životinje koje su zdrave, proizvode optimalno i zahtijevaju manje intervencije. Za farmera to znači veći i kvalitetniji prinos mlijeka i ukupno zdravije stado s većom proizvodnjom. Životinje s lošim rezultatima glavni su razlog remonta stada mlađim, a time i životinjama s nižom proizvodnjom. Proizvodnja mlijeka i kvaliteta mlijeka koji ne ispunjavaju posebne standarde negativno utječu na prihode poljoprivrednog gospodarstva. Stoga je važnost pravovremene intervencije ključna kako bi blago ostalo zdravo i održala povoljna financijska situacija.

U AHV-u svakodnevno saznajemo više o biofilmu

Stvaranje biofilma smatra se selektivnom prednošću nepovoljnih bakterija koje uzrokuju zdravstvene izazove vimena, olakšavajući bakterijsku postojanost u vimenu. Dublje poznavanje biofilma u vezi sa zdravstvenim izazovima vimena može pomoći u određivanju najučinkovitije strategije za rješavanje tih izazova. Tako će se smanjili gubici i osigurati sigurnost i kvaliteta mlijeka. Stoga u vlastitom istraživačkom odijelu AHV-a stalno istražujemo kako naše proizvode učiniti još učinkovitijima.

Izvori:

• 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.