Biofilm in njegova vloga pri zdravju vimena

Biofilmi so na zemlji prisotni že približno 3,4 milijarde let in je najuspešnejša in najbolj razširjena oblika življenja na zemlji (Westall et al. 2001). Zaradi svojih lastnosti so edinstveni in imajo osrednjo vlogo pri mikrobnem razvoju ter prilagajanju. Te značilnosti so bile pridobljene z milijardami let evolucijskega prilagajanja. To je vzrok, zaradi česar so uspešni v svoji strategiji preživetja. Preživetje in obstoj širokega nabora mikroorganizmov je posledica tvorbe biofilma, kar je mikrobni obrambni mehanizem, ki zagotavlja preživetje bakterij. To povzroča odpornost na običajne in tradicionalne zdravstvene metode, kar ima posledično škodljive učinke na zdravje živali. Radi bi vam povedali več o tem, kako tvorba biofilma vpliva na zdravje živali in še posebej, kako predstavljajo izziv zlasti pri zdravju vimena.

Biofilmi lahko kolonizirajo veliko različnih bioloških ali nebioloških površin (Hall-Stoodley et al., 2004). Idealni biološki pogoji za uspešno delovanje bakterij vključujejo dovolj hranil, vlažnost in primerno temperaturo. Zaradi omenjenih pogojev so živali popolni gostitelji za naselitev bakterij in tvorbo biofilma, ki je lahko potencialno škodljiv za žival. Šele v devetdesetih letih 20. stoletja so biofilme raziskali v povezavi z dolgotrajnimi ali ponavljajočimi se zdravstvenimi izzivi (Melchior et al. 2006). Po podatkih Nacionalnega inštituta za zdravje danes vemo, da ima približno 80 % mikrobnih izzivov etologijo, povezano z biofilmom (NIH, 2002).

Razvpit zdravstveni izziv pri kravah molznicah je v notranjosti vimena. Mikroorganizmi so glavni vzrok za pojavnost izzivov z zdravjem vimena pri kravah. Sposobnost bakterij, da proizvajajo biofilme velja za pomembno virulentno lastnost v patogenezi zdravja vimena (FELIPE et al., 2017). Znanje o biofilmu bo spremenilo pristop, potreben za spopadanje s temi izzivi, ki vplivajo na mehanizme delovanja bakterijskih združb v obliki biofilmov. Zato je potrebno poiskati učinkovite metode, ki bi vplivale na bakterije v biofilmih, da bi bolj proaktivno pristopili k reševanju zdravstvenih izzivov vimena.

Tvorba biofilma

Biofilmi so skupki mikrobov, zaprti v samoproizvedeno matrico, ki deluje kot zaščitna plast. Pojavijo se v 3D mikrobni strukturi in se med seboj zelo razlikujejo po obliki in velikosti. Ne obstaja ena sama vrsta biofilma, odvisna je od vrste mikrobov, ki tvorijo biofilm v kombinaciji z vsemi možnimi vplivi iz okolja. Z biofilmom povezane bakterije kažejo prirojeno odpornost na tradicionalne metode, razkužila in živalski imunski sistem. Bakterije v biofilmu so 100-1000-krat manj dovzetne za tradicionalne metode zdravljenja v primerjavi s prosto lebdečimi bakterijami istega seva (Donlan, 2000). Ta bakterijska obstojnost prek tvorbe biofilma je odgovorna za odpornost in pogosto vzrok ponavljajočih se izzivov.

Biofilm se lahko začne tvoriti v 24. urah po pritrditvi v organizem. Bakterije tvorijo biofilme kot odziv na okoljske obremenitve, kot je oslabljen imunski sistem, presušitev ali telitev. Obstaja pet glavnih korakov za razvoj in širjenje biofilma (glej sliko 1). Po fazi pritrditve bodo bakterije začele tvoriti (mono)plast in proizvajati polimerno matrično plast za zaščito. V zadnji fazi se nekatere celice ali deli zrelega biofilma začnejo odvajati in se tako ponovno razpršijo v okolje kot planktonske celice. Kasneje lahko na ta način začnejo oblikovati nov cikel nastajanja biofilma drugje v organizmu živali (Guzmán-Soto et al., 2021). Nastanek biofilma lahko zelo dolgo poteka v ozadju, ne da bi to kakorkoli vplivalo na kravo. Le-to se lahko spremeni v obdobju, ko je organizem živali izpostavljen stresnim dejavnikom, ko lahko bakterije v bakterijah (biofilmu) napadejo organizem krave.

Lokacija nastanka biofilma

Zunanje in notranje površine organizma živali so idealni gostitelji za mikrobno kolonizacijo. Vendar se mikrobi ob vstopu v telo soočajo z različnimi okoljskimi izzivi, ki ogrožajo njihove možnosti preživetja in s tem zmanjšujejo možnosti za uspešno kolonizacijo mikrobov. Tvorba biofilma je glavna strategija preživetja, da se zoperstavi tem izzivom in zagotovi, da bakterije ostanejo prisotne v metabolizmu živali. Raziskave so pokazale, da je proizvodnja biofilma pomemben mehanizem, ki ga uporabljajo neugodne bakterije pri povzročanju zdravstvenih izzivov vimena (Gomes et al., 2016). Prisotnost biofilmov v mlečnih žlezah ima za posledico zmanjšano verjetnost uspeha tradicionalnih metod pri reševanju nastalih izzivov.

Dejavniki, ki vplivajo na razvoj in obstojnost zdravstvenih izzivov vimena

Izzivi zdravja vimena in nastajanje biofilma so lahko dalj časa neopaženi. Pomembno se je zavedati, da se tvorba biofilma pogosto začne že pri telicah, vendar se skriva, saj še niso šle skozi huda obdobja stresa. Telice imajo pogosto še vedno veliko energije z dobro uravnoteženim imunskim sistemom, tako da lahko dobro in uspešno zatrejo morebitne izzive. Vendar pa je to lahko začetek za pojavnost izzivov v nadaljni reji, zato se jih je potrebno pravočasno lotiti.

Resni zdravstveni izzivi bodo vplivali na splošno zdravje in dobro počutje živali, spremljajo pa jih zmanjšana proizvodnja mleka, povečani stroški zdravstvene oskrbe, višje stopnje izločitve in v najslabšem primeru smrt (Melchior et al. 2006). Finančne posledice so znatne in potrebno je veliko truda, da premagamo izzive zdravja vimena s povprečnimi rezultati. To je predvsem posledica tega, da bakterije postanejo odporne. Posebej težko se je spopasti s trdovratnimi izzivi, kar ovira izkoreninjenje le-teh. Starost, pariteta, stopnja laktacije, položaj v prizadete četrti in število somatskih celic (ŠSC) prav tako igrajo vlogo pri stopnji uspešnosti terapije (Sol et al., 1997). Krave v laktaciji so bolj zahtevne in imajo nižjo stopnjo uspeha. To velja tudi za starejše krave ali krave z visokim ŠSC. Vztrajne prepreke z zdravjem vimena so pogosto označene kot izjemno težko rešljive (Sol et al., 2000).

Kako podpirati krave med zdravstvenimi izzivi vimena?

Za večje možnosti uspeha premagovanja zdravstvenih ovir vimena, je AHV razvil AHV program Zdravje vimena. Da bi bilo kravje vime čim bolj zdravo, je nujno pomembno spremljati žival, po možnosti z uporabo podatkov (mleka), ki zagotavljajo dodatne vpoglede. Ključnega pomena je proaktiven odnos do ohranjanja zdravja živali in proizvodnje, kajti dlje kot ostane vime zdravo, več koristi imajo živali in s tem tudi kmet. AHV program Zdravje vimena je zelo uspešen zaradi svoje patentirane AHV tehnologije QSA, ki neposredno cilja na biofilm, ki nastane v vimenu, tako da ga razgradi in omogoči imunskemu sistemu krave, da se spopade z izzivom pri samem izvoru!

AHV program Zdravje vimena

AHV program Zdravje vimena opredeljuje štiri kategorije*:

• UDR – C: Obdržimo zdravo vime,
• UDR – L: največ 2 spremembi v zadnjih 18. mesecih,
• UDR – P: največ 3 močne spremembe v zadnjih 18. mesecih,
• UDR – R: več kot 3 močne spremembe v zadnjih 18. mesecih.

*Kategorije in pozornosti temeljijo na mlečnih podatkih

Naše raziskave kažejo, da za občutno izboljšanje ni pomembno, za koliko število somatskih celic (ŠSC) odstopa od normalne vrednosti. V povprečju skoraj 85% (glej tabelo) skupin, pri katerih priporočamo (UDR – L in P) apliciranje naših rešitev (AHV Quick, Extra in Aspi) pokažejo pozitiven rezultat ob naslednji mlečni kontroli. Pri najmlajših živalih opazimo pozitiven rezultat celo pri 9 od 10 krav.

Kakšne so prednosti optimalnega zdravja vimena?

Živali, ki so zdrave, imajo optimalno prozvodnjo in posledično potrebujejo manj posegov v njihov organizem lahko dlje časa ostanejo v čredi. Za pridelovalca mleka to pomeni večjo in kakovostnejšo mlečnost ter na splošno bolj zdravo čredo z višjimi proizvodnimi številkami skozi čas. Neuspešne živali so glavni razlog za zamenjavo z mlajšimi in zato manj produktivnimi živalmi. Količina proizvodnje in kakovost mleka, ki ne izpolnjujeta  standardov, negativno vplivata na prihodek kmetije. Pomen pravočasnega odziva na morebitne zdravstvene izzive je zato bistvenega pomena za ohranitev zdrave črede in ohranjanje zdravega finančnega položaja rejca.

V AHV podjetju vsak dan izvemo več o biofilmu

Tvorba biofilma velja za selektivno prednost neugodnih bakterij, ki povzročajo zdravstvene izzive vimena, kar tem bakterijam olajša obstojnost v vimenu. Poglobljeno poznavanje biofilma v povezavi z zdravstvenimi izzivi vimena lahko pomaga določiti najučinkovitejšo strategijo za reševanje teh izzivov, da bi zmanjšali izgube ter zagotovili varnost in kakovost mleka. Zato pri AHV v lastni raziskovalni ustanovi nenehno raziskujemo, kako narediti naše izdelke še učinkovitejše.

Viri:

• 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.