Use of lactic acid bacteria as a preventive strategy against metritis in dairy cows

Abstract

Aproximadament el 40% de les vaques lleteres desenvolupen una malaltia uterina durant el post-part que acaba provocant infertilitat. Alguns estudis indiquen que la infecció uterina, causada principalment per Escherichia coli durant la primera setmana post-part, està associada amb la metritis, caracteritzada per la inflamació de l’úter on la vaca és incapaç d’eliminar els bacteris patògens. El tractament antibacterià tradicional que s’utilitza per contrarestar la metritis pot no ser efectiu en tots els casos, sobretot quan hi ha una inflamació prolongada. El primer estudi està enfocat en avaluar l’efecte de 4 possibles probiòtics del grup de bacteris de l’àcid làctic (BAL): Lactobacillus rhamnosus, Pediococcus acidilactici, Lactobacillus sakei i Lactobacillus reuteri, en un cultiu primari d’endometri amb infecció bacteriana i/o inflamació. Els principals resultats obtinguts van ser que P. acidilactici disminuïa la infecció d’E. coli, que L. rhamnosus reduïa significativament la inflamació cel·lular i que L. reuteri era capaç de disminuir la infecció d’E. coli quan les cèl·lules epitelials estaven prèviament inflamades. Durant el segon estudi es van provar 4 combinacions diferents de BAL a partir dels resultats obtinguts en el primer estudi. Es va avaluar la capacitat d’aquestes combinacions de disminuir la infecció d’E. coli i reduir la inflamació en el mateix cultiu primari. La combinació composta per L. rhamnous/ P. acidilactici/ L. reuteri amb una ràtio de 12/12/1 va ser la seleccionada. Llavors es va decidir comprovar que aquesta combinació continués sent eficaç en un model ex vivo (explants d’endometri). Els resultats obtinguts confirmaven la capacitat de la combinació de BAL de reduir la inflamació tissular. Per altra banda els assajos amb microscòpia electrònica mostraven un efecte protector de BAL en les cèl·lules epitelials. Hi havia menys necrosis, menys dany mitocondrial i més moc en les cèl·lules tractades amb BAL que en les no tractades. En el tercer estudi es va aplicar la combinació de BAL intravaginalment a vaques i al cap de 3 setmanes es va recol·lectar els seus endometris per obtenir-ne explants i infectar-los amb E. coli ex vivo. No es van observar diferències en els marcadors d’inflamació entre les vaques tractades amb BAL o les vaques control, ni en el número de Lactobacillus que hi havia a l’endometri de les vaques. Per altra banda, les vaques tractades amb BAL tendien a tenir menys presència d’E. coli a la vagina que les vaques control, i a més, expressaven menys B-defensins i MUC1, considerats marcadors d’infecció. Finalment, en el quart estudi, es van analitzar els efectes in vivo de la combinació de BAL sobre la incidència de metritis i inflamació de l’endometri en vaques de llet quan s’administrava intravaginalment durant 3 setmanes pre-part i o a l’úter un dia post-part. Els principals resultats obtinguts van ser que el tractament vaginal reduïa un 58% la prevalença de metritis comparada amb el grup control mentre que el tractament endometrial no la variava. No es va observar cap diferència amb els marcadors d’inflamació però els dos tractaments disminuïen l’activitatneutrofílica.

Approximately 40% of dairy cows develop a uterine disease during the post-partum leading to infertility. Several studies indicate that uterine infection, mainly caused by Escherichia coli during the first week post-partum, is associated with metritis, characterized by inflammation in the endometrium where the cow is not able to clear pathogenic bacteria. The traditional antimicrobial treatment may lack efficacy, especially in cases of sustained inflammation. The first study is focused in the evaluation of 4 possible probiotics belonging to the lactic acid bacteria (LAB): Lactobacillus rhamnosus, Pediococcus acidilactici, Lactobacillus sakei, and Lactobacillus reuteri, in an endometrial primary culture against bacterial infection and inflammation. The main results were that P. acidilactici was able to reduce E. coli infection, L. rhamnosus diminished cellular inflammation, and L. reuteri reduced E. coli infection when the epithelial cells were inflammated. On the second study, 4 different LAB combinations based on the results of the first study, were tested using the same primary culture. The combination composed by L. rhamnosus/ P. acidilactici/ L. reuteri with a ratio of 12/12/1 was selected. Then, this combination was tested in an ex vivo model (endometrial explants). The obtained results confirmed the capacity of this LAB combination to reduce tissular inflammation. On the other hand, electron microscopy assays showed a protective effect of LAB in endometrial epithelial cells. There was less necrosis, mitochondrial damage, and more mucus in the surface of LAB-treated cells than not-treated cells. In the third study, LAB combination was applied in vivo in the vagina of several cows, and 3 weeks later, the endometrium of those animals were collected. Explants were made from the endometrium and then infected with E. coli. No differences were observed in the inflammation markers between LAB-treated and control cows, or in the final quantification of Lactobacillus in the endometrium. On the other hand, LAB-treated cows tended to have less presence of E. coli in the vagina than control cows and, moreover, they expressed less B-defensins and MUC1, considerate markers of infection. Finally, on the fourth study, the effects of LAB combination were analyzed in vivo quantifying metritis prevalence and endometrial inflammation in dairy cows when the LAB combination was applied intravaginally during 3 weeks pre-partum or intra-uterine, 1 day after calving. The main results were that the vaginal treatment reduced metritis prevalence up to 58% compared with the control cows while no differences were observed with the endometrial treatment. No differences were found in the inflammation markers whereas both treatments (vaginal and endometrial) were able to modulate neutrophilic activity