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Untersuchung der zellulären Energieversorgung und Alterung in verschiedenen Geweben bei Milchkühen unter Berücksichtigung der Laktation (2020)

Art

Hochschulschrift

Autor

Bleikamp, Tina (WE 12)

Quelle

Berlin, 2020 — V, 95 Seiten

Verweise

URL (Volltext): https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/27235

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Institut für Tierpathologie

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Abstract / Zusammenfassung

Der Energiebedarf von Hochleistungskühen wird entscheidend von der Laktation geprägt und führt zu Veränderungen in der Energiebilanz (EB) und im Stoffwechsel. Sobald der Energiebedarf die über das Futter aufgenommene Energie übertrifft, mobilisieren hochleistende Milchkühe verstärkt ihre Körperreserven, vorallem von Fett. Während es nach dem Kalben und in der Frühlaktation (FL) vermehrt zur Fettmobilisierung (Lipolyse) kommt, findet in den späteren Laktationsphasen und in der Trockenstehzeit eine Fetteinlagerung (Lipogenese) statt. In der während der Lipolyse auftretenden Phase der negativen EB wirkt sich der Energiemangel auf die Energieversorgung der Zellen aus. Dabei wird ein großer Teil der zellulären Energieversorgung von den Mitochondrien, die ein eigenes Genom besitzen (mtDNA), bereitgestellt. Oxidative Schäden an der DNA der Mitochondrien, die durch eine langfristig hohe Stoffwechselbelastung (oxidativer Stress) hervorgerufen werden, können zu zellulären Fehlfunktionen und zur Beeinträchtigung des Energiestoffwechsels führen und den Alterungsprozess beschleunigen. Die Zellalterung kann einerseits über die DNA-Methylierung und andererseits durch Telomere gesteuert werden. Ziel dieser Arbeit war es, in einem ersten Versuch den Einfluss der Laktation und die Auswirkungen von oxidativem Stress auf die zelluläre Energieversorgung sowie auf den Alterungsprozess zu untersuchen und zu prüfen, ob diese Prozesse in einem Zusammenhang stehen. Ein weiterer Schwerpunkt bestand im zweiten Versuch in der Fragestellung, ob sich die Telomerlänge (TL) auch in der Nasenschleimhaut von Kühen mit zunehmendem Alter verkürzen und ob somit nichtinvasive Probenentnahmen in Form von nasalen Tupfern die invasiven Blutprobenentnahmen zur TL-Bestimmung bei Milchkühen ersetzen können. Für die Untersuchungen innerhalb des ersten Versuches wurden tragende Färsen (n = 8) mit einer Kontrollgruppe, die aus gleichaltrigen, nicht tragenden Färsen (n = 8) bestand, über einen Zeitraum von zwei Laktationen (Trächtigkeit (TK); 1. FL; 1. Spätlaktation (SL); 2. FL) miteinander verglichen. Den Tieren wurden Biopsien aus der Leber und dem subkutanen Fettgewebe im Bereich des Schwanzansatzes sowie Blutproben entnommen. In den Proben wurde oxidativer Stress, die Mitochondriendichte und -aktivität, Apoptose und die Adipozytengröße, die mtDNA-Kopienanzahl, die relative Anzahl an Telomerprodukten (qT) und die DNA-Methylierung (DNMT1, DNMT3a) untersucht. In einem zweiten Versuch, der in 3 Teilversuche untergliedert war, wurden 60 Tiere der Rasse Deutsche Holstein in 3 Versuchsgruppen eingeteilt. Die erste Gruppe bestand aus 20 Kälbern, die zweite Gruppe aus 20 Färsen und die dritte Gruppe aus 20 laktierenden Kühen mit der Laktationszahl 1 bis 3. Im 1. Teilversuch wurde bei allen 60 Tieren im Bereich der Nasenschleimhaut mit Hilfe von nasalen Tupfern Proben entnommen. Im 2. Teilversuch wurde die Kälbergruppe erneut mit nasalen Tupfern 6 und 18 Monate nach der ersten Probenentnahme (Teilversuch 1) beprobt. Im 3. Teilversuch wurden bei je 6 laktierenden Kühen der 2. und 3. Laktation 3 Monate nach der ersten Beprobung (Teilversuch 1) Milch-, Heparin-Vollblut- und nasale Tupferproben entnommen, um anschließend in den gesamten Proben die qT zu bestimmen. Die Ergebnisse des ersten Versuches zeigten, dass oxidativer Stress in Form einer gesteigerten Energieversorgung innerhalb der Zellen des Fettgewebes die Energieverfügbarkeit beeinflusst. Sowohl der mtDNA-Gehalt der Zellen des Leber- und Fettgewebes als auch die Adipozytengröße und die Apoptoserate im subkutanen Fettgewebe verändern sich laktationsbedingt, wobei die laktationsabhängige Adipozytengröße zu einer energetischen Unterversorgung der Zellen führt und dies im Zelltod endet. Eine Laktation bei Milchkühen hat im subkutanen Fettgewebe keinen Einfluss auf die TL und somit einem beschleunigtem Alterungsprozess, wohingegen die DNA-Methylierung im Leber- und Fettgewebe durch eine Laktation beeinflusst wird. Im zweiten Versuch zeigte sich, dass sich die TL mit zunehmendem Alter verkürzt, dass weibliche Kälber von Geburt an tendenziell mit längeren Telomeren ausgestattet sind als Männliche und dass die TL-Verkürzung umso größer ist, je länger die Ausgangs-TL ist. Nasale Tupferproben könnten im Gegensatz zu Milchproben eine nichtinvasive Alternative zur TL-Bestimmung bei Kühen darstellen. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie geben nur einen begrenzten Einblick. Um die umfassenden Mechanismen der zellulären Energieversorgung bei Milchkühen zu verstehen und den Einfluss mehrerer Laktationen in weiteren Gewebearten zu untersuchen, sind zukünftige Studien notwendig. Auch eine größere Probenanzahl und weitere potenzielle nichtinvasive Alternativen, wie Haarproben, zur TL-Bestimmung sollten in nachfolgenden Studien berücksichtigt werden.