Biofilm i njihova uloga u zdravlju vimena

Biofilm je prisutan na Zemlji oko 3,4 milijarde godina i najuspešniji je i najrasprostranjeniji oblik života na Zemlji (Westall i saradnici, 2001). Njegove karakteristike ga čine jedinstvenim i zauzima centralnu ulogu u evoluciji i adaptaciji mikroba. Ove karakteristike su stečene milijardama godina evolucione adaptacije. To je ono što ga čini uspešnim u strategiji opstanka u ekstremnim uslovima. Ali šta postoji tako dugo i zašto je bilo tako uspešno? Zove se biofilm! Opstanak i postojanje širokog spektra mikroorganizama posledica je formiranja biofilma. Formiranje biofilma je odbrambeni mehanizam mikroba koji obezbeđuje opstanak bakterija. To uzrokuje smanjenu reakciju na redovne metode, sa nepovoljnim efektima na zdravlje životinja. Želeli bismo da vam kažemo nešto više o tome kako formiranje biofilma utiče na zdravlje životinja i, posebno, kako oni predstavljaju izazov za zdravlje vimena.

Biofilm može kolonizirati veliki broj bioloških ili nebioloških površina (Hall-Stoodley i saradnici, 2004). Idealni biološki uslovi za uspeh bakterije uključuju dovoljno hranljivih materija, vlažnost vazduha i odgovarajuću temperaturu. Stoga su životinje savršen izvor za bakterijsku kolonizaciju i formiranje biofilma. Ovo može biti potencijalno štetno za životinju. Tek devedesetih godina prošlog veka biofilm je bio istražen u vezi sa upornim zdravstvenim izazovima (Melchior i saradnici, 2006). Prema Nacionalnom institutu za zdravlje danas znamo da oko 80% mikrobnih izazova ima etiologiju povezanu sa biofilmom  (NIH, 2002).

Ozloglašeni izazov zdravlja životinja kod mlečnih 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, i saradnici, 2017). Saznanja o biofilmu menjaju pristupe suočavanju sa ovim izazovima, što utiče na mehanizme funkcionisanja bakterijskih zajednica u vidu biofilma. Zato je neophodno tražiti efikasne metode koje bi uticale na bakterije u biofilmu da ostanu ispred zdravstvenih problema vimena.

Formiranje biofilma

Biofilm je klaster mikroba ograđen samoproizvdenom matricom. Pojavljuje se u 3D mikrobnoj strukturi i veoma se razlikuje po obliku i veličini. Ne postoji nijedan tip biofilma, oni će zavisiti od vrste mikroba koji ih formiraju u kombinaciji sa svim mogućim uticajima koji dolaze iz okruženja. Bakterije povezane sa biofilmom pokazuju urođenu otpornost na tradicionalne metode, dezinfekciona sredstva i imuni sistem životinja. Bakterije u biofilmu su 100-1000 puta manje podložne tradicionalnim metodama u poređenju sa slobodno rastućim bakterijama istog soja (Donlan, 2000). Ova bakterijska upornost, kroz formiranje biofilma, odgovorna je za otpornost i često je uzrok ponavljanja izazova.

Biofilm se može formirati u roku od 24 sata nakon vezivanja. Bakterije formiraju biofilm kao odgovor na stresove okoline kao što su oslabljeni imuni sistem, zasušenje ili teljenje. Postoji pet glavnih koraka za formiranje i širenje biofilma (vidi sliku 1). Nakon faze vezivanja, bakterije će početi da formiraju (mono) sloj i proizvodiće polimerni matrični sloj za zaštitu. U poslednjoj fazi, neke ćelije ili delovi zrelog biofilma ponovo počinju da se odvajaju i raspršuju u životnu sredinu kao planktonske ćelije. Oni mogu da započnu novi ciklus formiranja biofilma na drugim mestima u životinji (Guzmán-Soto i saradnici, 2021). Formiranje biofilma može da se odvija u pozadini veoma dugo, a da ne utiče na kravu. To se može promeniti ako su uslovi povoljni za bakterije u biofilmu i nepovoljni za kravu.

Lokacija formiranja biofilma

Spoljašnje i unutrašnje površine životinja su idealni domaćini za mikrobnu kolonizaciju. Međutim, mikrobi se suočavaju sa različitim izazovima životne sredine prilikom ulaska u telo, što ugrožava njihove izglede za preživljavanje i smanjuje njihove šanse za uspešnu kolonizaciju. Formiranje biofilma je strategija preživljavanja koja će izdržati ove izazove kako bi se osiguralo preživljavanje bakterija.  Istraživanja su pokazala da je proizvodnja biofilma važan mehanizam oštećenja mikroorganizama od nepovoljnih bakterija koje izazivaju zdravstvene izazove vimena (Gomes i saradnici, 2016).  Prisustvo biofilma u mlečnim žlezdama dovodi do smanjene osetljivosti na redovne metode.

Faktori uključeni u razvoj i postojanost zdravstvenih izazova vimena

Zdravstveni izazovi vimena, a samim tim i formiranje biofilma, mogu se pojaviti tiho u pozadini, a da farmer ne bude svestan bilo kakve potencijalne opasnosti. Važno je shvatiti da formiranje biofilma često počinje već kod junica, samo se jednostavno ne vidi jer životinji to još uvek ne smeta. Junice su često još uvek pune energije tako da mogu dobro da potisnu izazove. Međutim, ovo je početak za buduće izazove i potrebno ga je rešiti na vreme.

Ozbiljni izazovi mogu da ugroze zdravlje i dobrobit životinja i praćeni su smanjenom proizvodnjom mleka, povećanim troškovima zdravstvene zaštite, većom stopom odvajanja i u najgorem slučaju čak i smrću (Melchior i saradnici, 2006). Finansijske implikacije su značajne i ulaže se mnogo napora da se prevaziđu zdravstveni izazovi vimena, uz osrednje rezultate. To je uglavnom posledica nereagovanja na redovne metode. Posebno uporne izazove je teško rešiti, što otežava iskorenjivanje. Starost, paritet, faza laktacije, položaj u pogođenoj četvrti i broj somatskih ćelija (SCC) takođe igraju ulogu u stopi uspeha (Sol i saradnici, 1997). Krave u laktaciji su izazovnije i pokazuju nižu stopu uspeha. To se takođe odnosi na starije krave ili krave sa visokim brojem SCC. Uporni zdravstveni izazovi vimena često su označeni kao izuzetno teški za rešavanje (Sol i saradnici, 2000).

Kako podržati krave tokom zdravstvenih izazova vimena?

Da bi podržao krave tokom zdravstvenih izazova vimena i povećao šanse za uspeh, AHV je razvio AHV program za zdravlje vimena. Da bi vime krava bila što zdravije, važno je pratiti životinju, po mogućstvu koristeći podatke (mleka) koji pružaju dodatne uvide. Ključno je imati proaktivan stav kako bi životinje ostale zdrave i u proizvodnji, jer što duže vime ostane zdravo, životinje će više imati koristi. Što je dovelo do manjeg gubitka, poboljšanog blagostanja. AHV program za zdravlje vimena je veoma uspešan zbog svoje patentirane AHV QSA tehnologije, koja direktno cilja na biofilm formiran u  vimena. Na ovaj način, AHV će se uhvatiti u koštac sa izazovom na izvoru!

AHV program za zdravlje vimena

AHV program za zdravlje vimena identifikuje četiri kategorije*:

• UDR – C: Zdravo vime
• UDR – L: Max. 2 pažnje u vezi sa zdravljem vimena u poslednjih 18 meseci
• UDR – P: Max. 3 snažne pažnje u vezi sa zdravljem vimena u poslednjih 18 meseci
• UDR – R: Više od 3 snažne pažnje u poslednjih 18 meseci

* Kategorije i pažnje su zasnovane na podacima iz evidencije mleka

Naše sopstveno istraživanje pokazuje da za značajno poboljšanje nije važno koliko broj somatskih ćelija odstupa od normalne vrednosti. U proseku, skoro 85% (vidi tabelu) grupa u kojima preporučujemo (UDR – L & P) aplikacija rešenja (AHV Quick, Extra, Aspi) pokazuje pozitivan rezultat na sledećoj evidenciji mleka. Kod najmlađih životinja, čak vidimo pozitivan rezultat kod 9 od 10 krava.

Koje su prednosti optimalnog zdravlja vimena?

Životinje koje su zdrave, proizvode optimalnije i zahtevaju manje intervencije. Za farmera to znači veći, i kvalitetniji prinos mleka, i sveukupno zdravije stado sa većim brojem proizvodnje tokom vremena. Životinje sa lošim učinkom glavni su razlog za zamenu mlađim životinjama, a samim tim i životinje niže proizvodnje. Proizvodnja mleka i kvalitet mleka koji ne ispunjava posebne standarde imaju negativan ekonomski uticaj na prihode farme. Važnost pravovremene intervencije je stoga od suštinskog značaja kako bi stoka bila zdrava i da bi se održala zdrava finansijska situacija.

U AHV-u svakodnevno saznajemo više o biofilmu

Formiranje biofilma smatra se selektivnom prednošću za nepovoljne bakterije koje izazivaju zdravstvene izazove, olakšavajući bakterijsku upornost u vimenu. Dublje poznavanje biofilma u vezi sa zdravstvenim izazovima vimena može pomoći u određivanju najefikasnije strategije za rešavanje ovih izazova kako bi se smanjili gubicia i obezbedila bezbednost i kvalitet mleka. Stoga, u AHV-u, stalno istražujemo u sopstvenom istraživačkom postrojenju kako da učinimo naše proizvode još efikasnijim.

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.