Biofilm en hun rol in uiergezondheid

Biofilms zijn al ongeveer 3.4 miljard jaar op aarde aanwezig en zijn de meest succesvolle en wijdverspreide levensvorm op aarde (Westall et al. 2001). Hun eigenschappen maken ze uniek en ze spelen een centrale rol in microbiële evolutie en aanpassing. Deze eigenschappen zijn verkregen door miljarden jaren van evolutionaire aanpassingen. Dit is wat ze zo succesvol maakt in hun overlevingsstrategie onder extreme omstandigheden. Maar wat bestaat al zo lang en is zo succesvol? Het heet biofilm! De overleving en het bestaan van een groot aantal micro-organismen is dankzij de formatie van biofilm. Biofilm vorming is een microbieel verdedigingsmechanisme om het voortbestaan van bacteriën te garanderen. Dit veroorzaakt een verminderde reactie op reguliere methodes, met nadelige gevolgen op diergezondheid. We vertellen u graag meer over hoe biofilm vorming de diergezondheid beïnvloed, met name hoe ze een uitdaging vormen voor de uiergezondheid.

Biofilms kunnen een grote verscheidenheid aan biologische en niet-biologische oppervlakten koloniseren (Hall-Stoodley et al., 2004). De ideale biologische omstandigheden voor bacteriën omvatten voldoende voedingsstoffen, vochtigheid, en een geschikte temperatuur. Oftewel, dieren zijn een perfecte bron voor bacteriële kolonisatie en biofilm vorming. Dit kan mogelijk schadelijk zijn voor het dier. Pas in de jaren negentig werden biofilms onderzocht in verband met aanhoudende gezondheidsproblemen (Melchior et al. 2006). Volgens het National Institute of Health, weten we tegenwoordig dat ongeveer 80% van de microbiële problemen een biofilm gerelateerde etiologie hebben (NIH, 2002).

Een gevreesd diergezondheidsprobleem bij melkvee is de uiergezondheid. Micro-organismen zijn de hoofdoorzaak van uiergezondheidsproblemen bij koeien en het vermogen van bacteriën om biofilms te produceren wordt gezien als een belangrijke schadelijke eigenschap in de pathogenese  (FELIPE, et al., 2017). Kennis over biofilm verandert de aanpak van deze problemen, wat invloed heeft op het functioneringsmechanisme van de bacteriekoloniën in de vorm van biofilms. Daarom is het noodzakelijk om te zoeken naar een effectieve methode die de bacteriën in de biofilm beïnvloed om uiergezondheid problemen voor te zijn.

De formatie van biofilm

Biofilms zijn clusters van microben omgeven door een zelfgeproduceerde matrix. Ze komen voor in een 3D microbiële structuur en variëren sterk in vorm en grootte. Er is niet één type biofilm, ze zijn afhankelijk van het type microben dat ze vormt in combinatie met alle mogelijke invloeden van de omgeving. Biofilm-geassocieerde bacteriën kennen een natuurlijke weerstand voor traditionele methoden, desinfectiemiddelen en het dierlijke immuunsysteem. Bacteriën in een biofilm zijn 100-1000 keer minder gevoelig voor traditionele methoden vergeleken met vrij groeiende bacteriën van dezelfde stam (Donlan, 2000). Deze bacteriële persistentie, door de vorming van biofilm, is verantwoordelijk voor de resistentie en vaak de oorzaak van terugkomende problemen.

Biofilm kan binnen 24 uur na hechting worden gevormd. Bacteriën vormen biofilms als reactie op omgevingsstress zoals een verslechterd immuunsysteem, droogzetten of afkalven. Er zijn vijf belangrijke stappen voor de vorming en verspreiding van biofilms (zie figuur 1). Na de aanhechtingsfase beginnen de bacteriën een (mono)laag te vormen en produceren ze een polymere matrixlaag ter bescherming. In de laatste fase beginnen sommige cellen of delen van de volgroeide biofilm los te laten en zich weer als planktonische cellen in de omgeving te verspreiden. Zij kunnen op een andere plek in het dier een nieuwe cyclus van biofilm vorming beginnen (Guzmán-Soto et al., 2021). Biofilm vorming kan heel lang op de achtergrond plaatsvinden zonder dat de koe er last van heeft. Dit kan veranderen als de omstandigheden gunstig zijn voor de bacteriën in de biofilm en ongunstig voor de koe.

Locatie van biofilm formatie

Externe en interne oppervlakken van dieren zijn ideale gastheren voor microbiële kolonisatie. Microben worden bij het binnendringen van het lichaam echter geconfronteerd met verschillende omgevingsuitdagingen, die hun overlevingskansen bedreigen en hun kansen op succesvolle kolonisatie verminderen. Biofilm vorming is een overlevingsstrategie om deze uitdagingen te weerstaan en de overleving van de bacteriën te garanderen. Onderzoek heeft aangetoond dat biofilm productie een belangrijk schadelijk mechanisme is van ongunstige bacteriën die uiergezondheidsproblemen veroorzaken (Gomes et al., 2016). De aanwezigheid van biofilms in melkklieren resulteert in een afnemende gevoeligheid voor reguliere methoden.

Factoren betrokken bij de ontwikkeling en persistentie van uiergezondheidsproblemen

Uiergezondheidsproblemen en ook biofilm formatie kan op de achtergrond ontstaan zonder dat de boer bewust is van potentiële gevaren. Het is belangrijk om te realiseren dat biofilm formatie vaak als start bij vaarzen, dit is echter nog niet zichtbaar omdat het dier er nog geen hinder van ondervindt. Vaarzen zitten vaak nog hoog in energie waardoor ze problemen goed kunnen onderdrukken. Echter is dit de start van toekomstige problemen waardoor ze op tijd opgemerkt moeten worden.  

Serieuze problemen kunnen de diergezondheid verlagen en gaat gepaard met een verminderde melkproductie, hogere medische kosten, een hoger afvoerpercentage en in het ergste geval zelfs de dood (Melchior et al. 2006). De financiële gevolgen zijn aanzienlijk en er wordt veel moeite gedaan om de uiergezondheidsproblemen voor te zijn, met matige resultaten. Dit komt voornamelijk door de ongevoeligheid voor reguliere methoden. Vooral hardnekkige problemen zijn moeilijk aan te pakken wat de uitroeiing belemmerd. Leeftijd, pariteit, stadium van lactatie, en positie in de getroffen kwartier en celgetal (SCC) spelen ook een rol in de kans op succes (Sol et al., 1997). Lacterende koeien zijn een grotere uitdaging en laten een lagere succespercentage zien. Dit geldt ook voor oudere koeien met een hoog celgetal. Aanhoudende uiergezondheidsproblemen worden vaak bestempeld als extreem moeilijk op te lossen (Sol et al., 2000).

Hoe kunnen koeien met uiergezondheidsproblemen ondersteund worden?

Om koeien te ondersteunen tijdens uiergezondheidsproblemen en de kans op slagen te vergroten, heeft AHV het AHV Uiergezondheidsprogramma ontwikkeld. Om het uier van koeien zo gezond mogelijk te houden, is het belangrijk om het dier te monitoren, bij voorkeur met behulp van (melk)gegevens welke extra inzichten geven. De sleutel is een proactieve houding om de dieren gezond en in productie te houden, want hoe langer het uier gezond blijft, hoe meer de dieren ervan zullen profiteren. Dit leidt tot minder verliezen en een verbeterd welzijn. Het AHV Uiergezondheidsprogramma is zeer succesvol dankzij de AHV QSA-technologie, waarvoor patent is aangevraagd en die zich rechtstreeks richt op de biofilm die in de uier wordt gevormd. Zo pakt AHV het probleem bij de bron aan!

Het AHV Uiergezondheidsprogramma

Het AHV Uiergezondheidsprogramma onderscheidt zich in vier categorieën*:

• UDR – C: Een gezond uier
• UDR – L: Max. 2 aandachtspunten met betrekking tot Uiergezondheid in de laatste 18 maanden
• UDR – P: Max. 3 sterke aandachtspunten met betrekking tot Uiergezondheid in de laatste 18 maanden
• UDR – R: Meer dan 3 sterke aandachtspunten in de laatste 18 maanden

* Categorieën en aandachtspunten zijn gebaseerd op melk opname gegevens

Uit ons eigen onderzoek blijkt dat het voor een significante verbetering niet uitmaakt hoeveel het celgetal afwijkt van de normale waarde. Gemiddeld genomen liet bijna 85% (zie tabel) van de groepen waarbinnen we adviseerden (UDR – L & P) een oplossing toe te dienen (AHV Quick, Extra, Aspi) een positief resultaat zien bij de volgende melk meting. Bij de jongste dieren zien we zelfs bij 9 van de 10 koeien een positief resultaat.

Wat zijn de voordelen van een optimale uiergezondheid

Dieren die gezond zijn, produceren optimaler en vereisen minder ingrepen. Voor de melkveehouder betekent dit een hogere en kwalitatief betere melkopbrengst en een algeheel gezondere veestapel met hogere productiecijfers op termijn. Ondermaats presterende dieren zijn de belangrijkste reden voor vervanging door jongere, en dus lager producerende dieren. Melkproductie en melkkwaliteit die niet aan bepaalde normen voldoen, hebben negatieve economische gevolgen voor de inkomsten van een bedrijf. Het belang van tijdig ingrijpen is daarom essentieel om de veestapel gezond te houden en een gezonde financiële situatie te behouden.

Bij AHV, leren we elke dag meer over biofilm

Biofilm vorming wordt beschouwd als een selectief voordeel voor ongunstige bacteriën die uiergezondheidsproblemen veroorzaken, waardoor bacteriële persistentie in de uier wordt vergemakkelijkt. Een diepere kennis van biofilm in relatie tot uiergezondheidsproblemen kan helpen bij het bepalen van de meest effectieve strategie om deze problemen aan te pakken om verliezen te beperken en de melkveiligheid en -kwaliteit te waarborgen. Daarom onderzoeken we bij AHV in onze eigen onderzoeksfaciliteit voortdurend hoe we onze producten nog effectiever kunnen maken.

Bronnen:

• 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.