LeakyCow – Hitzestress-induzierte lokale und systemische Immunantwort in Milchkühen mit `Leaky gut Syndrome`
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Laut Vorhersagen wird der Klimawandel in den kommenden Jahren zu einer Zunahme extremer Wetterereignisse wie Hitzewellen führen. Hitzestress beeinflusst die Gesundheit und das Wohlbefinden der Tiere und führt dazu, dass sie weniger Futter aufnehmen, eine geringere Milch- und Reproduktionsleistung und ein höheres Krankheitsrisiko besitzen. In dieser Studie wurde untersucht, wie hohe Umgebungstemperaturen die humorale Immunantwort bei Milchkühen beeinflussen. Dazu wurden die mesenterialen Lymphknoten und peripheren mononukleären Blutzellen (PBMCs) sowie die Darmmikrobiota untersucht. Es ist wenig bekannt darüber, wie sich die lokale und/oder systemische Immunantwort auf eindringende Krankheitserreger und Bakterien aus dem Gastrointestinaltrakt verhält und ob ein Anstieg der Umgebungstemperatur zu einer Störung der Mikrobiota führen kann, die wiederum die Immunantwort beeinflusst. Das Ziel dieser Studie war es, diese Zusammenhänge genauer zu untersuchen. Dreißig Milchkühe wurden für 7 Tage auf drei Gruppen aufgeteilt: Kontrollgruppe (CON; 16°C, Temperatur-Feuchtigkeits-Index (THI) 60, ad libitum), Hitzestress (HS; 28°C, THI 76, ad libitum) oder paarweise Fütterung (PF; 16°C, THI 60, restriktiv). Die PF-Gruppe spiegelte die reduzierte Futteraufnahme der HS-Gruppe wider. Die lokale Immunantwort in den mesenterialen Lymphknoten (MLN) wurde durch die Aktivierung des Toll-like- Rezeptor-2-Signalwegs gekennzeichnet, der proinflammatorische Zytokine wie Tumornekrosefaktor (TNFα) und Interferon γ (IFNγ) induzierte. Es scheint jedoch, dass Chemokine, die die Leukozytenmigration zwischen den MLN und dem Darm regulieren, nicht an der adaptiven Immunantwort nach Hitzestress beteiligt sind. Im systemischen Kreislauf führte Endotoxin zu einem Anstieg von proinflammatorischen Zytokinen und des Akute-Phase-Proteins Haptoglobin. Die RNA-Sequenzierung von PBMCs zeigte, dass Hitzestress die Vasokonstriktion, die Thrombozyten und die Gerinnungskaskade aktiviert, möglicherweise durch mikrovaskuläre Verletzungen und Scherstress aufgrund des veränderten Blutflusses. Spezifische Signalwege, die mit dem T-Zell- Rezeptorsignalweg, der Antigenverarbeitung und -präsentation und dem intestinalen Immunnetzwerk in Verbindung stehen, wurden herunterreguliert, ebenso wie Stoffwechselwege, die mit dem Lysinabbau und Lipidstoffwechsel zusammenhängen, was auf eine Immunsuppression der Lymphozyten und eine metabolische Anpassung an geringere Nährstoffverfügbarkeit bei hohen Temperaturen hinweist. Die verringerte Futteraufnahme der HS-Tiere hatte auch eine nicht zu vernachlässigende Auswirkung auf die mikrobielle Diversität und das Aufkommen bestimmter Taxa, z. B. nicht klassifizierte Clostridien, Succinivibrionaceae UCG-001, Colidextribacter, Lachnospiraceae UCG-008, die eine potenzielle Quelle für Krankheitserreger und Signalmoleküle darstellen. Letztere könnten die Aktivierung der Immunreaktion im Magen-Darm-Trakt zur Aufrechterhaltung der intestinalen Homöostase begünstigen. Ostseezeitung – „Löcher im Darm: Hitzesommer ließ Kühe leiden“ (23. September 2022) NNN – „Wenn Kühe hecheln“ (1. September 2022) Bauernzeitung – „Hitze greift den Darm an“ (10. Mai 2024 /19. Ausgabe) Bauernzeitung – „Hitzestress und Mastitis“ (31. Mai 2024/ 22. Ausgabe) Landwirtschaftliches Wochenblatt (Hessenbauer/ Der Landbote für Rheinhessen und die Pfalz) – „Hitze greift den Darm an“ (8. August 2024/ 32. Ausgabe) Bauernblatt Schleswig-Holstein – „Hitze greift den Darm an“ (14. September 2024/ 37. Ausgabe)
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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GfE 2022 – Gesellschaft für Ernährungsphysiologie (virtual) Impact of ambient heat on leucocytic HSP70 expression, NF-κB p65 translocation, and hematology in primiparous Holstein dairy cows
Koch F., Hansen C., Viergutz T. & Kuhla B.
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ICPD 2022 – International Conference on Production Diseases in Farm Animals (Madison, WI, USA) Heat stress effects on the mucosa-associated and digesta microbiome in the jejunum of primiparous dairy cows
Koch F., Reyer H., Wimmers W. & Kuhla B.
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ISEP 2022 – International Symposium on Energy and Protein Metabolism and Nutrition (Granada, Spain) Heat stress affects metabolic profile and immune response in mesenteric lymph nodes of dairy cows
Koch F. & Kuhla B.
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ADSA 2023 – American Dairy Science Association (Ottawa, Canada) Proteomic analysis expose new insights into adaptation mechanisms of the mammary gland to heat stress in dairy cows
Koch F., Albrecht D. & Kuhla B.
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GfE 2023 – Gesellschaft für Ernährungsphysiologie (Göttingen, Germany) Mild heat stress increases ruminal acetate synthesis and alters milk composition of primiparous Holstein dairy cows
Koch F., Hansen C. & Kuhla B.
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GfE 2023 – Gesellschaft für Ernährungsphysiologie (Göttingen, Germany) Mild heat stress is associated with immunological and metabolic changes in peripheral blood mononuclear cells of primiparous Holstein dairy cows
Koch F., Kuhla B. & Kühn C.
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Mild heat stress–induced adaptive immune response in blood mononuclear cells and leukocytes from mesenteric lymph nodes of primiparous lactating Holstein cows. Journal of Dairy Science, 106(4), 3008-3022.
Koch, Franziska; Otten, Winfried; Sauerwein, Helga; Reyer, Henry & Kuhla, Björn
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Cellular and mitochondrial adaptation mechanisms in the colon of lactating dairy cows during hyperthermia. Journal of Dairy Science, 107(5), 3292-3305.
Eslamizad, Mehdi; Albrecht, Dirk; Kuhla, Björn & Koch, Franziska
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DAFA 2024 – Deutsche Agrarforschungsallianz (Potsdam, Germany) Heat stress-induced inflammatory processes in dairy cows and mitigation strategies
Koch F. & Kuhla B.
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EAAP 2024 - Annual Meeting of the European Federation of Animal Science (Florence, Italy) Time-dependent molecular adaptation of immune and platelet function to heat stress in PBMC of Holstein dairy cows
Koch F., Kuhla B. & Kühn C.
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GfE 2024 – Gesellschaft für Ernährungsphysiologie (Göttingen, Germany) Short-term effects of thermal heat and LPS-challenge on inflammatory cytokines and Toll-like receptor 4 signaling in bovine leukocytes of mesenteric lymph nodes – an in vitro study
Koch F. & Kuhla B.
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Heat stress and feeding effects on the mucosa-associated and digesta microbiome and their relationship to plasma and digesta fluid metabolites in the jejunum of dairy cows. Journal of Dairy Science, 107(7), 5162-5177.
Koch, Franziska; Reyer, Henry; Görs, Solvig; Hansen, Christiane; Wimmers, Klaus & Kuhla, Björn
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Novel Perspective on Molecular and Cellular Adaptations of the Mammary Gland-Regulating Milk Constituents and Immunity of Heat-Stressed Dairy Cows. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 72(37), 20286–20298.
Koch, Franziska; Albrecht, Dirk; Albrecht, Elke; Hansen, Christiane & Kuhla, Björn
