Biofilm og deres rolle i yversundhed

Biofilm har været til stede på jorden i omkring 3,4 milliarder år og er den mest succesrige og bredt distribuerede form for liv på jorden (Westall et al. 2001). Deres egenskaber gør dem unikke, og de indtager en central rolle i mikrobiel udvikling og tilpasning. Disse egenskaber er blevet erhvervet gennem milliarder af års evolutionær tilpasning. Det er det, der gør dem succesfulde i deres overlevelsesstrategi under ekstreme forhold. Men hvad har eksisteret så længe og har været så vellykket? Det hedder biofilm! Overlevelsen og eksistensen af en bred vifte af mikroorganismer skyldes biofilmdannelse. Biofilmdannelse er en mikrobiel forsvarsmekanisme for at sikre bakteriers overlevelse. Dette medfører nedsat lydhørhed over for almindelige metoder med negative virkninger på dyresundheden. Vi vil gerne fortælle dig mere om, hvordan biofilmdannelse påvirker dyresundheden, og især hvordan de udgør en udfordring for yversundheden.

Biofilm kan kolonisere et stort udvalg af biologiske eller ikke-biologiske overflader (Hall-Stoodley et al., 2004). De ideelle biologiske betingelser for, at bakterier kan få succes, inkluderer nok næringsstoffer, fugtighed og en passende temperatur. Således er dyr en perfekt kilde til bakteriel kolonisering og biofilmdannelse. Dette kan være potentielt skadeligt for dyret. Det var først i 1990’erne, at biofilm blev undersøgt i forhold til vedvarende sundhedsmæssige udfordringer (Melchior et al. 2006). Ifølge National Institute of Health ved vi i dag, at ca. 80% af de mikrobielle udfordringer har en biofilmrelateret etologi (NIH, 2002).

En berygtet dyresundhedsudfordring hos malkekvæg er yversundhed. Mikroorganismer er hovedårsagen til yversundhedsudfordringer hos køer, og bakteriernes evne til at producere biofilm betragtes som en vigtig virulent egenskab i patogenesen (FELIPE, et al., 2017). Viden om biofilm ændrer tilgange til at håndtere disse udfordringer, hvilket påvirker mekanismerne for bakteriesamfundenes funktion i form af biofilm. Derfor er det nødvendigt at søge efter effektive metoder, der kan påvirke bakterierne i biofilm for at være på forkant med yversundhedsproblemer.

Dannelsen af biofilm

Biofilm er klynger af mikrober indesluttet i en egenproduceret matrix. De vises i en 3D mikrobiel struktur og varierer meget i form og størrelse. Der er ikke en enkelt type biofilm, de vil afhænge af den type mikrober, der danner dem i kombination med alle mulige påvirkninger, der kommer fra miljøet. Biofilm-associerede bakterier viser en medfødt resistens over for traditionelle metoder, desinfektionsmidler og dyrets immunsystem. Bakterier i biofilm er 100-1000 gange mindre modtagelige for traditionelle metoder sammenlignet med frit voksende bakterier af samme stamme (Donlan, 2000). Denne bakterielle vedholdenhed, gennem dannelsen af biofilm, er ansvarlig for resistens og ofte roden til tilbagevendende udfordringer.

Biofilm kan dannes inden for 24 timer efter fastgørelse. Bakterier danner biofilm som reaktion på miljøbelastninger såsom et nedsat immunsystem, tørring, kælvning eller fanget. Der er fem hovedtrin til dannelse og spredning af biofilm (se figur 1). Efter fastgørelsesfasen begynder bakterierne at danne et (mono) lag og producere et polymert matrixlag til beskyttelse. I den sidste fase begynder nogle celler eller dele af den modne biofilm at løsne sig og sprede sig i miljøet som planktoniske celler igen. De kan starte en ny cyklus af biofilmdannelse andre steder i dyret (Guzmán-Soto et al., 2021). Biofilmdannelse kan finde sted i baggrunden i meget lang tid uden at påvirke koen. Dette kan ændre sig, hvis forholdene er gunstige for bakterierne i biofilmen og ugunstige for koen.

Placering af biofilmdannelse

Ydre og indre overflader af dyr er ideelle værter til mikrobiel kolonisering. Imidlertid står mikrober over for forskellige miljømæssige udfordringer, når de kommer ind i kroppen, hvilket truer deres odds for overlevelse og reducerer deres chancer for vellykket kolonisering. Biofilmdannelse er en overlevelsesstrategi for at modstå disse udfordringer for at sikre bakteriernes overlevelse.  Forskning har vist, at biofilmproduktion er en vigtig mikroorganismes skadelige mekanisme for ugunstige bakterier, der forårsager yversundhedsudfordringer (Gomes et al., 2016).  Tilstedeværelsen af biofilm i brystkirtler resulterer i en nedsat modtagelighed for regelmæssige metoder.

Faktorer involveret i udviklingen og vedholdenheden af yversundhedsudfordringer

Yversundhedsudfordringer og dermed biofilmdannelse kan opstå stille og roligt i baggrunden, uden at landmanden er opmærksom på nogen potentiel fare. Det er vigtigt at indse, at biofilmdannelse ofte allerede starter hos kvierne, det er bare ikke synligt, fordi dyret ikke er generet af det endnu. Kvier har ofte stadig et højt energiniveau, så de kan godt undertrykke udfordringer. Dette er imidlertid starten på fremtidige udfordringer og skal løses i tide.

Alvorlige udfordringer kan forringe dyrenes sundhed og velfærd og ledsages af nedsat mælkeproduktion, øgede sundhedsomkostninger, højere udsætningsrate og i værste fald endda død (Melchior et al. 2006). De økonomiske konsekvenser er betydelige, og der gøres en stor indsats for at komme yversundhedsudfordringerne i forkøbet med middelmådige resultater. Dette skyldes i høj grad, at det ikke reagerer på regelmæssige metoder. Det er vanskeligt at tackle særligt vedvarende udfordringer, som hindrer udryddelse. Alder, plads i herakiet, laktationsstadie, position i det påvirkede yverdel og det somatiske celletal (SCC) spiller også en rolle i succesraten (Sol et al., 1997). Lakterende køer er mere udfordrende og viser lavere succesrater. Det gælder også ældre køer eller køer med høje SCC-tal. Vedvarende yversundhedsudfordringer betegnes ofte som ekstremt vanskelige at løse (Sol et al., 2000).

Hvordan støtter man køer under yversundhedsudfordringer?

For at støtte køer under yversundhedsudfordringer og øge chancerne for succes udviklede AHV sit AHV Udder Health Program. For at holde køernes yver så sundt som muligt er det vigtigt at overvåge dyret, helst ved hjælp af (mælke)data, der giver yderligere indsigt. Nøglen er at have en proaktiv holdning til at holde dyrene sunde og i produktion, for jo længere yveret forbliver sundt, jo mere vil dyrene drage fordel. Hvilket Fører til mindre tab, samt forbedret trivsel.

AHV Udder Health Program er meget vellykket på grund af dets patentanmeldte AHV QSA-teknologi, som direkte er målrettet mod biofilmen dannet i yveret. På denne måde vil AHV tackle udfordringen ved kilden!

AHV Yver-sundhedsprogrammet

AHV Udder Health Program identificerer fire kategorier*:

• UDR – C: Et sundt yver
• UDR – L: Maks. 2 tilfælde vedrørende yversundhed i de sidste 18 måneder
• UDR – P: Maks. 3 stærke tilfælde vedrørende yversundhed i de sidste 18 måneder
• UDR – R: Mere end 3 stærke tilfælde i de sidste 18 måneder

* Kategorier og opmærksomheder er baseret på mælkeregistreringsdata

Vores egen forskning viser, at for en signifikant forbedring er det ligegyldigt, hvor meget det somatiske celletal afviger fra den normale værdi. I gennemsnit viser næsten 85% (se tabel) af de grupper, hvor vi anbefaler (UDR – L & P), der består af en løsning med (AHV Quick, Extra, Aspi), et positivt resultat ved næste mælkekontrol. Hos de yngste dyr ser vi endda et positivt resultat hos 9 ud af 10 køer.

Hvad er fordelene ved optimal yversundhed?

Dyr, der er sunde, producerer mere optimalt og kræver mindre arbejde. For mælkeproducenten betyder det et højere mælkeydelse af bedre kvalitet og en generelt sundere besætning med højere produktionsresultater over tid. Underpræsterende dyr er hovedårsagen til udskiftning med yngre og derfor lavere ydende dyr. Mælkeproduktion og mælkekvalitet, der ikke opfylder specifikke standarder, har en negativ økonomisk indvirkning på en bedrifts indtjening. Betydningen af rettidig indgriben er derfor afgørende for at holde dyrene sunde og opretholde en sund økonomisk situation.

Hos AHV lærer vi mere om biofilm hver dag

Biofilmdannelse betragtes som en selektiv fordel for ugunstige bakterier, der forårsager yversundhedsudfordringer, hvilket letter bakteriel persistens i yveret. Dybere viden om biofilm i forhold til yversundhedsudfordringer kan hjælpe med at bestemme den mest effektive strategi til at tackle disse udfordringer for at reducere tab og sikre mælkesikkerhed og kvalitet. Derfor undersøger vi hos AHV konstant i vores eget forskningsanlæg, hvordan vi kan gøre vores produkter endnu mere effektive.

Kilder:

• 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.