12.07.2020 18:43
Quelle: schweizerbauer.ch - mgt/blu
Forschung
Warum manche Milchkühe robuster sind
Ein Forschungsteam der Uni Hohenheim vermuten den Schlüssel für Krankheitsanfälligkeit von Milchkühen in den Kraftwerken der Zelle. Die Ergebnisse könnten die Zucht verbessern.

Manche sind von Natur aus robuster, andere zeigen sich krankheitsanfällig: In ein und derselben Herde reagieren Milchkühe ganz unterschiedlich auf körperliche Belastungen, wie sie die Geburt eines Kalbes, die anschliessende Milchproduktion oder auch Infektionen mit sich bringen, schreiben die Forscher.

Stoffwechsel 

Der Grund dafür ist, wie anpassungsfähig ihr Stoffwechsel an die veränderten Anforderungen an den Körper ist. Die Ursache für die unterschiedliche individuelle Anpassungsfähigkeit ist allerdings noch unklar. Der Schlüssel dazu könnte im Innenleben ihrer Zellen zu finden sein, genauer gesagt in den Mitochondrien, den Kraftwerken der Zellen. Aber auch die Interaktion zwischen Kuh und Darmbakterien spielt eine Rolle. 

Um ausreichend Milch bilden zu können, muss sich der Stoffwechsel von Kühen während der Trächtigkeit und nach der Geburt des Kalbes drastisch umstellen. Für die Milchproduktion muss in kurzer Zeit viel Energie bereitgestellt werden. Zugleich müssen aber auch die lebenswichtigen physiologischen Prozesse weiterhin aufrechterhalten werden.

«Zellkraftwerke»

Die dafür erforderliche Energie wird in speziellen Organellen der Zelle, den Mitochondrien, erzeugt. Diese «Zellkraftwerke» wandeln über komplexe Kettenreaktionen Sauerstoff und Zucker oder Fettsäuren in energiereiche Moleküle um, die von der Zelle für andere Stoffwechselvorgänge, wie beispielsweise die Produktion von Milchbestandteilen, genutzt werden können.

Allerdings kann sich nicht bei allen Kühen der Stoffwechsel ausreichend an die veränderte Situation anpassen, was oftmals zu Gesundheitsstörungen führt. Dabei gibt es von Natur aus sowohl robuste als auch anfällige Tiere in einer Herde.

Einfluss von Mitochondrien

Das Kooperationsprojekt «Mitochondriale Funktionalität bei der Milchkuh» geht jetzt der Frage nach, inwieweit die Mitochondrien für die Stoffwechselstabilität verantwortlich sind. In einem multidisziplinären Ansatz arbeiten Korinna Huber vom Fachgebiet Funktionelle Anatomie der Nutztiere und Jana Seifert vom Fachgebiet Feed-Gut Microbiota Interaction an der Universität Hohenheim dazu mit Wissenschaftlern von der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn und dem Friedrich-Loeffler-Institut (FLI) in Braunschweig zusammen.

Am FLI lebt auch die Herde mit rund 60 Holstein-Rindern, die für das Projekt untersucht wurden. Dabei arbeiten alle vier Arbeitsgruppen mit den Daten aus einem zentralen Experiment. «Ohne diese Kooperation könnten wir die Versuche in ihrer Komplexität gar nicht durchführen», betont Korinna Huber.

Wechselwirkungen 

In ihrem Teilprojekt widmet sich Jana Seifert unter anderem der Frage, welche Rolle die Bakterienbesiedlung, das Mikrobiom, des Magen-Darm-Traktes auf die Funktion der Mitochondrien hat: «Wir wissen, dass es Wechselwirkungen gibt. Aber wir wissen noch nicht, ob das Mikrobiom die Mitochondrienfunktion beeinflusst oder umgekehrt.»

Aus Pansen, Dünndarm und Kot wurden mehrfach Proben genommen, um Veränderungen in der Bakterienzusammensetzung erfassen zu können. Erste Ergebnisse zeigen laut Jana Seifert, dass «vor allem die Kühe die grössten gesundheitlichen Probleme aufwiesen, deren Mikrobiom sich über den Untersuchungszeitraum hinweg am wenigsten veränderte, während diejenigen am besten mit den Belastungen zurechtkamen, deren Bakterienbesiedlung flexibel reagierte.»

Auch Konsequenzen für Humanmedizin

Das Teilprojekt von Korinna Huber untersucht unter anderem, ob sich geeignete Biomarker identifizieren lassen, die auf einen stabilen und anpassungsfähigen Stoffwechsel hindeuten. Dazu wird z. B. die Veränderung von über 180 verschiedenen Metaboliten (gerichteter Metabolomics-Ansatz) im Blut und Milch der Kühe analysiert, nachdem eine künstliche Entzündung gesetzt wurde.

«Auch wenn die Auswertungen noch laufen, zeichnet sich jetzt schon ab, dass eine Handvoll Metabolite als Indikatoren für Entzündung fungieren, die bisher bei der Milchkuh noch nicht betrachtet wurden und die sich anders als beim Menschen verhalten», sagt Korinna Huber und verweist auf die Konsequenzen, die sich daraus für die Humanmedizin ableiten lassen: «Wahrscheinlich wird man sich die Abläufe beim Menschen auch nochmal genau anschauen müssen.»

Gezielte Selektion bei der Zucht

Ein weiterer Aspekt des Teilprojektes von Professorin Huber beschäftigt sich mit dem Einfluss des mitochondrialen Erbgutes auf den Stoffwechsel. Mitochondrien verfügen über eigenes Genmaterial, das ausschliesslich über die mütterliche Keimbahn weitergegeben wird.

Die Proteine, die aus diesem mitochondrialen Genmaterial abgelesen werden, stehen in engem Wechselspiel mit den Proteinen, die aus dem Erbgut des Kernes abgelesen werden, das von beiden Elterntieren stammt. Damit tragen Erbmaterial des Bullen und der Kuh dazu bei, eine optimale Zellumgebung für leistungsfähige Mitochondrien zu schaffen, so die Arbeitshypothese des Projektes.

Gezielte Selektion bei der Zucht

Die Wissenschaftlerinnern erhoffen sich, dass sich aus diesen Erkenntnissen einmal Vorgaben für die Selektion von Bullen und Kühen bei der Milchviehzucht ableiten lassen: «Es könnte sein, dass wir bei der Milchviehzucht in Zukunft verstärkt auch darauf achten müssen, dass die genetischen Eigenschaften des Bullen zum mitochondrialen Erbgut der Kuh passen», sagt Korinna Huber.

Solche Zuchtprogramme sollten nicht nur auf die Milchleistung, sondern auch auf das Wohlergehen der Tiere abzielen. Denn «viel Milchleistung heisst nicht automatisch, dass das Tier gesund ist. Wir vergessen viel zu oft, dass das Wohlbefinden der Tiere nicht nur von den Haltungsbedingungen abhängt, sondern auch von ihrer Stoffwechselgesundheit», betont Korinna Huber.

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