De kleine dingen die in de neus van een kalf leven, kunnen de sleutel zijn tot de bestrijding van luchtwegaandoeningen bij runderen, de meest kostbare ziekte die de rundvleesindustrie treft.

Jiangchao Zhao, universitair hoofddocent dierwetenschappen aan het Arkansas Agricultural Experiment Station en aan het Dale Bumpers College of Agricultural, Food and Life Sciences, gebruikt next-generation sequencing om de micro-organismen te identificeren die de neusholten van runderen bevolken, bekend als het respiratoire microbioom. Hij heeft die resultaten gecorreleerd aan de aan- of afwezigheid van luchtwegaandoeningen bij rundvee, ook wel BRD genoemd, bij kalveren om te ontdekken welke microbiota de gezondheid van het dier ten goede komen en welke nadelig.

Het Agricultural Experiment Station is de onderzoeksafdeling van de University of Arkansas System Division of Agriculture.

Dure ziekte

Zhao zei dat BRD de rundvleesindustrie maar liefst $ 2 miljard per jaar kost, inclusief sterfte van dieren, vermindering van voerefficiëntie en andere nadelige gevolgen, evenals voor preventie- en behandelingskosten. Alleen al Amerikaanse veevoedergronden leiden tot $ 900 miljoen aan jaarlijkse verliezen door BRD, volgens een artikel, "Economic Effects of Bovine Respiratory Disease", gepubliceerd in het Journal of Animal Science .

Feedlots, vooral voor kalveren die er direct na het spenen naartoe gaan, vormen het grootste risico voor de dieren om BRD te krijgen, zei Zhao. Volgens een rapport van het National Animal Health Monitoring System van de USDA in Fort Collins, Colorado, rapporteerde meer dan 90% van de grote veevoedergronden in de VS BRD als de meest voorkomende ziekte.

"De kalveren worden blootgesteld aan aanzienlijke stress, gaande van het spenen tot het vervoer naar de weide," zei Zhao. "Vermenging met andere dieren draagt ​​bij aan het risico. De eerste maand op de weide is de hoogste periode van kwetsbaarheid voor de ziekte."

Kalveren met een achtergrond, die na het spenen in de wei blijven bij een veehouderij, zijn minder vatbaar voor BRD, zei Zhao, maar niet immuun. De dieren staan ​​nog steeds onder stress tijdens het transport van de koe-kalfboerderij naar de achtergrondboerderij, wat hun immuunrespons verlaagt bij blootstelling aan de ziekte.

Zhao zei dat achtergronden minder stress en minder blootstelling aan BRD met zich meebrengt dan rechtstreeks naar een feedlot gaan. "Het is een goede gewoonte. De kalveren ontwikkelen een gezonder immuunsysteem en zijn groter en sterker als ze eindelijk naar de weide gaan."

Meer dan de helft van de Amerikaanse kalveren gaat echter direct na het spenen naar de weide, zei hij.

Microbioomcorrelatie

Microbiomen zijn kolonies van bacteriën - goed, slecht of onverschillig - die holten in dierlijke lichamen innemen. Zhao en zijn onderzoeksteam onderzoeken deze microbiota bij landbouwdieren om te bepalen hoe de populaties de gezondheid van de dieren beïnvloeden.

In deze studie identificeert Zhao microbiota-soorten die correleren met het voorkomen van luchtwegaandoeningen bij runderen bij elk dier.

Zhao's onderzoek wordt uitgevoerd bij 30 kalveren op elk van de drie onderzoekslocaties van de Division of Agriculture:het Milo J. Shult Agricultural Research and Extension Center in Fayetteville, het Southwest Research and Extension Center in Hope en het Livestock and Forestry Research Station in de buurt van Batesville.

Zhao werkt aan dit onderzoek samen met dierwetenschappelijke collega's Beth Kegley en Jeremy Powell, statisticus van de afdeling Landbouw, Jung Lee, en dierwetenschappers John Richeson van West Texas A&M University en Sarah Capik van Texas A&M University.

"We werken eraan om de oorzaken van de ziekte te begrijpen," zei Zhao.

BRD is bijna altijd een co-infectie, zei hij. Een kalf pikt een virus op - net zoals mensen die verkouden of grieperig worden - en vervolgens maakt een pathogene bacterie misbruik van het aangetaste immuunsysteem van het dier.

"Als je weet wat de ziekte veroorzaakt," zei Zhao, "dan heb je een doelwit voor interventie."

Met behulp van de next-generation sequencing heeft Zhao geobserveerd welke genen worden getranscribeerd tijdens een BRD-infectie, inclusief genen in zowel de ziekteverwekker als in het immuunsysteem van het dier.

"Het volgen van de interactie tussen ziekteverwekker en gastheer is erg ingewikkeld, big data-werk," zei Zhao.

Deze studie wordt gecombineerd met culturomics, zei Zhao, om zowel goede als slechte insecten uit het ademhalingssysteem van runderen te isoleren. Microbioommonsters van de swabs worden verspreid op petrischalen met verschillende groeimedia en gassen om de omgeving van het ademhalingssysteem te simuleren - een proces dat bekend staat als 'plating'. Vervolgens worden de bacteriekolonies op de platen geanalyseerd voor identificatie en karakterisering.

Zhao's laboratoriumteam heeft verschillende potentiële probiotica geïdentificeerd op basis van big data-analyse. Samantha Howe, een Ph.D. student in Bumpers College, was in staat om een ​​deel van de bacteriën te kweken. "Ze werkt aan het verifiëren van de gunstige effecten van deze insecten om te zien of ze ziekteverwekkers kunnen doden of de groei ervan kunnen remmen," zei Zhao.

In vervolgonderzoek zal Zhao die "goede" bacteriën terugvoeren naar de kalveren om te zien of ze een BRD-infectie kunnen stoppen of omkeren.

Dit onderzoek zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van probiotische producten die de goede bacteriën gebruiken als een interventie om BRD te genezen of te voorkomen, zei Zhao. Dergelijke producten kunnen veiliger en effectiever zijn dan antibiotica, waar bacteriën resistentie tegen kunnen opbouwen.

Vooruitgang in detectie

In gerelateerd onderzoek heeft Zhao een eenvoudigere methode ontwikkeld voor het detecteren van BRD of de pathogenen die tot de ziekte kunnen leiden.

De standaardmethode voor het detecteren van BRD bij zieke of kwetsbare runderen is het afnemen van de neus-keelholte met een neusuitstrijkje voor rhinostatica. Zhao zei dat de neus-keelholte van het rund, de locatie van het respiratoire microbioom, erg diep is en de hele lengte van het hoofd van het dier tot aan de bovenkant van de slokdarm reikt. Het afnemen van een monster is een moeilijke procedure, en de runderen houden er ook niet zo van.

Zhao onderzocht het gebruik van kortere wattenstaafjes om de voorkant van de neusholte van de kuiten te bemonsteren - het gebied direct in de neus. Hij kon aantonen dat deze eenvoudigere methode even nauwkeurig is als de standaardmethode en tegelijkertijd veel minder ongemak voor het dier veroorzaakt. Hij ontwikkelt een testkit die rundvleesproducenten in het veld kunnen gebruiken om monsters te verzamelen die voor analyse naar een laboratorium kunnen worden gestuurd.

In een tweede fase van het onderzoek wil hij een zelftestkit ontwikkelen die gebruik maakt van een systeem dat vergelijkbaar is met de inmiddels bekende thuistestkits voor COVID-19. Na bemonstering wordt het wattenstaafje uitgesmeerd op een voorbereid testpapier dat aangeeft of het dier BRD-positief of negatief is.

Een dergelijke test kan worden gebruikt om te bepalen of een kalf een hogere concentratie heeft van ofwel de "slechte" bacteriën die tot BRD-infectie kunnen leiden, of van de "goede" bacteriën die dit helpen voorkomen.

Door te kunnen identificeren welke dieren een hoger of lager risico op infectie hebben, kunnen dierenartsen de interventie richten op minder dieren, geld besparen en het risico op het ontwikkelen van antibioticaresistente bacteriën verminderen. + Verder verkennen

Pasgeboren melkkalveren die probiotica kregen, waren in cruciale eerste weken gezonder, blijkt uit onderzoek van studenten