In letzter Zeit haben immer mehr Studien ergeben, dass es einen Zusammenhang zwischen Stress jeglicher Art und der Funktion des Immunsystems gibt. Professor Xavier Manteca, Autonome Universität Barcelona, Spanien, erklärt im Rahmen des 12. Farm Animal Well Being Forums, was Stress genau im Körper macht und wie die Verbesserung des Tierwohls die Situation verbessern kann.

Prof. Manteca, welche Auswirkungen hat Stress auf die Tiere?
Das Nervensystem gibt bei Schmerz oder Stress Botenstoffe ab, die die Reaktion des Immunsystems negativ beeinflussen. Daher ist es wichtig, die Einflussfaktoren zu kennen und dafür zu sorgen, dass sie die Tiere und ihr Immunsystem möglichst nicht negativ beeinflussen. Ist die Haltung der Tiere suboptimal, ist der Umgang mit ihnen ruppig, haben sie Verletzungen oder gehen sie lahm, verursacht all das Stress, was negativ auf das Immunsystem wirkt. Das Immunsystem reagiert sehr empfindlich auf Stress, der die Tiere sehr viel schlechter mit Infektionen umgehen lässt. Ist das Immunsystem durch Stress und entzündliche Prozesse dauerbeschäftigt, zieht es den Tieren Energie ab, die dann für andere Leistungen wie z.B. Milchproduktion oder Fruchtbarkeit nicht zur Verfügung steht.

Können Sie Beispiele für Stressoren nennen?
Ein Beispiel ist ruppiger Umgang mit den Tieren. Dies verursacht Angst vor Menschen und betrifft alle Tierarten. Angst bedeutet Stress und erhöht das Risiko für verschiedene Gesundheitsprobleme, einschließlich Lahmheit und Mastitis bei Milchkühen. Viele Tierwohlprobleme einschließlich chronischer Hunger, thermische und körperliche Beschwerden und frühzeitige Entwöhnung gehen mit einer Stressreaktion einher. Das Liegeverhalten ist nachweislich eine Grundvoraussetzung für das Wohlbefinden von Milchkühen, …

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Das Symposium der Akademie für Tiergesundheit e. V. (AfT) im Rahmen des Leipziger Tierärztekongresses am 18. Januar beschäftigte sich mit dem Thema der Diagnostik beim Rind und deren Bedeutung für spezielle Krankheitsbilder

Von den international anerkannten Experten wurden die Herausforderungen und Unterschiede für klinische und labordiagnostische Untersuchungen herausgearbeitet. Der klinischen Untersuchung kommt dabei eine große Bedeutung zu. Sie ist mit der Bewertung der Befunde der Grundbaustein für die tierärztliche Arbeit. Nach wie vor hat die klinische Untersuchung des Einzeltieres eine wesentliche Position, da sich hieraus Rückschlüsse ergänzt mit einem regelmäßigen Monitoring wichtiger Parameter auch auf die Herde ziehen lassen. Herdenbetreuung und Einzeltierdiagnostik und -therapie sind dabei eng miteinander verzahnt.

Neue labordiagnostische Methoden haben die Präzision und Sensitivität der Diagnostik deutlich verbessert. Gleichwohl kann ein Laborergebnis weder die klinische Auseinandersetzung mit dem Patienten ersetzen noch für sich allein eine klinische Diagnose stellen. Für den praktizierenden Tierarzt ist es hilfreich, bereits vor einer Probennahme mit dem untersuchenden Labor persönlich Kontakt aufzunehmen. Gemeinsam lässt sich ein für die vermutete(n) Differentialdiagnose(n) maßgeschneidertes Laborpaket schnüren. Vor der Entscheidung für eine Therapie sollten das Laborergebnis und das Umfeld, aus dem die Proben stammen, kritisch hinterfragt werden, um Fehlinterpretationen zu vermeiden. Zunehmend eingesetzte Point-of-Care-Analytik kann als erste, schnelle orientierende Hilfe auf dem Betrieb dienen.

Aufgezeigt wurde, dass die Infektionsdiagnostik in der Rinderpraxis in den vergangenen Jahrzehnten sehr stark durch die Bekämpfung anzeigepflichtiger Tierseuchen dominiert wurde. Im Vordergrund standen Antikörpernachweise und Intrakutantests, beispielsweise bei Tuberkulose. Die Anforderungen haben sich inzwischen verändert. Die moderne Infektionsdiagnostik bringt genauere Ergebnisse, erfordert aber auch eine aufwändigere Datenverwaltung. Sie fördert sogar bislang unbekannte Erreger zutage. Neue Parameter, wie Entzündungsmarker, gewinnen bei chronischen Infektionsgeschehen an Bedeutung. Die Kommunikation zwischen Labor, Tierarzt und Landwirt wird intensiver.

Anhand von praktischen Beispielen wurde die Frage nach der Repräsentativität von Betriebsdiagnostik erläutert und auf das Dilemma der sogenannten Diagnostika-Kaskade aufmerksam gemacht. Selbst bei jedem korrekt durchgeführten Einzelschritt summieren sich die kleinsten Ungenauigkeiten und mindern die Detektionswahrscheinlichkeit. Das Zusammenspiel der verschiedenen Elemente (von der klinischen Untersuchung über die Probenentnahme bis zur Sektion) wurde beispielhaft für die Diagnostik von Lungenerkrankungen aufgezeigt. Auch im Bereich der Mastitisdiagnostik haben sich die diagnostischen Möglichkeiten in den letzten Jahren deutlich erweitert. Die richtige diagnostische Vorgehensweise stellt sicher, dass die jeweilige Fragestellung beantwortet werden kann.

Unter den Erkrankungen des Bewegungsapparates rangieren beim adulten Rind die Klauenerkrankungen mit 90 Prozent an erster Stelle. Wesentlich Bausteine der Diagnostik sind hier die klinische Untersuchung, unterstützt von bildgebenden und digitalen Methoden sowie die bakteriologische Diagnostik. Die Palette der diagnostischen Methoden, die im Fruchtbarkeitsmanagement eingesetzt werden, ist enorm breit. Aufgrund der ökonomischen, therapeutischen und ethischen Konsequenzen sollten die eingesetzten Methoden daher kritisch hinterfragt werden. Neue Möglichkeiten durch intensives Monitoring, bspw. mit Sensoren, verlangen die Expertise des Tierarztes, um die gewonnenen Daten sinnvoll für die Entscheidung über die geeignete Behandlung zu interpretieren. Verstärkte Anstrengungen zur Standardisierung und Validierung der digitalen Mittel wurden angemahnt.

Dem Landwirt als genauem Beobachter seiner Tiere kommt trotz verstärktem Monitoring mit digitaler Erfassung einer Vielzahl von Parametern nach wie vor eine entscheidende Rolle bei der Früherkennung zu.

Die ausführlichen Abstracts zum AfT-Symposium stehen hier zum Download bereit.

Weidehaltung schneidet im weltweiten Vergleich gut ab: Studie im Fachmagazin „Journal of Cleaner Production“ veröffentlicht

Die deutsche Bundesregierung hat jüngst das Ziel formuliert, bis 2050 den Ausstoß an Treibhausgasen im Vergleich zu 1990 um mehr als 90 Prozent zu senken. Bisher ist der Agrarsektor in diese Zielsetzung nicht explizit einbezogen, aber es ist unstrittig, dass dies nicht so bleiben wird. Insbesondere in dem Agrarland Schleswig-Holstein, in dem die Landwirtschaft mehr als 20 Prozent zu den Treibhausgasemissionen beiträgt, müssen Modelle für eine klimafreundliche Produktion entwickelt werden. Die Forschungsgruppe Grünland und Futterbau/Ökologischer Landbau an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) arbeitet seit vielen Jahren an solchen Modellen und hat jetzt eine Studie in einem hochrangigen, internationalen Fachmagazin Journal of Cleaner Production veröffentlicht.

In der Studie gehen die Forschenden um Professor Friedhelm Taube der Frage nach, ob der CO2-Fußabdruck der Milcherzeugung aus Weidehaltung günstiger zu bewerten ist als bei der Milcherzeugung aus ganzjähriger Stallhaltung. Der CO2-Fußabdruck enthält alle klimarelevanten Emissionen, die bei der Milcherzeugung auf dem Betrieb auftreten und ermöglicht den Vergleich verschiedener Produktionssysteme. Im Fokus der Studie stand der Vergleich dreier Haltungssysteme von Milchkühen: Weidehaltung, Stallhaltung und ein gemischtes System. „Welches Haltungssystem bei Milchkühen den besten ökologischen Fußabdruck hat, hängt vor allem vom Standort ab. Schleswig-Holstein ist sehr gut für die Weidehaltung geeignet, da durch die ausreichende Menge von Niederschlägen und die günstige Verteilung des Regens im Jahr beste Bedingungen für das Graswachstum gegeben sind. Die Grünlandproduktion ist absolut vergleichbar mit der in Irland. Und mit steigenden Temperaturen durch den Klimawandel steigt die Anzahl der Wachstumstage im Frühjahr und Herbst auf der Weide“, erläutert Taube.

Eine Meta-Analyse
Für den Vergleich der Haltungssysteme nutzten die Forschenden Daten aus 30 wissenschaftlichen Publikationen in einer sogenannten Metaanalyse. Das bedeutet, sie nahmen eine vergleichende statistische Auswertung einer Vielzahl bereits publizierter Studien vor. Insgesamt konnten 87 CO2-Fußabdrücke aus 15 Ländern in die Berechnungen eingeschlossen werden.

Um anschließend einen Vergleich der Produktionssysteme zu ermöglichen, wurden von der Erstautorin Heike Lorenz, Doktorandin in der Forschungsgruppe, drei Haltungssysteme festgelegt: Die (1) Stallhaltung umfasste die Systeme, in denen die Kühe das gesamte Jahr über im Stall standen. (2) Weidehaltung war dadurch gekennzeichnet, dass die Kühe mindestens 50 Prozent ihres Futters als frisches Gras auf der Weide aufnahmen und dabei zusätzliches Konzentratfutter (z.B. Getreide) nicht mehr als 25 Prozent der Futterration ausmachte. (3) Haltungssysteme, die zwischen diesen beiden Ausprägungen lagen, wurden als gemischtes System klassifiziert. „Unsere Ergebnisse stellen bisherige Lehrmeinungen, wonach maximale Milchleistung gleichbedeutend ist mit einem niedrigem CO2-Fußabdruck, deutlich in Frage“, so Lorenz.

Das Team an der Agrar- und Ernährungswissenschaftlichen Fakultät konzentrierte sich auf drei Faktoren, die den Ausstoß der klimarelevanten Gase signifikant beeinflussen. Die Ergebnisse zeigen, dass unabhängig von den Haltungssystemen die Emissionen zunächst deutlich sinken, wenn der Milchertrag pro Kuh steigt. Hohe Milcherträge erfordern weniger Kühe, um eine bestimmte Milchmenge zu erhalten und weniger Kühe bedeuten auch einen geringeren Ausstoß des Treibhausgases Methan. Taube: „Ab einem gewissen Niveau ist der positive Effekt steigender Milchleistung fürs Klima jedoch deutlich abgeschwächt“.

Stall versus Weide
Während die Kühe im Stall zu jeder Zeit mit einer auf ihre Bedürfnisse abgestimmten Mischung aus Gras- und Maissilage gefüttert werden können, müssen sich die grasenden Kühe mehr bewegen und fressen gleichzeitig weniger. Deshalb werden für die Weide häufig kleinere Rassen eingesetzt, die weniger Futter benötigen. Jedoch geben diese auch weniger Milch.

„Daraus könnte man folgern, dass dies zu einem schlechteren Abschneiden der Weidemilch führt. Die Ergebnisse der Studie zeigen jedoch, dass die positiven Aspekte der Weidehaltung die höhere Anzahl an Kühen, die für dieselbe Milchmenge benötigt wird, ausgleichen können“, betont Taube. Somit sei die Milch von grasenden Kühen nicht klimaschädlicher als die von ihren im Stall stehenden Artgenossen. „Je mehr frisches Gras die Kühe fressen, desto geringer ist der CO2-Fußabdruck der Milch“, fasst der Grünlandexperte zusammen.

Die Haltung im Stall bedeutet wesentlich mehr Energieaufwand bei der Futterbergung und der Gülleausbringung. Insbesondere wird mehr Kraftstoff verbraucht, weil das Futter gemäht und von den Wiesen und Äckern geholt werden muss. Zusätzlich wird bei der Stallhaltung im Durchschnitt deutlich mehr Konzentratfutter eingesetzt und mehr mineralischer Dünger auf den Feldern ausgebracht. Auch deren Produktion erzeugt Emissionen, die sich im CO2-Fußabdruck der Milch wiederfinden.

Weidehaltung auf dem Versuchsbetrieb Lindhof
„Die geringere Milchleistung schadet dem System Weidehaltung in der Klimawirkung also nicht. Angepasste Rassen können das Weidegras sehr effizient umsetzen. Oftmals sind die Tiere mit Weidegang auch gesünder, weisen eine längere Lebens- und Nutzungsdauer auf, werden nach dem Kalben schneller wieder tragend und können ihre arttypischen Verhaltensmuster auf der Weide besser ausleben. Alles Bausteine, die sich zusätzlich positiv auf die CO2-Bilanz auswirken können. Welches der Haltungssysteme im Einzelfall das klimafreundlichere ist, hängt jedoch von einer Vielzahl von Faktoren ab“, erklärt Heike Lorenz die neuen Erkenntnisse.

Die Ergebnisse der Metastudie sind Wasser auf die Mühlen der seit 2016 praktizierten Weidemilcherzeugung auf dem Lindhof, einem der Versuchsbetriebe der Agrar- und Ernährungswissenschaftlichen Fakultät. Dort leben knapp 100 Milchkühe der Rasse Jersey. Diese Rasse ist aufgrund ihrer Robustheit und ihres kleinen Körpermaßes sehr gut für die Weidehaltung geeignet und liefert Milch mit hohen Fett- und Eiweißgehalten.

„Auf dem Lindhof wollen wir zeigen, dass Milch aus Weide-Kleegras nicht nur dem Klima nützt, weil das Weidefutter Energie und Eiweiß bereitstellt und damit Soja und Raps in der Futterration überflüssig macht. Wir wollen auch zeigen, dass dadurch mehr Kohlenstoff im Boden gespeichert und mehr Biodiversität in der Agrarlandschaft ermöglicht wird. Und aufgrund der tiefwurzelnden Kräuter in der Futtermischung werden kaum Nährstoffverluste ins Grundwasser zugelassen“, erläutert der Koordinator der Feldexperimente auf dem Lindhof, Dr. Ralf Loges.

Mittelfristig sieht die Forschungsgruppe große Chancen, dass Milchkühe in den nächsten 15 bis 20 Jahren wieder zurück in die Ackerbauregionen Ostholsteins wandern und dort den einseitigen Ackerbau aus Weizen und Raps besser und vor allem stabiler machen können. Mehr Kulturartenvielfalt lautet die Herausforderung, oder wie es die Forschenden formulieren: „mehr funktionale Diversität für resiliente Anbausysteme im Klimawandel“.

Das Evangelische Studienwerk Villigst förderte die Doktorarbeit von Heike Lorenz im Promotionsschwerpunkt „Dritte Wege zur Ernährung der Einen Welt“. Dieser Promotionsschwerpunkt mit insgesamt 20 Doktorandinnen und Doktoranden wird gemeinsam von den Kieler Professoren Konrad Ott (Umweltethik), Christian Henning (Agrarpolitik) und Friedhelm Taube geleitet. Für die Studie arbeitete Lorenz mit Professor Taube und Dr. Thorsten Reinsch von der Abteilung Grünland und Futterbau sowie Professor Sebastian Hess zusammen.

Quelle: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Q-Fieber ist eine durch das Bakterium Coxiella burnetii verursachte, nahezu weltweit verbreitete Erkrankung von Menschen und Tieren. Immer wieder kommt es auch in Deutschland zu Ausbrüchen. Mit bis zu 415 infizierten Menschen pro Ausbruch ist die Erkrankung eine ernsthafte Bedrohung für die öffentliche Gesundheit. Bei etwa der Hälfte der infizierten Menschen kommt es zu grippeähnlichen Symptomen, manchmal auch zu schweren Erkrankungen. Die Anzahl der gemeldeten humanen Q-Fieber-Fälle in Deutschland schwankt von Jahr zu Jahr.

Übertragen wird der Erreger meist über die Luft durch erregerhaltigen Staub oder über die sogenannten Geburtsprodukte infizierter Schafe und Ziegen, zu denen beispielsweise die Plazenta und die Eihäute zählen. Die Infektion verläuft bei den Tieren oft symptomlos, aber es kommt auch zu Aborten und Totgeburten. Während der Geburt scheiden infizierte Tiere die Erreger dann massiv aus. Durch den direkten Kontakt mit erregerhaltigen Geweben oder Materialien können Menschen sich ebenfalls anstecken. Wenn es zu einem Q-Fieber-Ausbruch bei Menschen und Tieren kommt, ist deshalb eine enge Zusammenarbeit von Human- und Veterinärmedizinern wichtig ¬¬– genau wie bei der Diagnostik und der Prophylaxe dieser Zoonose.

Am Freitag, den 7. Februar 2020, findet von 9 bis 16.30 Uhr unter dem Titel „Gemeinsam sind wir stärker! Q-Fieber – Prävention und Bekämpfung einer Zoonose als gemeinsame Aufgabe von Human- und Veterinärmedizin“ in der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover im Hörsaal des Instituts für Pathologie am Bünteweg 17, 30559 Hannover das Seminar Veterinary Public Health statt, zu dem wir Sie herzlich einladen. Hier finden Sie das Programm.

Die Veranstaltung, die von der Nationalen Forschungsplattform für Zoonosen gefördert wird, soll dazu beitragen, neueste Erkenntnisse zum Q-Fieber zu vermitteln. Zudem soll sie den Dialog zwischen Wissenschaft, öffentlichem Gesundheitswesen und Praxis, aber vor allem zwischen Veterinär- und Humanmedizin fördern. Der Fokus der Veranstaltung liegt darum auf den Möglichkeiten der Zusammenarbeit im konkreten Ausbruchsfall. Denn gemeinsam sind wir stärker!

Quelle: Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover

Gesamtpreisgeld von 15.000 Euro für die relevantesten klinischen Fälle Bewerbungen ab jetzt über die BVDzero-Website

Boehringer Ingelheim, eines der führenden Unternehmen der Tiergesundheitsbranche weltweit, hat die „BVDzero Case Awards“ 2020 ausgeschrieben. Bewerbungen nimmt das Unternehmen ab sofort entgegen. Die alle zwei Jahre verliehene Auszeichnung steht beispielhaft für das langfristige Engagement von Boehringer Ingelheim zur Verbesserung der Gesundheit und des Wohlbefindens von Nutztieren.

Das Unternehmen wählt aus allen Einreichungen die zehn relevantesten klinischen Fälle aus und vergibt ein Gesamtpreisgeld in Höhe von 15.000 Euro. Teilnahmeberechtigt sind alle im Bereich der Rinderbranche tätigen Personen. Die wesentlichen Fachgebiete umfassen unter anderem die Bereiche Forschung, Diagnostik, tierärztliche Praxis, Rinderzucht sowie Tiergesundheit und Tierwohl. Die Liste der Gewinner aus dem Jahr 2018 ist hier abrufbar.

Mithilfe der „BVDzero Case Awards“ verfolgt Boehringer Ingelheim das Ziel, die Suche sowohl nach klinischen als auch nach subklinischen Fällen von Bovine Virusdiarrhoe (BVD) in Rinderherden zu fördern. Das Unternehmen möchte so das Bewusstsein für BVD stärken und dadurch zu einer Reduzierung der Prävalenz beitragen. Bewerbungen sind bis zum 20. März 2020 möglich.

„BVD ist eine der weltweit am weitesten verbreiteten Krankheiten bei Rindern“, erklärt Steve Williams, globaler Leiter des Strategischen Geschäftsbereichs Wiederkäuer/Rinder bei Boehringer Ingelheim. „BVD führt in der Rinderhaltung zu großem gesundheitlichen und wirtschaftlichen Schaden. Unser Ziel ist es, neue Wege zu gehen und weltweit einen Paradigmenwechsel bei der BVD-Kontrolle anzustoßen.”

Die Preisverleihung ist für die diesjährige BVDzero-Pressekonferenz im Mai 2020 geplant. Das BVDzero-Komitee, das sich aus namhaften externen Experten aus dem Gebiet der Rindergesundheit zusammensetzt, wird die Gewinner auswählen.

Weitergehende Informationen finden Sie auf der BVDzero-Website

Quelle: Boehringer Ingelheim

Wissenschaftlern der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der Georg-August-Universität Göttingen ist der Nachweis gelungen, dass eine der Klauenkrankheiten von Kühen wesentlich genetisch bedingt ist. Die Interdigitale Hyperplasie wird bisher meist rein auf die Hygienebedingungen im Stall zurückgeführt. Das Team um Prof. Dr. Hermann Swalve stieß jedoch auf einen Betrieb, in dem die Krankheit gehäuft vorkam und identifizierte ein verantwortliches Gen. Mit gezielter Züchtung könnte die Krankheit nun eingedämmt werden.

„Das passt alles zusammen, so einen Fall haben wir ganz selten“, sagt Hermann Swalve, Professor für Tierzucht am Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften der MLU. Um ein einziges Gen zu identifizieren, das eine Krankheit zu großen Teilen verantwortet, müssen viele Faktoren passen. Swalves Team gelang die Entdeckung, die jetzt in der Fachzeitschrift „Frontiers in Genetics“ veröffentlicht wurde, weil seine Arbeitsgruppe seit Jahren mit großen Datenbeständen von Kühen in Deutschland arbeitet. Dabei fiel ein Betrieb auf, in dem die Interdigitale Hyperplasie, auch Limax oder Tylom genannt, gehäuft auftrat. Unter der Krankheit leiden drei bis acht Prozent aller Kühe in Deutschland im Laufe ihres Lebens, meist jedoch in höherem Alter. Zwischen den beiden Zehen der Klaue von Rindern wächst dabei eine weitere, „verkümmerte“ Zehe heran, welche die eigentlichen Zehen auseinanderspreizt. „Es kommt zu Hautrissen, die wiederum Eintrittspforten für Bakterien und damit für weitere Erkrankungen bilden“, so Swalve. Die Tiere lahmen, die Lebensdauer wird verkürzt.

„Wir haben vorher schon Studien zur Genetik der Krankheit gemacht, hatten aber zu wenige betroffene Tiere, so dass eine statistische Absicherung schwierig war“, sagt Swalve. Für sie sei es also gewissermaßen ein Glücksfall gewesen, dass in einem Betrieb im Nordwesten Deutschlands fast 60 Prozent der Tiere darunter litten. Mit einer sogenannten Genomweiten Assoziierungsstudie wurden insgesamt 45.000 kleine DNA-Abschnitte, sogenannte SNPs, von gesunden und kranken Kühen verglichen. Dabei fielen zunächst zwei Stellen auf, die mit der Krankheit zusammenhängen könnten. Eine davon war das Gen für den Tyrosin-Kinase-Receptor 2 (ROR2). „Wir haben unsere Ergebnisse dann mit Studien aus der Humanmedizin verglichen und festgestellt, dass dieses Gen auch beim Menschen eine Rolle bei der Entstehung von Gliedmaßen spielt“, so Swalve. Den Beweis, dass das ROR2-Gen auch tatsächlich etwas mit der Entstehung der Erkrankung zu tun hat, lieferte im Anschluss das Team um Prof. Dr. Bertram Brenig von der Universität Göttingen. In seiner Arbeitsgruppe wurde der komplette Genabschnitt vergleichend sequenziert und festgestellt, dass eine Mutation bei den erkrankten Kühen zum Austausch einer Aminosäure führt. In weiteren Experimenten konnte Brenig außerdem nachweisen, dass der Fehler tatsächlich zu einer veränderten Proteinkonzentration führt. „Erst nachdem wir zeigen konnten, dass die Mutation die Genexpression beeinflusst, ließ sich der Zusammenhang mit der Erkrankung schlüssig erklären“, so Brenig.

Für Swalve ist es überraschend, dass der genetische Hintergrund der Erkrankung so lange außer Acht gelassen wurde – obwohl bereits 1952 der damals international anerkannte Veterinärmediziner Richard Götze aus Hannover einen fast ausschließlich genetischen Hintergrund für die Interdigitale Hyperplasie vermutete. In die Züchtung habe dies keinen Eingang gefunden. Erst mit der nun vorliegenden Studie werde die Vermutung Götzes bestätigt. Durch gezielte Züchtung könnte die Krankheit nun eingedämmt werden.

Quelle: Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Kühe können sich an Nahrung mit unterschiedlichem Kochsalzgehalt anpassen. Wie sie das machen, war bislang ein Geheimnis. Jetzt haben Forscher der Goethe-Universität im Mikrobiom des Pansens ein Bakterium entdeckt, das den Salzgehalt mit einem neuen Typ von Zellatmung reguliert.

Die Kuh kann Gras nur mithilfe von Milliarden Mikroorganismen in ihrem Pansen verwerten. Ein ganzer Zoo von Bakterien, Archaeen und Protozoen arbeitet dort wie am Fließband: Zuerst spalten diese Einzeller die Cellulose, einen Vielfachzucker, auf. Andere Bakterien vergären die freigesetzten Zucker zu Fettsäuren, Alkoholen und Gasen wie Wasserstoff und Kohlendioxid. Schließlich verwandeln methanogene Archaeen diese beiden Gase zu Methan.

Eine durchschnittliche Kuh produziert etwa 110 Liter Methan pro Tag. Durch das Wiederkäuen entweicht es aus dem Maul, wird aber auch wieder mit Nahrungsbrei und vermischt. Dadurch kann der Kochsalzgehalt des Grasbreis stark schwanken (zwischen 60 – 800 milli-Mol Natriumchlorid (NaCl) pro Liter).

Wie sich die Bakterien des Pansens an diese stark schwankenden Kochsalzkonzentrationen anpassen, hat eine deutsch-amerikanische Forschergruppe jetzt herausgefunden: „Bioinformatische Analysen der Genome von Pansenbakterien führten unseren amerikanischen Kollegen Tim Hackmann zu der Vermutung, dass einige Pansenbakterien zwei unterschiedliche Atmungsketten haben. Eine davon funktioniert mit Natriumionen, die andere ohne“, erklärt Prof. Volker Müller von der Abteilung Molekulare Mikrobiologie und Bioenergetik an der Goethe-Universität. Müller schlug seiner Doktorandin Marie Schölmerich deshalb vor, einen typischen Vertreter im Mikrobiom von Wiederkäuen zu untersuchen: das Bakterium Pseudobutyrivibrio ruminis.

Marie Schölmerich hat zusammen mit der Bachelorstudentin Judith Dönig und dem Masterstudenten Alexander Katsyv das Bakterium kultiviert. Tatsächlich konnten sie beide Atmungsketten nachweisen. Wie die Forscher in der aktuellen Ausgabe der Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) berichten, wird während der Zuckeroxidation der Elektronenüberträger Ferredoxin (Fd) reduziert. Reduziertes Ferredoxin treibt beide Atmungsketten an.

Die eine Atmungskette besteht aus dem Enzymkomplex Fd:NAD-Oxidoreduktase (Rnf- Komplex). Er transportiert Natriumionen unter Aufwendung von Energie aus der Zelle. Bei ihrem Wiedereintritt treiben die Natriumionen eine ATP-Synthase an, so dass ATP entsteht. Diese Atmungskette arbeitet nur in Gegenwart von Natrium-Ionen.

Fehlen Natrium-Ionen, bildet das Bakterium eine alternative Atmungskette mit einem anderen Enzymkomplex: Die Hydrogenase Fd:H+-Oxidoreduktase produziert Wasserstoff und pumpt Protonen aus der Zelle. Treten diese über eine zweite ATP-Synthase, die Protonen, aber keine Natriumionen akzeptiert, wieder in die Zelle ein, entsteht ebenfalls ATP.

„Bis heute ist dies das erste Bakterium, bei dem diese beiden einfachen, komplett unterschiedlichen Atmungsketten nachgewiesen wurden. Unsere bioinformatischen Analysen legen aber nahe, dass sie auch bei anderen Bakterien zu finden sind“, erklärt Marie Schölmerich. „Diese Anpassungsstrategie scheint also weiter verbreitet zu sein“, lautet ihre Vermutung.

Interessanterweise wurden die beiden Enzymkomplexe (Rnf-und Ech-Komplex) auch in evolutionsbiologisch alten Bakterien gefunden. Die Arbeitsgruppe von Prof. Müller hat sie eingehend untersucht, aber immer nur einen der beiden Enzymkomplexe gefunden, nie beide zusammen. „Jetzt werden wir mit Methoden der synthetischen Mikrobiologie Hybride von Bakterien herstellen, die beide Komplexe enthalten, um diese für biotechnologische Prozesse zu optimieren. Dadurch kann man den zellulären ATP-Gehalt erhöhen. Dann lassen sich wertvollere Produkte herstellen“, erklärt Prof. Müller. Geplant ist, die Atmungsketten einzusetzen, um durch die Fermentation von Synthesegasen Wertstoffe zu gewinnen. Dies ist Gegenstand der Untersuchungen in einem BMBF-geförderten Projekt.

Quelle: Goethe-Universität Frankfurt am Main