Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Einflüsse der Kolostren Mastitis-resistenter und -suszeptibler Kühe auf die Entwicklung des Immunsystems von Kälbern

Hülsebusch, Alina

A promising opportunity to modulate the development of the immune system of calves is the genetic selection of their dams. For this reason, this study investigated the influence of the colostra of mastitis-resistant and -susceptible Holstein Friesian cows on their offspring.   GQ‑calves (n = 16) were born from mastitis-resistant and kq‑calves (n = 15) from mastitis‑susceptible dams. Within the first three hours of life, all calves were fed at least 2.8 litres of maternal colostrum. Starting with the fifth meal, the calves were fed a conventional milk replacer. In order to investigate the immunomodulatory effect of a commercially available colostrum concentrate, half of all calves were fed a 0.5 % colostrum concentrate (B.I.O.Ig) in addition to the milk replacer.   Immediately after birth and before the first colostrum intake, the first blood sample was taken (P01). The second blood sampling followed 12 - 36 hours postpartum. Six more blood samples were taken twice weekly, so that the calves were on average 21 days of age at the end of the experiment (P08). Calf clinical performance was recorded daily using a score system (0 - 11). In addition, all calves were weighed on the day of birth and successively every two days until the end of the experiment.   Fundamental differences were found regarding the clinical performance of the calves. During the entire trial period, GQ‑calves were clinically (slightly) ill on a significantly reduced number of days compared to kq-calves (score cut off: ≥ 2.5, p = 0.009). The fact that GQ‑calves were healthier during the experiment suggests that the groups also exhibited immunological differences.   While the colostral sera of the mastitis-resistant and -susceptible dams showed comparable IgG1‑ and IgG2‑concentrations, GQ‑calves had higher IgG1‑ and IgG2‑concentrations in the blood serum than kq-calves on almost all sample times after colostrum uptake. These differences suggest a higher intestinal absorption capacity for IgG in GQ‑calves.   As the levels of soluble CD14 (sCD14) were not different in the colostrum or in the blood sera of the calves, sCD14, which is known to drive B cell differentiation, did not cause the different IgG concentrations in the calf serum.   The lymphocytic subpopulations of classic T‑cells (CD4+ and CD8+), gd T‑cells, activated and resting NK‑cells, B‑cells, as well as the monocytic subpopulations of classical (cM), intermediate (intM), and nonclassical monocytes (ncM) were determined by membrane immunofluorescence. Even before colostrum intake, GQ‑calves tended to have a higher percentage of CD4+ T‑cells and had more CD4+ T‑cells among lymphocytes than kq‑calves. kq‑calves had a higher percentage of CD8+ T‑cells among lymphocytes and tended to have a higher absolute monocyte count. These differences suggest a different intrauterine immune programming of the calves. GQ‑calves had a different composition of cellular subpopulations in the peripheral blood, both after colostrum intake and during the further course of the experiment. This either suggests that maternal colostra differ in their immunomodulating ingredients, or that the absorption capacity for such ingredients varies among the calves.   A decrease of activated and resting NK cells was observed in all animals after colostrum uptake (significant only in GQ‑calves). Colostrum uptake also influenced the percentage of monocytic subpopulations of calves, as described for the first time in this study. The percentage of classical monocytes in all monocytes dropped significantly from 80 - 83 % to 60 - 66 % after colostrum intake. This effect was individually different and not correlated to the genetic background of the calves. The increase in the proportion of intermediate monocytes in all monocytes ranged from 131 - 2514 %.   In-vitro-analysis of adult blood/monocytes showed that neither colostrum‑, milk‑ or calf‑sera nor the colostrum concentrate B.I.O.Ig affected the surface molecules CD14 and CD16 of monocytes. None of these can thus be responsible for the shift of cM to intM observed in the calves ex vivo. Colostral sera from cows whose calves only showed small increases in the proportion of intermediate monocytes in P02 (K2) even reduced the proportion of intM and increased the proportion of ncM. Also, serum pools of calves showing a strong (Ks1) or weak (Ks2) increase in the intM proportion caused a decrease in intM in vitro.   Peripheral leukocyte mRNA‑expression was studied for TNF, IL1B, IL12, IL10 and CXCL8 at sample times P01, P02 and P06. Differences in GQ‑ and kq‑calves at P01 could only be demonstrated for the mRNA‑expression of IL1B.These resulted in a larger IL1B/IL12-ratio in kq-calves (p = 0,008). While the mRNA‑expression of IL1B was comparable in GQ‑calves at all sampling times, the mRNA‑expression of IL1B decreased in kq‑calves from P02 to P06.   An immunomodulatory effect of the colostrum concentrate B.I.O.Ig could be found primarily for the IgG1‑ and IgG2‑concentrations in the blood serum of GQ‑calves. An increase in the levels of IgG1 and IgG2 in the blood serum was observed in GQ-calves who received supplementation, both in comparison to GQ‑calves without supplementation and to kq‑calves with supplementation. No such effect was observed in kq‑calves. This suggests that the genetic background of the dam also influences the supplementation effect.   The results of this study illustrate that the genetic selection of dams modulates the development of the immune system in calves. These findings are relevant for future studies as they provide a starting point for the creation of immunocompetent calves. Further research focusing on the development of the immune system in calves would be of great value for the agriculture and could cause a reduction in the use of medication, as well as contribute to an increase in animal welfare.

Eine vielversprechende Möglichkeit die Entwicklung des Immunsystems bei Kälbern zu modulieren stellt die genetische Selektion der Muttertiere dar. Aus diesem Grunde untersuchte die vorliegende Arbeit anhand ausgesuchter Parameter die Einflüsse der Kolostren von Mastitis‑resistenten und ‑suszeptiblen Mutterkühen der Rasse Holstein Friesian auf ihre Nachkommen.   GQ‑Kälber (n = 16) stammten aus Mastitis-resistenten und kq‑Kälber (n = 15) aus Mastitis-suszeptiblen Muttertieren. Innerhalb der ersten drei Lebensstunden wurden alle Kälber mit mindestens 2,8 L Kolostrum des Muttertieres versorgt. Zur fünften Mahlzeit erfolgte eine Umstellung von Kolostrum auf einen herkömmlichen Milchaustauscher. Um die immunmodulierende Wirkung eines kommerziell erhältlichen Kolostrumkonzentrates zu überprüfen, wurde der Hälfte aller Kälber zusätzlich zum Milchaustauscher 0,5 % Kolostrumkonzentrat B.I.O.Ig zugefüttert.   Direkt nach der Geburt, vor der ersten Kolostrumaufnahme, erfolgte die erste Blutprobenentnahme (P01). Die zweite Blutprobenentnahme folgte 12 - 36 Std. post partum. Sechs weitere Blutproben wurden zweimal wöchentlich entnommen, sodass die Kälber zu Versuchsende (P08) durchschnittlich 21 Tage alt waren. Die klinische Performance der Kälber wurde täglich anhand eines Score-Systems (0 - 11) erfasst. Zusätzlich wurden alle Kälber am Tag der Geburt und im weiteren Verlauf alle zwei Tage bis zum Versuchsende gewogen.   Bezüglich der klinischen Performance der Kälber zeigten sich grundlegende Unterschiede. GQ‑Kälber waren über den Gesamtversuchszeitraum an signifikant weniger Versuchstagen klinisch (leicht) erkrankt als kq‑Kälber (Score Cut off: ≥ 2,5, p = 0,009). Die Tatsache, dass GQ‑Kälber über den Gesamtverlauf gesünder waren als kq‑Kälber ließ die Vermutung zu, dass diese Tiere ebenfalls immunologische Unterschiede aufwiesen.   Während die Kolostralseren der Mastitis‑resistenten und ‑suszeptiblen Muttertiere vergleichbare IgG1‑ und IgG2‑Konzentrationen besaßen, hatten GQ‑Kälber nach der Kolostrumaufnahme nahezu über den gesamten Verlauf höhere IgG1‑ und IgG2‑Konzentrationen im Blutserum als kq‑Kälber. Diese Unterschiede lassen auf eine höhere Darm‑Resorptionskapazität an IgG in GQ‑Kälbern schließen.   Da sich die Konzentrationen an löslichem CD14 (sCD14) weder im Kolostrum noch in den Blutseren der Kälber unterschieden, konnte sCD14, von welchem bekannt ist, dass es die B‑Zelldifferenzierung steuern kann, nicht für die unterschiedlichen IgG‑Konzentrationen im Serum der Kälber verantwortlich gemacht werden.   Mittels Membranimmunfluoreszenz wurden die lymphozytären Subpopulationen klassischer T‑Zellen (CD4+und CD8+), gd T‑Zellen, aktivierter und ruhender NK‑Zellen, B‑Zellen sowie die monozytären Subpopulationen klassischer (cM), intermediärer (intM) und nicht-klassischer Monozyten (ncM) ermittelt. Noch vor Kolostrumaufnahme tendierten GQ‑Kälber prozentual zu einem höheren Anteil CD4+ T‑Zellen unter den Lymphozyten und besaßen absolut mehr CD4+ T‑Zellen als kq‑Kälber. Kq‑Kälber wiesen einen prozentual höheren Anteil an CD8+ T‑Zellen unter den Lymphozyten auf und tendierten zu einer höheren absoluten Monozytenzahl. Diese Unterschiede legen eine differente intrauterine Immunprogrammierung der Kälber nahe. GQ‑Kälber wiesen sowohl nach der Kolostrumaufnahme als auch im weiteren Versuchsverlauf eine unterschiedliche Zusammensetzung zellulärer Subpopulationen im peripheren Blut auf. Dies lässt darauf schließen, dass sich die Kolostren der Muttertiere in ihren immunmodulierenden Inhaltsstoffen unterscheiden oder die Resorptionskapazität für solche Inhaltsstoffe zwischen den Kälbern unterschiedlich ist.   Bei allen Tieren konnte nach der Kolostrumaufnahme ein Abfall aktivierter und ruhender NK‑Zellen beobachtet werden (signifikant nur bei GQ‑Kälbern). Ebenfalls konnte die Kolostrumaufnahme die erstmalig in dieser Arbeit beschriebenen prozentualen Anteile der monozytären Subpopulationen beim Kalb beeinflussen. Der prozentuale Anteil klassischer Monozyten an allen Monozyten sank nach Kolostrumaufnahme drastisch und signifikant von 80 - 83 % auf 60 - 66 %. Dieser Effekt war individuell verschieden und nicht mit dem genetischen Hintergrund der Kälber korreliert. Die Steigerung des Anteils intermediärer Monozyten an allen Monozyten reichte von 131 - 2514 %.   In‑vitro‑Analysen mit adultem Blut/Monozyten zeigten, dass weder Kolostral-, Milch- oder Kälberseren noch das Kolostrumkonzentrat B.I.O.Ig die Oberflächenmoleküle CD14 und CD16 von Monozyten beeinflussen und damit nicht für den ex vivo beobachteten Shift von cM zu intM bei den Kälbern verantwortlich sind. Kolostralseren von Kühen, deren Kälber nur geringe Steigerungen des Anteils von intermediären Monozyten an P02 aufwiesen (K2), verringerten sogar den Anteil von intM und steigerten hingegen den Anteil von ncM. Ebenfalls führten Serumpools von Kälbern, die einen starken (Ks1) oder schwachen (Ks2) Anstieg des Anteils an intM zeigten, in vitro zu einem Abfall des intM‑Anteils.   Die mRNA‑Expression peripherer Leukozyten wurde für TNF, IL1B, IL12, IL10 und CXCL8 an den Probezeitpunkten P01, P02 und P06 untersucht. Nur bezüglich mRNA‑Expression von IL1B konnten Unterschiede in GQ‑ und kq‑Kälbern an P01 aufgezeigt werden, welche in einem höheren IL1B/IL12‑Verhältnis der kq‑Kälber resultierten (p = 0,008). Während die mRNA‑Expression von IL1B bei GQ‑Kälbern an den untersuchten Probezeitpunkten vergleichbar war, sank die mRNA‑Expression von IL1B bei kq‑Kälbern von P02 zu P06 ab.   Eine immunmodulierende Wirkung des Kolostrumkonzentrates B.I.O.Ig konnte vorrangig für die IgG1‑ und IgG2‑Konzentrationen im Blutserum der GQ‑Kälber gefunden werden. Hier erhöhte das Kolostrumkonzentrat bei GQ‑Kälbern die Konzentrationen von IgG1 und IgG2 im Blutserum, sowohl im Vergleich zu GQ‑Kälbern ohne Supplementierung als auch im Vergleich zu kq‑Kälbern mit Supplementierung. Dieser Effekt blieb bei kq‑Kälbern aus. Somit beeinflusste der genetische Hintergrund des Muttertieres ebenfalls den Supplementierungseffekt.       Die Ergebnisse dieser Arbeit verdeutlichen, dass die genetische Selektion der Muttertiere die Entwicklung des Immunsystems bei Kälbern moduliert. Weiterhin bieten diese Ergebnisse den Ansatzpunkt für künftige Studien, den Fokus auf das Erzeugen von immunkompetenten Kälbern zu legen. Die nähere Erforschung der Entwicklung des Immunsystems bei Kälbern wäre von großem agrarwirtschaftlichen Nutzen und könnte neben einer Reduktion des Einsatzes von Medikamenten zur Steigerung des Tierwohles beitragen. 

Zitieren

Zitierform:

Hülsebusch, Alina: Einflüsse der Kolostren Mastitis-resistenter und -suszeptibler Kühe auf die Entwicklung des Immunsystems von Kälbern. Hannover 2018. Tierärztliche Hochschule.

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export