Valutazione dell’efficacia di formulazioni a base di batteriocine per la riduzione di stafilococchi, streptococchi e della conta batterica totale sulla cute del capezzolo nelle vacche da latte.

La mastite è la malattia principale e più costosa nell’industria lattiero-casearia, che riduce il benessere degli animali e diminuisce la qualità del latte. Per decenni, i ricercatori si sono concentrati sull’individuazione di strategie efficaci per controllare meglio la malattia. Ciò ha portato allo sviluppo di un programma di controllo della mastite stabilito dal National Mastitis Council, che include diverse linee guida, come il dipping del capezzolo dopo la mungitura, la terapia della vacca in asciutta, una corretta registrazione e trattamento di tutti i casi clinici, l’abbattimento delle vacche con malattie croniche e la manutenzione ordinaria dell’impianto di mungitura (Middleton et al., 2017). Di conseguenza, è ormai ben noto come l’adozione della disinfezione del capezzolo post-mungitura sia una strategia efficace nella prevenzione dell’infezione intramammaria (IMI) (Pankey et al., 1984; Williamson e Lacy-Hulbert, 2013). Infatti, la colonizzazione batterica della cute del capezzolo e l’IMI sono strettamente correlate (Quirk et al., 2012). Le infezioni intramammarie si verificano quando i batteri presenti sulla mammella o sul capezzolo entrano nella ghiandola mammaria attraverso il canale del capezzolo (Chambers, 2005). Infatti, i batteri presenti nella lettiera delle vacche, così come sull’attrezzatura per la mungitura, possono potenzialmente infettare la ghiandola mammaria. I dipping per capezzoli attualmente in commercio contengono sostanze chimiche come iodio, perossido di idrogeno e cloro. Sebbene efficaci, questi composti possono aver effetti collaterali pertanto, può essere utile cercare alternative più naturali da utilizzare in combinazione o in sostituzione dei composti chimici esistenti. Le batteriocine sono piccoli peptidi antimicrobici sintetizzati nei ribosomi da batteri gram-positivi e gram-negativi e sono attive contro una vasta gamma di altri batteri (Cleveland et al., 2001; Hammami et al., 2013). Questi peptidi presentano molti vantaggi rispetto ad altri antimicrobici, come la tolleranza alle variazioni di pH, la resistenza alla temperatura, la loro tossicità relativamente bassa e la possibilità di generare varianti mediante bioingegneria. Diverse batteriocine sono state identificate e caratterizzate in termini di struttura, meccanismo d’azione e spettro di attività di inibizione (Soltani et al., 2021) e sono state descritte nel database BACTIBASE (Hammami et al., 2010).

Batteriocine con attività antimicrobica nei confronti di agenti patogeni che causano mastiti come Staphylococcus aureus, Escherichia coli e Streptococcus spp. sono state descritte in precedenza (Cleveland et al., 2001; Pieterse e Todorov, 2010). La bactofencina A è isolata dal Lactobacillus salivarius gram-positivo (Bédard et al., 2018) e ha mostrato attività inibitoria sia contro Staph. aureus sia contro Listeria monocytogenes prendendo di mira la parete cellulare batterica (Bédard et al., 2019). Il lavoro precedente del nostro team ha mostrato un’attività antimicrobica della bactofencina A a partire da 4 μg/mL contro Staph. aureus e ceppi di streptococchi isolati dall’IMI clinica (Bennett et al., 2021). Inoltre, la nisina A, un antibiotico prodotto da Lactococcus lactis, dimostra di possedere un’attività ad ampio spettro contro i batteri gram-positivi, compresi i patogeni di origine alimentare. Il suo meccanismo d’azione si basa sulla rottura della parete cellulare batterica mediante la formazione di pori e l’inibizione di importanti precursori della parete cellulare (Wiedemann et al., 2001). È ben noto come la nisina dimostri di avere attività antimicrobica in vitro contro i patogeni che causano la mastite (Field et al., 2016; Kitazaki et al., 2017). L’utilizzo della nisina come trattamento per la mastite bovina è stato studiato anche in passato. Cao et al. (2007) e Wu et al. (2007) hanno valutato l’efficacia di un’infusione intramammaria di una formulazione a base di nisina per il trattamento della mastite bovina clinica. I risultati hanno indicato che la formulazione a base di nisina ha trattato con successo l’IMI; tuttavia, la polvere in commercio contenente nisina non era purificata e conteneva livelli elevati di sale. È stato dimostrato anche che una formulazione per capezzoli a base di nisina (AMBICIN, Applied Microbiology Inc.) è in grado di ridurre significativamente i patogeni associati alla mastite, come Staph. aureus ed E. coli (Sears et al., 1992).

Inoltre, in questo studio, è stato esaminato anche un composto antimicrobico ad ampio spettro. In presenza di glicerolo, il Lactobacillus reuteri genera un’aldeide attiva nota come reuterina. Questo composto si è dimostrato efficace contro un’ampia gamma di batteri gram-positivi e gram-negativi inducendo stress ossidativo nelle cellule (Schaefer et al., 2010). Diversi studi hanno valutato il potenziale della reuterina come conservante alimentare (Arqués et al., 2011; Vimont et al., 2019) e come disinfettante (El-Ziney e Jakobsen, 2009; Asare et al., 2018). Tuttavia, secondo la nostra conoscenza, non è stato svolto alcun lavoro in merito al suo utilizzo per il trattamento o la prevenzione della mastite bovina. Inoltre, è ben noto l’effetto sinergico tra più batteriocine quando queste vengono combinate. L’utilizzo di un pool di batteriocine potrebbe essere utile in quanto fornisce uno spettro d’azione più ampio e riduce il rischio di sviluppare meccanismi di resistenza. Pertanto, in questo lavoro, è stato valutato un nuovo pool di batteriocine contenente bactofencina A, nisina e reuterina. Un nostro lavoro precedente forniva informazioni sull’attività battericida o batteriostatica in vitro di questi tre composti contro patogeni che causano la mastite, come Staph. aureo, Strep. dysgalactiae e Strep. uberis (Bennett et al., 2021) .Lo scopo di questo studio è stato quello di valutare l’efficacia della bactofencina A, della nisina, della reuterina e di un pool di batteriocine nel ridurre la conta batterica sulla cute del capezzolo nelle vacche da latte.

I capezzoli di 12 vacche Frisone hanno ricevuto 2 diverse concentrazioni di bactofencina A, nisina e reuterina utilizzate da sole o in combinazione, nonché iodio (controllo positivo) e soluzione salina (controllo negativo). I tamponi sui capezzoli sono stati effettuati prima e dopo l’applicazione delle formulazioni e analizzati per la conta di stafilococchi, streptococchi e batteri totali. Non sono state trovate differenze per stafilococchi, streptococchi e conta batterica totale per i campioni raccolti prima dell’applicazione durante l’intero esperimento. I trattamenti a bassa ed alta reuterina hanno ridotto la conta batterica totale rispettivamente di 0,47 e 0,36 log, mentre la bactofencina A non ha avuto alcun effetto su alcuni gruppi batterici testati. Il trattamento a basso contenuto di nisina ha ridotto gli stafilococchi, gli streptococchi e la conta batterica totale rispettivamente di 0,47, 0,30 e 0,50 log. Il trattamento con livelli elevati di nisina ha comportato una riduzione di 0,50, 0,50 e 0,47 log per stafilococchi, streptococchi e conta batterica totale. Il pool di batteriocine ha mostrato i più alti tassi di diminuzione, con riduzioni logaritmiche di 0,91, 0,54 e 0,90 ottenute per stafilococchi, streptococchi e conte batteriche totali, rispettivamente, quando veniva utilizzato il pool di batteriocine a bassa concentrazione. Analogamente, il pool ad alta concentrazione ha mostrato tassi di diminuzione con riduzioni logaritmiche di 0,95, 0,60 e 0,82 ottenute, rispettivamente, per la conta di stafilococchi, streptococchi e batteri totali. Pertanto, la nisina e il pool di batteriocine si sono dimostrati i più promettenti come disinfettanti del capezzolo diminuendo la conta di stafilococchi, streptococchi e batteri totali. Dunque le batteriocine sembrano rappresentare una valida alternativa all’attuale disinfettante per capezzoli in commercio per ridurre la contaminazione batterica della cute del capezzolo.

Il presente articolo è una sinossi tratta dalla pubblicazione del Journal of Dairy Science “Efficacy of bacteriocin-based formula for reducing staphylococci, streptococci, and total bacterial counts on teat skin of dairy cows”

Bennett,1,2 I. Fliss,2 L. Ben Said,3 F. Malouin,2 and P. Lacasse1* 

1Sherbrooke Research and Development Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Sherbrooke, Québec, Canada J1M 0C8

2Département de Biologie, Faculté des Sciences, Université de Sherbrooke, Sherbrooke, QC, Canada J1K 2R1

3Département des Sciences des Aliments, Faculté des Sciences de l’Agriculture et de l’Alimentation, Université Laval, Québec, QC, Canada G1V 0A6

*Corresponding author: pierre.lacasse@agr.gc.ca

Dairy Sci. 105:4498–4507: https://doi.org/10.3168/jds.2021-21381

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