Diplomarbeit - Veterinärmedizinische Universität Wien - 2021

Die subklinische Form der Pansenazidose tritt vor allem in Herden auf, die eine konzentratreiche faserarme Ration vorgelegt bekommen. Obwohl diese Art der Rationszusammensetzung ein Risiko für SARA birgt, wird sie häufig dazu verwendet, den Ertrag der Herde durch die daraus gewonnene Energie zu steigern. Phytogene Futtermittelzusatzstoffe haben laut Studien das Potential die Pansengesundheit zu unterstützen. Es konnte gezeigt werden, dass sie durch ihre Zugabe zu energiereichen Rationen u.a. die Wiederkau- und Kauaktivität steigern und somit in der Lage sind, die fütterungsbedingte Azidität durch vermehrten Speichelfluss zu mindern. MicroRNAs sind bekannt dafür, dass sie die Genexpression regulieren. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei physiologischen Prozessen im Körper aber auch in der Pathogenese diverser Erkrankungen. Ziel dieser Arbeit war, MicroRNAs aus Pansenpapillen während unterschiedlicher Diäten zu isolieren und herauszufinden, ob zum einen phytogene Futtermittelzusatzstoffe in einer Ration und zum anderen eine konzentratreiche faserarme Ration die Expression von miRNAs verändert. Für den Versuch wurden neun multipare nicht laktierende Holstein Friesian Rinder herangezogen, welche in zwei Gruppen geteilt wurden. Zu Beginn wurde eine Grundfutterration und später eine Ration mit 65 % Konzentratmischung vorgelegt. Die Verumgruppe bekam zusätzlich zur Ration phytogene Futtermittelzusatzstoffe. Bereits während der Adaptationsphase, welche vor der vollständigen Futterumstellung gemacht wurde, konnte bei den Tieren SARA festgestellt werden. Für den Versuch wurden Papillen aus dem ventralen Pansensack entnommen und im Labor homogenisiert. Aus den Proben wurde eine RNA-Isolation und im Anschluss daran eine MicroRNA-Sequenzierung durchgeführt. Die Ergebnisse geben unterschiedliche MicroRNA-Expressionsmuster während der beiden Diäten und während der Zugabe von phytogenen Zusatzstoffen zu erkennen. So konnten 35 miRNAs gefunden werden, welche durch den phytogenen Futtermittelzusatzstoff beeinflusst wurden, sowie 18 miRNAs, welche nur während einer SARA exprimiert wurden und somit für eine subakute Pansenazidose spezifisch sein könnten. Innerhalb der Grundfutterration wurden 29 miRNAs exprimiert, welche nur der Gruppe mit phytogenen Zusatzstoffen zuzuordnen waren. Im Gegensatz dazu wurden in der SARA-Woche 41 miRNAs gefunden, welche nur in der Gruppe mit phytogenen Zusatzstoffen exprimiert wurden. Die Tiere mit den phytogenen Zusatzstoffen in der Diät wiesen insgesamt 562 miRNAs auf und jene ohne Behandlung 541 miRNAs. Im Zuge der Arbeit wurden einige miRNAs gefunden, welche als pansenspezifisch angesehen werden können. Bta-miR-6527 kam nur in der Kontrollgruppe während der Grundfutterration vor und könnte als Biomarker für gesunde Pansenpapillen dienen, während miR-15a-3p, bekannt im Zusammenhang mit apoptotischen Prozessen (Druz et al. 2013) während einer Diät exprimiert wurde, welche das Risiko für SARA deutlich erhöht. Die miRNAs miR-33b, miR-376a, miR-584 und miR-665, welche als Tumorsuppressoren bzw. als Tumormarker postuliert werden (Zhao et al. 2017), wurden im Zusammenhang mit dem phytogenem Zusatzstoff exprimiert und könnten einen positiven Einfluss auf Pansenpapillen haben. Im Allgemeinen ist erst recht wenig über die Funktion boviner miRNAs bekannt. Obwohl der Pansen ein Organ von zentraler Wichtigkeit für ruminierende Tiere darstellt, gibt es erst wenige Studien, die sich mit pansenspezifischen miRNAs oder mit dem miRNA-Expressionsprofil bei unterschiedlichen Diäten beschäftigen. Die hier erarbeiteten Daten und Ergebnisse bilden eine wichtige Grundlage für weitere Studien zum miRNA-Expressionsprofil bei subakuter Pansenazidose sowie bei Zugabe phytogener Futtermittelzusatzstoffe zur Vermeidung einer SARA.

The subclinical form of rumen acidosis occurs primarily in herds fed a high-concentrate, low-fiber ration. Although this type of ration carries a risk for SARA, it is often used to increase the herd's yield through the energy derived from it. Phytogenic feed additives have the potential to support rumen health, according to studies. It has been shown that by adding them to high-energy rations, they increase rumination and chewing activity and thus are able to reduce feed-induced acidity by increasing salivation. MicroRNAs are known to regulate gene expression. They play a crucial role in physiological processes in the body but also in the pathogenesis of various diseases. The aim of this work was to isolate microRNAs from rumen papillae during different diets and to determine whether, on the one hand, phytogenic feed additives in a ration and, on the other hand, a high-concentrate low-fiber ration altered the expression of miRNAs. Nine multiparous dry Holstein Friesian cattle were used for the experiment, which were divided into two groups. At the beginning, a forage diet and later a high grain diet with 65 % concentrate mixture were fed. The verum group received phytogenic feed additives in addition to the ration. Already during the adaptation phase, which was made before the complete feed change, SARA was detected. For the experiment, papillae were taken from the ventral rumen sac and homogenized in the laboratory. RNA isolation was performed from the samples followed by microRNA deep sequencing. The results indicate different microRNA expression patterns during the two diets and during the addition of phytogenic additives. Thus, 35 miRNAs were found to be affected by the phytogenic feed additive and 18 miRNAs were found to be expressed only during a SARA and thus could be specific for subacute rumen acidosis. Within the forage diet, 29 miRNAs were expressed, which could only be assigned to the group with phytogenic additives. In contrast, 41 miRNAs were found in the SARA week, which were expressed only in the group with phytogenic additives. The animals with the phytogenic additives in their diet had a total of 562 miRNAs and those without treatment had 541 miRNAs. During the course of this work, several miRNAs were found that could be considered rumen specific. Bta-miR-6527 was present only in the control group during the forage diet and could serve as a biomarker for healthy rumen papillae, while miR-15a-3p, known to be associated with apoptotic processes (Druz et al. 2013) was expressed during a diet that significantly increased the risk for SARA. The miRNAs miR-33b, miR-376a, miR-584, and miR-665, which are postulated to be tumor suppressors and tumor markers, respectively (Zhao et al. 2017), were expressed in association with the phytogenic additive and could have a beneficial effect on rumen papillae. In general, quite little is known about the function of bovine miRNAs. Although the rumen is an organ of central importance for ruminant animals, there are only a few studies dealing with rumen-specific miRNAs or with miRNA expression profile under different diets. Thus, the data and results generated will be an important basis for further research of miRNA expression profile in subacute rumen acidosis as well as when phytogenic feed additives are added to prevent SARA.

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