Le piccole cose che vivono nel naso di un vitello potrebbero essere la chiave per combattere la malattia respiratoria dei bovini, la malattia più costosa che colpisce l'industria della carne bovina.

Jiangchao Zhao, professore associato di scienze animali presso l'Arkansas Agricultural Experiment Station e nel Dale Bumpers College of Agricultural, Food and Life Sciences, utilizza il sequenziamento di nuova generazione per identificare i microrganismi che popolano le cavità nasali dei bovini, noti come microbioma respiratorio. Ha correlato questi risultati con la presenza o l'assenza della malattia respiratoria bovina, nota anche come BRD, nei vitelli per scoprire quale microbiota giova alla salute dell'animale e quali la danneggiano.

La stazione sperimentale agricola è il braccio di ricerca della divisione di agricoltura del sistema dell'Università dell'Arkansas.

Malattia costosa

Zhao ha affermato che la BRD costa all'industria della carne bovina fino a 2 miliardi di dollari all'anno, inclusa la morte degli animali, la riduzione dell'efficienza dei mangimi e altri effetti negativi, nonché i costi di prevenzione e trattamento. I soli feedlot statunitensi registrano fino a $ 900 milioni di perdite annuali da BRD, secondo un articolo, "Economic Effects of Bovine Respiratory Disease", pubblicato sul Journal of Animal Science .

I feedlot, in particolare per i vitelli che vanno subito dopo lo svezzamento, presentano il rischio maggiore per gli animali di acquisire BRD, ha affermato Zhao. Più del 90% dei grandi allevamenti negli Stati Uniti ha segnalato la BRD come la malattia più frequente, secondo un rapporto del National Animal Health Monitoring System dell'USDA a Fort Collins, in Colorado.

"I vitelli sono sottoposti a uno stress significativo, dallo svezzamento alla spedizione alla mangiatoia", ha detto Zhao. "Commerciare con altri animali aumenta il rischio. Il primo mese nella mangiatoia è il periodo più alto di vulnerabilità alla malattia."

I vitelli in background, quelli che continuano a pascolare in un'operazione di allevamento dopo lo svezzamento, sono meno suscettibili alla BRD, ha detto Zhao, ma non sono immuni. Gli animali sono ancora sotto stress durante il trasporto dall'allevamento di vacche-vitelli all'allevamento in background, il che riduce la loro risposta immunitaria quando esposti alla malattia.

Zhao ha affermato che il background presenta meno stress e una minore esposizione al BRD rispetto all'andare direttamente a un feedlot. "È una buona pratica. I vitelli sviluppano un sistema immunitario più sano e sono più grandi e più forti quando finalmente vanno alla mangiatoia."

Tuttavia, più della metà dei vitelli statunitensi va direttamente alle mangiatoie dopo lo svezzamento, ha affermato.

Correlazione del microbioma

I microbiomi sono colonie di batteri, buoni, cattivi o indifferenti, che occupano le cavità dei corpi degli animali. Zhao e il suo team di ricerca studiano questo microbiota negli animali da allevamento per determinare in che modo le popolazioni influiscono sulla salute degli animali.

In questo studio, Zhao sta identificando le specie di microbiota correlate con l'insorgenza di malattie respiratorie dei bovini in ciascun animale.

La ricerca di Zhao è condotta su 30 vitelli in ciascuna delle tre sedi di ricerca della Divisione di agricoltura:il Milo J. Shult Agricultural Research and Extension Center a Fayetteville, il Southwest Research and Extension Center a Hope e la Livestock and Forestry Research Station vicino a Batesville.

Zhao sta collaborando a questa ricerca con i colleghi di scienze animali Beth Kegley e Jeremy Powell, lo statistico della Divisione di agricoltura Jung Lee e gli scienziati animali John Richeson della West Texas A&M University e Sarah Capik della Texas A&M University.

"Stiamo lavorando per comprendere i meccanismi di causalità della malattia", ha affermato Zhao.

BRD è quasi sempre una coinfezione, ha detto. Un vitello contrae un virus, non diversamente dagli esseri umani che prendono un raffreddore o un'influenza, e poi un batterio patogeno sfrutta il sistema immunitario compromesso dell'animale.

"Quando sai cosa causa la malattia", ha detto Zhao, "allora hai un obiettivo per l'intervento".

Utilizzando il sequenziamento di nuova generazione, Zhao ha osservato quali geni vengono trascritti durante un'infezione da BRD, compresi i geni sia nel patogeno che nel sistema immunitario dell'animale.

"Tracciare l'interazione tra agente patogeno e ospite è molto complicato, il lavoro sui big data", ha affermato Zhao.

Questo studio è combinato con la culturomica, ha detto Zhao, per isolare sia gli insetti buoni che quelli cattivi dal sistema respiratorio bovino. I campioni di microbioma dai tamponi vengono sparsi su piastre di Petri con diversi mezzi di crescita e gas per simulare l'ambiente del sistema respiratorio, un processo noto come "placcatura". Quindi le colonie batteriche sulle piastre vengono analizzate per l'identificazione e la caratterizzazione.

Il team di laboratorio di Zhao ha identificato diversi potenziali probiotici sulla base dell'analisi dei big data. Samantha Howe, un dottorato di ricerca studente al Bumpers College, è stato in grado di coltivare alcuni dei batteri. "Sta lavorando per verificare gli effetti benefici di questi insetti per vedere se possono uccidere o inibire la crescita di agenti patogeni", ha detto Zhao.

Nella ricerca di follow-up, Zhao restituirà quei batteri "buoni" ai vitelli per vedere se sono in grado di fermare o invertire un'infezione da BRD.

Questa ricerca potrebbe portare allo sviluppo di prodotti probiotici che utilizzano i batteri buoni come intervento per curare o prevenire la BRD, ha affermato Zhao. Tali prodotti possono essere più sicuri ed efficaci degli antibiotici, ai quali i batteri possono creare resistenza.

Progressi nel rilevamento

Nella ricerca correlata, Zhao ha sviluppato un metodo più semplice per rilevare la BRD o gli agenti patogeni che possono portare alla malattia.

Il metodo standard per rilevare la BRD nei bovini malati o vulnerabili consiste nel tamponare la cavità nasofaringea con un tampone nasale rinostatico. Zhao ha detto che la cavità nasofaringea del bovino, la sede del microbioma respiratorio, è molto profonda, raggiungendo l'intera lunghezza della testa dell'animale fino alla sommità dell'esofago. Il tampone per un campione è una procedura difficile e nemmeno al bestiame piace molto.

Zhao ha studiato l'uso di tamponi più corti per campionare la parte anteriore del passaggio nasale dei vitelli, l'area immediatamente all'interno del naso. È stato in grado di dimostrare che questo metodo più semplice è accurato quanto il metodo standard e allo stesso tempo causa molto meno disagio all'animale. Sta sviluppando un kit di test che i produttori di carne bovina possono utilizzare sul campo per raccogliere campioni che possono essere inviati a un laboratorio per l'analisi.

In una seconda fase della ricerca, vuole sviluppare un kit di autotest che utilizza un sistema simile agli ormai familiari kit di test domestici per COVID-19. Dopo il campionamento, il tampone viene spalmato su una carta reattiva preparata che indicherà se l'animale è positivo o negativo al BRD.

Tale test può essere utilizzato per determinare se un vitello ha una concentrazione maggiore di batteri "cattivi" che possono portare all'infezione da BRD o di batteri "buoni" che aiutano a prevenirla.

Essere in grado di identificare quali animali sono a rischio maggiore o minore di infezione significa che i veterinari possono concentrare l'intervento su un minor numero di animali, risparmiando denaro e riducendo il rischio di sviluppare batteri resistenti agli antibiotici. + Esplora ulteriormente

I vitelli da latte appena nati alimentati con probiotici erano più sani nelle prime settimane cruciali, secondo una ricerca degli studenti