Bakterier i juret kan gi svar på gammel melke-gåte

Jurbetennelse hos melkekyr, også kalt mastitt, er en av de viktigste årsakene til antibiotika-bruk i melkeproduksjon i Norge. Betennelsen kan være svært smertefull for kua, og er også en av de viktigste årsakene til matsvinn og økonomiske tap for bønder og i meieriindustrien globalt.

Likevel er det fortsatt mye vi ikke vet om hvordan jurbetennelse utvikles.

Tidligere trodde man at juret ikke hadde et eget mikrobiom, altså en samling av mikroorganismer som bakterier, virus, sopp o.l. Nylig har forskning vist at det finnes et eget mikrobiom også inne i juret til kua, på samme måte som for eksempel tarmen og huden.

Vi vet at mikrobiomet i tarmen og på huden er viktig for helsen til kua, men vi vet ikke nøyaktig hvor viktig mikrobiomet i juret er, eller hvordan det påvirker kua. Hvilken rolle spiller for eksempel mikrobiomet i utviklingen av jurbetennelse? Hvordan er samspillet mellom mikroorganismene i juret og sykdomsfremkallende faktorer?

Dette skal nå forskes på ved NMBU, i et nytt prosjekt som har fått navnet “HoliCow”.

Små organismer for store utfordringer 

Prosjektet ledes av Davide Porcellato, førsteamanuensis i meieriteknologived NMBUs fakultet for kjemi, bioteknologi og matvitenskap (KBM). Han ønsker å vite mer om de små mikroorganismene og hvordan de fungerer i juret, for å kunne bidra til å løse store utfordringer innen dyrevelferd og bidra til en mer bærekraftig matproduksjon.  

– I korte trekk handler det om å avdekke kunnskap om mikrobiomer i produksjonskjeden i meieriindustrien, fra produksjonen av råmaterialer til bearbeidelse av ressursene. Mitt hovedfokus er å bidra til en mer bærekraftig matproduksjon hvor vi begynner med å se på råvarene, sier han.  

Skal kartlegge mikrobiomet i juret

I prosjektet HoliCow skal forskerne undersøke jurbetennelse hos melkekyr fra forskjellige innfallsvinkler. De skal kartlegge rollen til, og samspillet mellom, tre viktige aktører:

• Verten: kua selv, og immunsystemet hos dyret
• Patogener: de sykdomsfremkallende faktorene som kan fremkalle jurbetennelsen
• Mikrobiomet i juret: den samlede sammensetningen og funksjonaliteten av mikroorganismer i juret, som inkluderer både “gode” og sykdomsfremkallende bakterier

– Vi skal kartlegge hvilke bakterier som lever i juret, det vi kaller jur-mikrobiomet. Vi skal se på hva de ulike bakteriene gjør inne i juret; hvordan de lever, hva de lever av, om de for eksempel bruker melkestoffer for å vokse, og hvordan de interagerer med verten, forklarer Porcellato.

Unge forskertalenter

I tidligere forskning på jurbetennelser har man som regel sett på kun patogenet og verten. Det nye i HoliCow er at forskerne også skal se nærmere på hvordan mikrobiomet i juret deltar i prosessen.

– Vi vil undersøke alle disse tre faktorene samtidig for å se hvordan de fungerer enkeltvis og hvordan de påvirker hverandre. Vi skal studere melkeprøver i laboratoriet for å finne ut av hvilke mikrober som er til stede og hvilke som gjør hva, samtidig som vi ser på vertens immunstatus. Kanskje finner vi for eksempel en bakterie som lever naturlig i juret, og som hjelper mot mastitt? Da kan vi i fremtiden fokusere på å hjelpe denne bakterien, sier Porcellato.

Han understreker at HoliCow er et grunnforskningsprosjekt for å kartlegge mikrobiomet i juret. Håpet er at prosjektet kan danne grunnlag for mer anvendt forskning i fremtiden, hvor man kan gå videre med å se på konkrete løsninger og mulige, nye, forebyggings- og behandlingsmetoder.

HoliCow fikk tildeling fra Forskningsrådet i 2020 under FRIPRO-programmet, som “ground breaking research in life science”. Davide Porcellato fikk støtte til prosjektet under kategorien Forskerprosjekt for unge talenter, hvor bare 43 av 512 søknader ble innvilget. Han er også valgt ut som én av fire KBM-forskere til NMBUs talentutviklingsprogram Forskertalent for bærekraft.

Nytt blikk på et gammelt problem

I prosjektnavnet heter det at HoliCow skal benytte en helhetlig tilnærming til å adressere et gammelt problem.

Jurbetennelse har nemlig vært en utfordring i lange tider.

– Helt siden mennesket startet som melkebønder har mastitt vært en utfordring som har ført til at bønder har mistet melk og kuer. Det har vært forsket på hvilke bakterier som kan forårsake jurbetennelse, men vår helthetlige tilnærming er et nytt perspektiv, sier Porcellato.

 Lenge trodde man at kumelk var steril så lenge den befant seg inne i juret, og at den ikke ble utsatt for bakterier før den ble melket. Nå vet vi bedre. På samme måte som det i dag forskes mye på hvordan menneskets mikrobiom påvirker helsen og immunsystemet vårt, ønsker man altså i HoliCow å undersøke mye av det samme hos melkekyr.

Metodene er også de samme.

– I dag kan vi for eksempel bruke moderne sekvenseringsmetoder og proteomikk, altså studiet av alle proteiner i en organisme eller celle, for å få en helt annen oversikt over hvilke bakterier som finnes i juret. Vi ønsker å kartlegge hvilke bakterier som er patogene, altså sykdomsfremkallende, men også hvordan de ulike bakteriene, også de gode, påvirker kuas immunsystem.

– I dette prosjektet vil vi dra nytte av noen av de nyeste teknikkene som er utviklet for forskning i biologi, kjemi og genetikk, for å forstå mekanismene bak jurinfeksjoner, sier Porcellato.

Han nevner for eksempel en ny metode som kan brukes for å analysere hvilke celler som finnes i juret. Mastitt kjennetegnes av et høyt antall hvite blodceller i kuas brystkjertler, som en respons på infeksjon.

– Når vi ser at det er et høyt celletall inne i juret kan det være tegn på infeksjon. Da kan vi sjekke funksjonaliteten på mikrobiomet, undersøke om det er patogener fra samme melkeprøve, og se hva det er som gir denne reaksjonen fra verten, sier Porcellato.

Stort problem globalt

Norge er et av de landene i verden hvor vi bruker minst antibiotika i melkeproduksjonen og hvor melkekuene generelt har god helse. Likevel er jurbetennelse et stort problem globalt.

Når kua er syk produserer den mindre melk, og den melken som produseres når kua får antibiotikabehandling, må kastes. På verdensbasis fører dette til at store mengder melk må helles ut hvert år. Betennelsen kan også være svært smertefull og farlig for kua, i verste fall vil den ikke overleve. Dette vil også påvirke økonomien til melkebønder negativt.

Porcellato håper derfor at forskningen fra HoliCow-prosjektet kan komme til nytte også utenfor Norges grenser.

– Målet med prosjektet er å bidra med ny kunnskap om jurbiologien, slik at vi kan forebygge jurbetennelse, forbedre dyrevelferden, redusere bruken av antibiotika i landbruket og øke bærekraft i meieriindustrien, sier Porcellato.

Kilder:

• https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022030218309147
• https://www.nature.com/articles/s41598-020-77054-6
• https://veterinaryresearch.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13567-019-0662-y
• Halasa, T., Huijps, K., Osteras, O. & Hogeveen, H. Economic effects of bovine mastitis and mastitis management: a review. Vet Q 29, 18-31, doi:10.1080/01652176.2007.9695224 (2007).
• Romero, J., Benavides, E. & Meza, C. Assessing Financial Impacts of Subclinical Mastitis on Colombian Dairy Farms. Front Vet Sci 5, 273, doi:10.3389/fvets.2018.00273 (2018).
• Anon. Husdyrnæringas felles handlingsplan mot antibiotikaresistente bakterier. (https://www.animalia.no/no/Dyr/antibiotikaresistens/husdyrnaringas-felles-handlingsplan-mot-antibiotikaresistens/, Oslo, 2017).
• Osteras, O. Helsekortordningen, storfe 2019 - statistikksamling. https://docplayer.me/183227535-Helsekortordningen-storfe-2019-statistikksamling-utarbeidet-av-olav-osteras-tine-radgiving-postboks-58-1431-as-sammendrag.html