Zdraví mléčné žlázy a možnosti detekce patogenních mikroorganismů v kravském mléce

Veronika Ryšavá

Bachelor's thesis

Udder health and microorganism detection strategies in milk

Abstract:

Snaha o neustálé zvyšování dojivosti krav je v literatuře spojována se zvyšujícím se rizikem výskytu mastitidy. Jedná se o zánětlivé onemocnění mléčné žlázy, které snižuje kvalitu mléka a má značný vliv na následný pokles dojivosti. Zánět může způsobit přes 130 patogenních mikroorganismů. Nejčastějšími jsou však Staphylocccus aureus a Streptococcus uberis. Mastitida se rozlišuje dle závažnosti infekce a jejich projevů na klinickou a subklinickou. Klinická mastitida je doprovázena zarudnutím, otokem vemene a senzorickými změnami mléka. Závažnějším problémem je ale mastitida subklinická, protože infekce není doprovázena žádnými zjevnými projevy. Může se tak nejen snadněji šířit mezi dojnicemi, ale také se mléko infikovaných krav může dostávat do potravinového řetězce. Konzumace tohoto mléka nese určitá rizika, v podobě přenosu řady onemocnění. Některé kmeny rodu Staphylococcus aureus mohou produkovat enterotoxiny, které zapříčiňují nevolnost, zvracení a ve vážných případech mohou způsobit syndrom toxického šoku. Včasná identifikace patogenních mikroorganismů je klíčovým bodem nejen při rychlé a účinné léčbě dojnic, ale také pro snížení rizika kontaminace mléka a mléčných výrobků. Pro jejich identifikaci bylo vyvinuto hned několik typů metod, jako jsou stájové a imunologické testy, mikrobiální kultivace, či genetická charakterizace. Tyto metody se v průběhu času vyvinuly od nejjednodušších, a taky méně specifických způsobů, až po velmi sofistikované jako jsou právě molekulárně genetické metody. Ty mají potenciál rychlé a citlivé identifikace patogenních mikroorganismů nejen v kravském mléce. Polymerázová řetězová reakce je založena na amplifikaci DNA patogenů v mléce. Výsledky jsou poté vyhodnoceny pomocí elektroforézy. Speciální modifikací této metody je kvantitativní real-time PCR, která umožňuje sledovat nárůst množství DNA v reálném čase, a to díky fluorescenčnímu substrátu, který se váže na přítomnou nukleovou kyselinu. Hladina navázaného substrátu je detekována a odráží množství přítomné DNA. Kromě detekce patogenů by se tato metoda mohla v budoucnu běžně využívat pro zjištění přítomnosti genů, které zodpovídají za rezistenci vůči antibiotikům. Na základě vědeckých studií byl vypracován podrobný přehled zaměřující se na možnosti detekce patogenních mikroorganismů v mléce s důrazem na molekulárně genetické metody.

Abstract:

The efforts to constantly increasing the milk yield of cows could results in an increased risk of mastitis. It is an inflammatory disease of the mammary gland, which reduces the quality of milk and has a significant effect on the consequent decrease in milk yield. Inflammation can be caused by over 130 pathogenic microorganisms. However, the most common are Staphylococcus aureus and Streptococcus uberis. Mastitis is divided according to the severity of the infection and their manifestations into clinical and subclinical. Clinical mastitis is accompanied by redness, swelling of the udder and sensory changes in the milk. However, subclinical mastitis is a more serious problem because the infection is not accompanied by any obvious manifestations. It can spread more easily between dairy cows and also the milk of infected cows can enter the food chain. Consumption of this milk carries certain risks, such as the transmission of many diseases. Some strains of the genus Staphylococcus aureus can produce enterotoxins that cause nausea, vomiting and in severe cases it can cause toxic shock syndrome. Early identification of pathogenic microorganisms is a key point not only in the rapid and effective treatment of dairy cows, but also in reducing the risk of contamination of milk and dairy products. Several types of methods have been developed for their identification, such as on farm-tests and immunological tests, microbial cultivation or genetic characterisation. Over time, these methods have evolved from the simplest, and also less specific, methods to very sophisticated methods such as molecular genetic methods. These have the potential for rapid and sensitive identification of pathogenic microorganisms not only in cow's milk. The polymerase chain reaction is based on the amplification of DNA pathogens in milk. The results are then evaluated by electrophoresis. A special modification of this method is quantitative real-time PCR, which allows to monitor the increase in the amount of DNA in real time, thanks to the fluorescent substrate, which binds to the presented nucleic acid. The level of bound substrate is detected and reflects the amount of DNA present. In addition to detecting pathogens, this method could be commonly used in the future to detect the presence of genes responsible for antibiotic resistance. Based on scientific studies, a detailed overview was prepared focusing on the possibilities of detecting pathogenic microorganisms in milk with emphasis on molecular genetic methods.

Keywords

mastitis, polymerázová řetězová reakce, kvantifikace, identifikace, diagnostika

Keywords

mastitis, polymerase chain reaction, quantification, identification, diagnostic

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 5. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Kateřina Jochová, Ph.D.
• Reader: Zuzana Hroncová, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme / field:
Agriculture, Horticulture and Rural Development / Nutrition and Foodstuffs