I biofilm e il loro ruolo nella salute della mammella

Di Lisa Godding – AHV International

I biofilm sono presenti sulla terra da circa 3,4 miliardi di anni e sono la forma di vita con maggior diffusione e largamente presente sulla terra (Westall et al. 2001). Le loro caratteristiche li rendono unici e assumono un ruolo centrale nell’evoluzione e nell’adattamento microbico. Queste caratteristiche sono state acquisite in miliardi di anni di adattamento evolutivo. Questo è ciò che li rende così diffusi per la loro strategia di sopravvivenza anche in condizioni estreme. Ma che cosa è stato presente per così tanto tempo e ha avuto una così grande diffusione? Si chiama biofilm! La sopravvivenza e l’esistenza di una vasta gamma di microrganismi è dovuta alla formazione di biofilm. La formazione di biofilm è un meccanismo di difesa microbica per garantire la sopravvivenza dei batteri, questo provoca una ridotta reattività ai metodi tradizionali, con effetti negativi sulla salute degli animali. Ci piacerebbe dirvi di più sul modo in cui la formazione del biofilm influisce sulla salute animale e  nello specifico , su come rappresenti una sfida per la salute della mammella.

I biofilm possono colonizzare una grande varietà di superfici biologiche o non biologiche (Hall-Stoodley et al., 2004). Le condizioni biologiche ideali per la diffusione dei batteri includono un numero sufficiente di nutrienti, umidità e una temperatura adeguata. Considerate queste condizioni,, gli animali rappresentano  una fonte perfetta per la colonizzazione batterica e la formazione di biofilm; questo può essere potenzialmente dannoso per l’animale. Fino al 1990 i biofilm non erano mai stati studiati in relazione  alla salute (Melchior et al. 2006). Secondo il National Institute of Health, oggi sappiamo che circa l’80% delle problematiche microbiche hanno un’eziologia correlata al biofilm (NIH, 2002).

Una difficoltà riconosciuta per la salute animale nei bovini da latte è la salute della mammella. I microrganismi sono la causa principale delle problematiche relative alla mammella nelle vacche e la capacità dei batteri di produrre biofilm è considerata un’importante proprietà  di virulenza nella patogenesi (FELIPE, et al., 2017). La conoscenza del biofilm cambia gli approcci nell’affrontare queste problematiche , che influenzano i meccanismi di funzionamento delle comunità batteriche sotto forma di biofilm E’ quindi necessario cercare metodi efficaci che influenzino i batteri nei biofilm per fronteggiare i problemi di salute della mammella.

La formazione del biofilm

I biofilm sono gruppi di microbi racchiusi in una matrice autoprodotta. Appaiono in una struttura microbica 3D e variano ampiamente come forma e dimensioni. Non esiste un singolo tipo di biofilm, la tipologia dipenderà dai microbi che li andranno  a formare in combinazione con tutte le possibili influenze provenienti dall’ambiente. I batteri associati al biofilm mostrano una resistenza innata ai metodi tradizionali, ai disinfettanti e al sistema immunitario degli animali. I batteri nel biofilm sono 100-1000 volte meno sensibili  ai metodi tradizionali rispetto ai batteri a crescita libera dello stesso ceppo (Donlan, 2000). Questa persistenza batterica, attraverso la formazione di biofilm, è responsabile della resistenza e spesso alla radice di problemi ricorrenti.

Il biofilm può essere formato entro 24 ore dalla fase di attaccamento.. I batteri formano biofilm in risposta a stress ambientali come un sistema immunitario compromesso, l’asciutta o il parto. Ci sono cinque fasi principali per la formazione e la diffusione dei biofilm (vedi figura 1). Dopo la fase di attaccamento, i batteri inizieranno a formare un (mono) strato e produrranno uno strato di matrice polimerica a protezione. Nell’ultima fase, alcune cellule o parti del biofilm maturo iniziano a staccarsi e disperdersi nell’ambiente come altre cellule planctoniche, iniziando un possibile nuovo ciclo di formazione di biofilm in diverse parti dell’animale (Guzmán-Soto et al., 2021). La formazione del biofilm può avvenire in background per un tempo molto lungo senza interessare la vacca. Questo può cambiare se le condizioni diventano favorevoli per i batteri nel biofilm e sfavorevoli per la vacca.

Posizione della formazione del biofilm

Le superfici esterne e interne degli animali sono ospiti ideali per la colonizzazione microbica. Tuttavia, i microbi affrontano diverse sfide ambientali quando entrano nel corpo, che minacciano le loro probabilità di sopravvivenza e riducono le loro possibilità di garantirsi una colonizzazione stabile. La formazione di biofilm è una strategia di sopravvivenza per rispondere a queste sfide e garantire la sopravvivenza dei batteri. La ricerca ha dimostrato che la produzione di biofilm è un importante meccanismo di danneggiamento da parte dei microrganismi, costituiti da batteri patogeni, responsabili dei problemi di salute della mammella (Gomes et al., 2016).  La presenza di biofilm nelle ghiandole mammarie si traduce in un abbassamento di reattività ai metodi tradizionali.

Fattori coinvolti nello sviluppo e nella persistenza delle problematiche  di salute della mammella

Le problematiche di  salute della mammella e quindi la formazione di biofilm possono insorgere in modo silente e nascosto senza che l’allevatore sia consapevole del suo potenziale pericolo. È importante rendersi conto che la formazione del biofilm spesso inizia già nelle manze, semplicemente non è visibile perché l’animale non è ancora stato stressato. Le manze presentano spesso alti livelli di energia quindi sono in grado di fronteggiare bene le sfide, ad ogni modo questo è l’inizio di problemi futuri e deve essere affrontato in tempo.

Problematiche importanti  possono compromettere la salute e il benessere degli animali, portando quindi ad una diminuzione della produzione di latte, a un aumento dei costi sanitari, a tassi di riforma  più elevati e, nel peggiore dei casi, persino alla morte (Melchior et al. 2006). Le ripercussioni economiche  sono significative e si stanno compiendo molti sforzi per superare le sfide riguardanti la salute della mammella, però con scarsi risultati. Questa condizione  è in gran parte causata dalla mancanza di risposta ai metodi tradizionali. Le problematiche  particolarmente persistenti sono difficili da superare ed  eradicare. L’età, la parità, lo stadio di lattazione, la posizione nel quarto interessato e la conta delle cellule somatiche (SCC) giocano un ruolo nel tasso di superamento (Sol et al., 1997). Le vacche in lattazione sono più impegnative e mostrano tassi di risoluzione più bassi., questo  vale anche per le vacche più anziane o con un elevato numero di SCC. I problemi persistenti per la salute della mammella sono spesso etichettati come estremamente difficili da risolvere (Sol et al., 2000).

Come sostenere le vacche durante le problematiche di salute della mammella?

Per aiutare le vacche quando affrontano  problemi di salute della mammella e aumentare le possibilità di successo, AHV ha sviluppato il programma AHV Salute della mammella. Per mantenere la mammella delle vacche il più sana possibile è importante monitorare l’animale, preferibilmente utilizzando dati (latte) che forniscano ulteriori dettagli. La chiave è avere un atteggiamento proattivo per mantenere gli animali sani e in produzione, perché più a lungo la mammella rimane sana, più gli animali ne trarranno beneficio,  questo consentirà  meno perdite e un  generale miglioramento della salute. Il programma AHV Salute della mammella ha riscosso un grande successo grazie alla tecnologia AHV QSA, in attesa di brevetto, che si focalizza direttamente sul biofilm formato nella mammella,  affrontando la sfida all’origine!

Il programma AHV Salute della mammella

Il programma AHV Salute della mammella individua quattro categorie*:

• UDR – C:mammella sana
• UDR – L: Max. 2 segnali riguardanti la salute della mammella negli ultimi 18 mesi
• UDR – P: Max. 3 segnali  forti riguardanti la salute della mammella negli ultimi 18 mesi
• UDR – R: Più di 3 segnali forti negli ultimi 18 mesi

* Le categorie e le segnalazioni si basano sui dati dei controlli funzionali

La nostra ricerca mostra che per un miglioramento significativo, non importa quanto il conteggio delle cellule somatiche si discosti dal valore normale. In media, quasi l’85% (vedi tabella) dei gruppi in cui raccomandiamo (UDR – L & P) di somministrare una soluzione (AHV Quick, Extra, Aspi) mostrano un risultato positivo al successivo controllo funzionale Negli animali più giovani, vediamo anche un risultato positivo in 9 vacche su 10.

Quali sono i vantaggi di una salute ottimale della mammella?

Gli animali che sono in salute sono più produttivi e richiedono meno interventi. Per l’allevatore, ciò significa una produzione di latte più elevata e di migliore qualità e una mandria complessivamente più sana con dati  di produzione più alti e duraturi. Gli animali poco performanti sono la principale causa di sostituzione con animali più giovani e quindi meno produttivi. La produzione e la qualità del latte, che non rispettano standard specifici, hanno un impatto economico negativo sul reddito complessivo di un’azienda. L’importanza di un intervento tempestivo è quindi essenziale per mantenere la mandria  sana e mantenere una buon profitto economico situazione finanziaria.

In AHV impariamo ogni giorno di più sul biofilm

La formazione di biofilm è considerata una condizione selettiva favorevole per i batteri patogeni che causano problemi di salute della mammella, facilitando la persistenza batterica al suo interno. Una conoscenza più approfondita del biofilm in relazione alle problematiche di  salute della mammella può aiutare a determinare la strategia più efficace per affrontare queste difficoltà al fine di ridurre le perdite e garantire la sicurezza e la qualità del latte. Per questa ragione, in AHV ci impegniamo a studiare costantemente, nel nostro centro di ricerca, come rendere i nostri prodotti ancora più efficaci.

Fonti:

• 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.