Hintergründe
Die bei dem Projekt milchQplus vielversprechenden Ergebnisse lieferten wichtige Hinweise über mögliche Einsatzgebiete der Zelldifferenzierung in der Milchkontrolle. Diese sollen nun im Projekt ZellDiX mit einem größeren Datensatz bekräftigt und Kennzahlen für die Diagnose und Prognose von Euterentzündungen entwickelt werden.

Was bedeutet eigentlich Zelldifferenzierung?
Drei unterschiedliche Typen von Leukozyten lassen sich in der Milch unterscheiden: Makrophagen (M), Polymorphkernige neutrophile Granulozyten (PMNs) und Lymphozyten (L).

Makrophagen stellen in der Milch einer gesunden Milchdrüse die größte Fraktion dar und unterstützen die Immunantwort auf verschiedene Weise. Zum einen können Makrophagen in das Euter eingedrungene Bakterien durch Phagozytose vernichten („auffressen“). Zum anderen besteht eine wichtige Aufgabe darin, im Fall einer Euterinfektion Botenstoffe auszuschütten, um PMNs aus dem Blut in das Euter zu rekrutieren. Die Hauptaufgabe der PMNs ist es, Bakterien in der akuten Entzündungsphase durch Phagozytose zu beseitigen. Dieser Zelltyp hat daher in der Milch einer gesunden Milchdrüse nur einen geringen Anteil an der Gesamtzellzahl. In der akuten Entzündungsphase hingegen strömen PMNs aus dem Blut in die Milchdrüse ein und machen bis über 90 % an der Gesamtzellzahl aus. Lymphozyten spielen vor allem bei der erworbenen Immunabwehr eine große Rolle: Sie bekämpfen eingedrungene Erreger durch gezielte zelluläre Abwehrmechanismen. Sie bilden sich außerdem zu Gedächtniszellen aus, damit das Immunsystem bei einer neuen Infektion schneller reagieren kann.

Wissenschaftliche Untersuchungen deuten darauf hin, dass bereits bei Zellzahlen unter 100.000 Zellen/ml entzündliche Prozesse im Euter vorliegen können und sich die Anteile der vorherrschenden Zellpopulationen verändern. Auch bei erhöhten Zellzahlen ist die Zusammensetzung der Zellenarten nicht immer gleich. So können zwei Tiere mit einer ähnlich erhöhten Zellzahl deutlich verschiedene Anteile von Leukozyten aufweisen. Dabei spricht ein hoher Anteil von Makrophagen eher für ein chronisches und ein hoher Anteil von PMNs wahrscheinlich für ein akutes Geschehen. Diese Informationen lassen somit prognostische Schlüsse zur Eutergesundheit der Tiere zu.

Ziel
ZellDiX arbeitet daran, den Eutergesundheitsstatus mittels Differenzierung somatischer Zellen in der Milch noch detaillierter zu interpretieren und für den praktischen Einsatz in der Milchleistungsprüfung (MLP) optimal darzustellen. Mit Hilfe der neuen Parameter sollen Managemententscheidungen unterstützt werden, die auf die Senkung der Mastitishäufigkeit und die ressourcenoptimierte Antibiotika Therapie von Eutergesundheitsstörungen abzielen. Ebenso soll die Möglichkeit geschaffen werden, Informationen zum Monitoring der Herdeneutergesundheit bereit zu stellen, um die Situation prognostisch im Sinne eines Frühwarnsystems zu beurteilen.

Ergebnisse
Für die Auswertung und Modellentwicklung standen Zelldifferenzierungsuntersuchungen von > 10 Millionen Milchproben zur Verfügung. Die Tools zum betrieblichen Management der Eutergesundheit wurden mit  Pilotbetrieben evaluiert. Einbezogen sind die Daten aus einem Feldversuch, in dem 45.071 Viertelgemelksproben bakteriologisch untersucht sowie deren Zellzahl und ZDI (= Zelldifferenzierungsindex) bestimmt wurden. Darüber hinaus wurde bei den beprobten Tieren max. zwei Tage zuvor eine Milchkontrolle einschließlich Zelldifferenzierung durchgeführt. Mittels künstlicher Intelligenz wurden zwei Modelle zur Vorhersage der Eutergesundheit entwickelt. Diese Modelle nutzen mehrere Variablen, welche regelmäßig im Rahmen der Milchkontrolle bestimmt werden:

Modell I. (Chronizitätsmodell) gibt Auskunft über die Wahrscheinlichkeit für eine langanhaltende (chronische) Zellzahlerhöhung.
Die berechneten Wahrscheinlichkeiten liefern Milchviehhaltern, Tierärzten und Beratern wertvolle Informationen für z.B. die Zweckmäßigkeit einer antibiotischen Therapie oder die Merzung einer Milchkuh.

Das Modell unterstützt die Nutzer in der Interpretation der monatlichen MLP-Ergebnisse. Der antibiotische Behandlungserfolg ist für hohe Wahrscheinlichkeiten bei der Chronizitätsvorhersage nur begrenzt, während geringe Wahrscheinlichkeiten für eine chronische Mastitis keine antibiotische Intervention erfordern. Bei mittleren Wahrscheinlichkeiten kann eine weitergehende Diagnostik und antibiotische Therapie sinnvoll sein. Zusammenfassend sind diese Wahrscheinlichkeiten kuhindividuell und unter Berücksichtigung betriebsspezifischer Eigenheiten zu werten.

Modell II. gibt Auskunft über die Wahrscheinlichkeit für eine stabile Eutergesundheit, welche über eine langfristige Zellzahl unter 100.000 Zellen definiert ist.
Die im Modell für eine stabile Eutergesundheit geschätzte Wahrscheinlichkeit kann als Resistenz einer Kuh gegenüber einer Mastitisinfektion interpretiert werden. Hohe Wahrscheinlichkeiten für eine stabile Eutergesundheit geben den Hinweis, dass die Milchkuh eine Mastitisinfektion bei Erregerkontakt erfolgreich abwehren kann. Dagegen ist bei einer niedrigen Wahrscheinlichkeit die Resistenz einer Kuh gegenüber einer Infektion herabgesetzt.

Eine Infektion kann jedoch in beiden Fällen nur bei Erregerkontakt erfolgen. Daher mündet eine geringe Wahrscheinlichkeit für eine stabile Eutergesundheit für eine Kuh nicht zwangsläufig in eine Mastitisinfektion. Dies gibt dem Landwirt die Möglichkeit, anfällige Kühe durch ein gutes Management vor einem Erregerkontakt zu schützen.

Der Milchprüfring Bayern e.V. übernahm in dem Projekt Aufgaben im Bereich Datenerhebung, Organistation und Auswertung. Wenn Sie sich näher über das Projekt informieren möchten, finden Sie sämtliche Informationen auf der Homepage von Die Milchkontrolle.

Hintergründe
Mit dem Beginn des Projektes milchQplus wurde 2012 der Startstein für die Entwicklung einer standardisierten, durchflusszytometrischen Methode der Zelldifferenzierung von in der Milch vorkommenden Zellen gelegt. Bei der Zelldifferenzierung werden die einzelnen Zelltypen der somatischen Zellzahl erkannt. Denn die somatischen Zellen bestehen neben den Epithelzellen aus dem Eutergewebe vor allem aus den Leukozyten (weiße Blutkörperchen). Diese setzen sich zusammen aus Makrophagen, Lymphozyten, und polymorphkernigen neutophilen Granolozyten (PMN).

In einer gesunden Milchdrüse stellen die Makrophagen die größte Fraktion dar. Ihre wichtigste Aufgabe besteht darin, im Falle einer Euterinfektion Entzündungsmediatoren auszuschütten, damit PMN’s aus dem Blut in das Euter gelangen. In einer akuten Entzündungsphase machen die PNM’s bis über 90 % an der Gesamtzellzahl aus. Ihre Hauptaufgabe ist es, die in das Euter eingedrungenen Bakterien durch Phagozytose zu beseitigen. Die Lymphozyten spielen bei der erworbenen Immunabwehr eine große Rolle. Sie bilden sich zu Gedächtniszellen aus, damit das Immunsystem bei einer neuen Infektion schneller reagieren kann. Bei chronischen und akuten Entzündungsverläufen verändern sich die prozentualen Anteile dieser verschiedenen Zelltypen an der Gesamtzahl der somatischen Zellen. Hieraus können weitere wichtige Informationen zum Status einer Euterentzündung generiert werden

Ziele  
Verwirklichung der Entwicklung entsprechender Hochdurchsatzgeräte zusammen mit der Firma Foss GmbH

Ergebnisse
Dem Gerät liegt ein völlig neues Funktionsprinzip zugrunde.  Neu ist neben der Chemie und der Messeinheit auch die Inkubationseinheit (Inkubation des Farbstoffes auf die Zellen = Zellfärbung). Eine Probe hat eine Inkubationszeit von einer Minute. Ebenso wird ein komplett neuer Parameter ermittelt, der Differential Somatic Cell Count (DSCC = Anteil PMN + Lymphozythen). Mit ihm ist es möglich den ZDI zu berechnen (ZDI (%) = 100 % Gesamtzellzahl  – DSCC (%))

Nach der Installation des ersten Prototypen der Fossomatic™ 7 DC Anfang 2017, wurde in einer sehr engen und intensiven Zusammenarbeit zwischen dem Milchprüfring Bayern e.V. und der FOSS GmbH viele Tests und Versuche durchgeführt um die Messbereitschaft herzustellen und die Hardware auf Herz und Nieren zu testen. 2019 wurden bereits 9,2 Millionen Messergebnisse an 4 Seriengeräten der Fossomatic 7 DC generiert. Diese flossen in das ZellDiX Projekt mit ein. Nach eingehender Prüfung und praktischem Einsatz unter den in Bayern vorzufindenden Bedingungen wurde entschieden diesen Bereich auf andere Weise abzudecken. 

Wenn Sie sich näher über das Gerät informieren möchten, finden Sie sämtliche Informationen auf der Homepage von FOSS GmbH.

Hintergründe
Bundesweit erreichen nur 21 % der Tiere die vierte Laktation (Römer, 2011). Jede zweite Kuh erkrankt jährlich während der Laktation an einer Mastitis (Krömker, 2007). Bei der Behandlung der Tiere fallen hohe Kosten für den Tierarzt, wie auch für die verabreichten Medikamente (Antibiotika) an. Zudem stellen Eutererkrankungen in Milchviehbetrieben eine bedeutenden Abgangsursache dar (ADR, 2010). Für den Gehalt somatischer Zellen gilt für Rohmilch ein Höchstwert von 400.000 Zellen/ml (über drei Monate ermittelter geometrischer Mittelwert bei mindestens einer Probenahme je Monat) und Antibiotikarückstände dürfen die zugelassenen Mengen nicht überschreiten. Rohmilch, die diese Kriterien nicht erfüllt, muss in der EU verworfen werden bzw. darf nicht in die Lebensmittelkette gelangen.

Ziele
Um die Ressourcennutzung, die Nachhaltigkeit der Milcherzeugung, wie auch das Tierwohl zu verbessern, wird der Fokus des Vorhabens auf folgende 3 Punkte gelegt:

1. die Erhöhung der Nutzungsdauer durch eine positive Beeinflussung der Eutergesundheitssituation in Milchviehbeständen.
2. die Verminderung der Milchverluste, die durch Eutergesundheitsstörungen und antibiotische Therapiekonzepte bedingt sind.
3. Erkenntnisgewinnung über die Möglichkeiten der Zelldifferenzierung im Rahmen der Milchkontrolle zur Beurteilung der Eutergesundheit.

Ergebnisse
Es wurden sechs zusätzliche Eutergesundheitskennzahlen in die MLP-Berichte implementiert. Diese lauten:

• Anteil eutergesunder Tiere
• Neuinfektionsrate in der Laktation
• Chronisch euterkranke Tiere mit schlechten Heilungsaussichten
• Erstlaktierendenmastitisrate
• Neuinfektionsrate in der Trockenperiode
• Heilungsrate in der Trockenperiode

Dies zusätzlichen Eutergesundheitskennzahlen verdeutlichen leicht verständlich den betriebsindividuellen Eutergesundheitsstatus und dessen Entwicklung auf Herdenebene. Sie versachlichen die Bewertung der Eutergesundheit und ermöglichen eine Effektivitätskontrolle der durchgeführten Optimierungsmaßnahmen. Als Berechnungsgrundlage aller Kennzahlen wurde ein Orientierungswert von 100.000 Zellen/ml festgelegt. Zur überbetrieblichen Vergleichbarkeit werden zu jeder Kennzahl die Vergleichswerte der 25 % besten Betriebe des jeweiligen Bundeslandes angegeben, so dass jeder Milcherzeuger einschätzen kann, wo er mit seiner Herde steht.

Informationen zu den Kennzahlen, Merkblätter und Checklisten zur Eutergesundheit finden sie auf der Homepage des DLQ.

Bezüglich der Zelldifferenzierung wurde der Fragestellung nachgegangen, welche Möglichkeiten in der Nutzung einer Zelldifferenzierung im Rahmen der Milchkontrolle zur Beurteilung der Eutergesundheit bestehen kann. Hierfür müsste man die Methode zur Bestimmung des Gesamtgehalts somatischer Zellen (somatic cell count = SCC) je Milchprobe (SCC/ml) um die Methode zur Bestimmung der Zelldifferenzierung erweitern. Somit könnte man zusätzlich zur Gesamtzellzahl SCC/mL (setzt sich aus den verschiedenen Zelltypen: Epithelzellen, Makrophagen, polymorphkernige neutrophile Granulozyten (PMNs) und Lymphozyten zusammen) auch eine Aussage über die Anteile einzelner Zelltypen an der Gesamtzellzahl einer Milchprobe treffen und dadurch Rückschlüsse auf den wahrscheinlichen Krankheitsverlauf einer Mastitis ziehen.

Hierfür übernahm der Milchprüfring Bayern e.V. die Überprüfung der Praxistauglichkeit und der analytischen Robustheit der Zelldifferenzierung unter den in Deutschland vorherrschenden Praxisbedienungen mittels eines Benchtop Durchflusszytometers Accuri C5 der Firma BD Biosiences. Diese Versuche beinhalteten Untersuchungen zur Wiederholbarkeit der Messungen, der Probenstabilität sowie die Ermittlung des Einflusses von Lagerungstemperatur, Lagerungsdauer und des Konservierungsmittels. Die dabei entstandenen Ergebnisse lieferten wichtige Hinweise über mögliche Einsatzgebiete der Zelldifferenzierung in der Milchkontrolle. Um diese Erkenntnisse mit einem größeren Satz von Routinedaten zu bekräftigen wurde ein Folgeprojekt (ZellDiX) initiiert, das aufbauend auf den in milchQplus gewonnenen Erkenntnissen, Kennzahlen für die Diagnose und Prognose von Euterentzündungen entwickeln und die  Markteinführung der Zelldifferenzierung im Hochdurchsatzverfahren umsetzen sollte. Weiteres erfahren Sie dazu im Projekt ZellDiX. 

Wenn Sie sich näher über das Projekt informieren möchten, finden Sie sämtliche Informationen auf der Homepage von Die Milchkontrolle.