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Forschungsaktivitäten 2000:

I.     Laktationsphysiologie

II.    Fortpflanzungsbiologie

III.   Wachstumsphysiologie

IV.   Lebensmittelqualitätskontrolle, Rückstands- und Umweltanalytik

V.    Bioanalytik

VI.   Biotechnik der Milchgewinnung

VII.  Vergleichende Tierphysiologie

VIII. Sonstige Ergebnisse aus Kooperationen

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I. Laktationsphysiologie

Zelluläre Lokalisation des GH Rezeptors in der Rindermilchdrüse während der Mammogenese, Laktation und Involution
Cellular localisation of GH receptor in the bovine mammary gland during mammogenesis, lactation and involution 
Sinowatz, F.; Schams, D.; Kölle, S.; Plath, A.; Lincoln, D. und Waters, M.J.:
Journal of Endocrinology 166 (2000) S. 503-510
Mit Hilfe der Immunhistochemie und nicht radioaktiven in situ Hybridisierung wurde der GH Rezeptor (GHR) in der Rindermilchdrüse während verschiedener Entwicklungs- und Funktionsphasen untersucht. Es wurde eine charakteristische Verteilung der immunologischen Aktivität in Stromagewebe mit Epithelzellen gefunden. Das Gangepithel zeigte eine klare Anfärbung für den GHR während der meisten Phasen. Hingegen war das Alveolarepithel während der Gravidität schwach angefärbt mit deutlichem Anstieg während der Laktogenese und Galaktopoese. Die Immunfärbung war schwach in der Involution. Die mRNA Expression schien konstant während Mammogenese und Laktation. Die Epithelzellen der Alveolen und Gänge sowie Endothelzellen zeigten deutliche Signale nach in situ Hybridisierung. 
Die Ergebnisse unterstreichen die direkte Wirkung von Wachstumshormon auf die Milchproduktion und Sekretion.

Spezifische Aspekte der Milchejektion beim Robotermelken
Specific aspects of milk ejection in robotic milking: a review
Bruckmaier, R.M.; Macuhova, J. und H.H.D. Meyer.:
Livestock Production Science 72 (2001) S. 169-176
Die Melkroutine in automatischen Melksystemen (AMS) unterscheidet sich erheblich von der in konventionellen Systemen. Hervorzuheben sind die stark variablen Melkintervalle, die mechanische Zitzenreinigung vor dem Melken sowie der erhöhte Zeitbedarf für das Ansetzen der Zitzenbecher in AMS. In unseren Versuchen wurden Auswirkungen der Zitzenreinigung, verschiedener Melkintervalle und Laktationsstadien, sowie eines verzögerten Ansetzens der Melkbecher auf Ocytocinfreisetzung, Milchejektion und Milchabgabe getestet. Die Zitzenreinigung vor dem Melken im AMS bewirkte die Freisetzung von Ocytocin und damit die Auslösung der Milchejektion. Die Verzögerung von Beginn der Zitzenstimulation bis zur beginnenden Milchejektion war am kürzesten bei langen Intervallen nach dem vorhergehenden Melken und am Anfang der Laktation, d.h. bei einem hohen Euterfüllungsgrad. Mit abnehmendem Euterfüllungsgrad, d.h. bei kürzeren Melkintervallen und späteren Laktationsstadien war die Milchejektion verzögert. Zudem nahm der Milchfettgehalt mit zunehmendem Euterfüllungsgrad ab, was bei variablen Melkintervallen die Bewertung der Milchzusammensetzung erschwert. Ein verzögertes Ansetzen der einzelnen Melkbecher in Intervallen von 20 s oder 60 s führte nicht zu einer reduzierten Ocytocinfreisetzung. Die Stimulation nur einzelner Zitzen war ausreichend zur Auslösung der Milchejektion. Lediglich eine völlige Unterbrechung der Zitzenstimulation von 2 min zwischen Vorstimulation und Ansetzen der Melkbecher ohne erneute Stimulationsperiode vor dem Ansetzen führte zu einer vorübergehenden Reduktion der Ocytocinkonzentration und erhöhte den Anteil an Residualmilch.

Einfluss einer Umstallung auf die Oxytocinfreisetzung und die Milchejektion während des darauffolgenden Melkens 
The oxytocin secretion and milk letdown during milking immediately after the change of milking and housing conditions 
Tancin, V.; Kraetzl, W.D.; Schams, D.; Mihina, S. und Hetényi, L.:
Vet. Med. Czech. 45 (2000) S. 1-4 
Die Wirkung einer Umstallung von Milchkühen aus Laufstallhaltung mit Melken im Melkstand zu Anbindehaltung und Eimermelken in bekannter Umgebung auf die Oxytocinfreisetzung wurde untersucht. Die Umstallung bewirkte eine signifikante Abnahme der Milchmenge während des ersten Melkens mit nachfolgendem Anstieg. Die Oxytocinwerte fielen ebenfalls ab. Es wird geschlossen, dass Umstallung auch in bekannter Umgebung die Milchleistung während des ersten (zweiten) Melkens erniedrigt, aber der erniedrigte Oxytocinblutspiegel während des Melkens ist nicht die Ursache. Ursache sind vielmehr 
individuelle Empfindlichkeit auf stressähnliche Situationen.

Zum Einfluss einer Therapie subklinischer Mastitiden auf die elektrische Leitfähigkeit der Milch vor der Ejektion
Effects of subclinical mastitis theraphy on the electrical condictivity before ejection
Barth, K. und Kraetzl, W.-D.:
Berl. Münch. Tierärztl. Wschr. 113 (2000) S. 440-443
Zehn Kühe (Braunvieh x Brown Swiss) mit nachweislich 29 infizierten Eutervierteln (14 Staphylococcus aureus, 10 eskulin-positive Streptokokken, 5 Staphylococcus spec.) wurden entsprechend Antibiogramm therapiert. Über einen Zeitraum von vier Tagen wurde in alle 40 Euterviertel zur Morgenmelkzeit Ampicillin und Cloxacillin (je 500 mg je Gesamtdosis) intrazisternal appliziert. Während der Abendmelkzeit an vier Prüftagen (3 Tage vor Behandlungsbeginn, am ersten Behandlungstag, am 5. und 9. Tag nach der letzten Applikation der Präparate) wurde die elektrische Leitfähigkeit (eLF) im Vorgemelk bestimmt. Um eine Ejektion der Alveolarmilch zu vermeiden, stellte die eLF-Messung die erste Euterberührung dar. In der ersten Melkzeit nach Behandlungsbeginn stieg die eLF aller Euterviertel um durchschnittlich 2,1 mS/cm bei 25 °C Messtemperatur unabhängig vom Ausgangsniveau an. Neun Tage nach Abschluss der Antibiotikabehandlung sank die eLF bei den Eutervierteln, die vor Therapiebeginn den Klassen „Mastitis“, „unspezifische Mastitis“ und „latent infiziert“ zugeordnet waren, wieder auf den Ausgangswert ab. Dagegen zeigten die vor der Therapie gesunden Euterviertel ein signifikant (p<0,01) höheres Leitfähigkeitsniveau am 9. Tag nach der letzten Antibiotikagabe. Dies deutet auf eine Permeabilitätsänderung des Gewebes im Zisternenbereich durch mechanische und pharmakologische Effekte hin. Die Ergebnisse zeigen außerdem, dass die Messung der eLF zur Erfolgskontrolle einer Mastitistherapie kurze Zeit nach der Behandlung ungeeignet ist, da sowohl der Zell- als auch der Gesamtkeimgehalt durch die Therapie signifikant (p<0,01) verringert wurde, ohne dass dies anhand der eLF nachvollziehbar gewesen wäre.

II. Fortpflanzungsphysiologie

a) Ovarphysiologie

Expression und Lokalisation des Vasoendothel Wachstumsfaktors und Fibroblasten Wachstumsfaktors 2 während des Endwachstums von Rinderovarfollikeln 
Expression and localisation of vascular endothelial growth factor (VEGF) and basic fibroblast growth factor (FGF2) during the final growth of bovine ovarian follicles 
Berisha, B.; Schams, D.; Kosmann, M.; Amselgruber, W. 
und Einspanier, R.:
Journal of Endocrinology 167 (2000) S. 371-382
Die Vorgänge, die die Selektion und das weitere Wachstum des dominanten Follikels regulieren, sind bis jetzt immer noch unklar. Diese Untersuchungen zeigen inwieweit die beiden wichtigen angiogenetischen Faktoren (Vasoendothel Wachstumsfaktor, VEGF und Fibroblasten Wachstumsfaktor 2, FGF2) für das Endwachstum des dominanten Follikels eine Rolle spielen. Hierzu wurden Follikel aufgrund der Östradiolkonzentration in der Follikelflüssigkeit in 5 Klassen unterteilt und die mRNA Expression von Ligand und Rezeptoren getrennt in Theka und Granulosa, die Gewebekonzentration sowie die Lokalisation mittels Immunhistochemie geprüft. Die Follikelklassen wurden zusätzlich charakterisiert durch die mRNA Expression von LH- und FSH-Rezeptor sowie der Aromatase, die Östradiol aus den Vorstufen (Androgene) bildet.
Die VEGF mRNA Expression stieg kontinuierlich während des Follikelwachstums an. Das Protein war in Granulosa- und Thekazellen lokalisiert. Die beiden Rezeptoren wurden dominant nur in der Theka exprimiert. Die FGF2 und FGF-Rezeptor Expression war sehr schwach in der Granulosa, stieg aber signifikant in der Theka an. Das FGF2 Protein war in Endothelzellen und Perizyten von dominanten Follikeln lokalisiert. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung von angiogenetischen Faktoren für die Proliferation von Kapillaren, die die Selektion und das Endwachstum des dominanten Follikels begleiten. Durch die verbesserte Gefäßversorgung und damit durch die bessere Versorgung mit Präkursoren, Nährstoffen und FSH wird das Endwachstum des dominanten Follikels gesichert.

Expression und Gewebekonzentration des Vasoendothel Wachstumsfaktors, seine Rezeptoren und Lokalisation im Rindergelbkörper während Zyklus und Gravidität
Expression and tissue concentration of vascular endothelial growth factor (VEGF), its receptors, and localization in the bovine corpus luteum during estrous cycle and pregnancy
Berisha, B.; Schams, D.; Kosmann, M.; Amselgruber, W. und Einspanier, R.: Biology of Reproduction 63 (2000) S. 1106-1114
Das Ovar stellt ein Organ dar, in dem im Rahmen des Zyklus regelmäßig angiogenetische Prozesse ablaufen. Ansonsten treten solche Prozesse im erwachsenen Organismus nur noch bei Wundheilung und Tumorgeschehen auf. Ziel der Untersuchungen war, die mRNA Expression von VEGF, dem wichtigsten angiogenetischen Faktor, und dessen Rezeptor 1 und 2, im Gelbkörper des Rindes während verschiedener Phasen in Zyklus und Gravidität zu untersuchen. Vorwiegend die niedermolekularen Formen (VEGF120, VEGF164) werden exprimiert. Die höchste Expression für VEGF und VEGFR2 wird während der frühen Lutealphase gemessen mit nachfolgendem Abfall. Während der Gravidität bleibt die Aktivität relativ hoch. Im Gegensatz  wird der VEGFR1 zwar deutlich exprimiert, zeigt aber keine regulatorischen Unterschiede. Die Gewebekonzentration von VEGF im Gelbkörpergewebe zeigt ähnlichen Verlauf wie die Expression. Das Protein ist in den Lutealzellen (Immunhistochemie) lokalisiert. Die erhöhte Expression während der frühen Lutealphase (Hauptangiogeneseaktivität) weist auf eine wichtige Rolle dieses Faktors bei der Vaskularisierung hin. Die immer noch hohe Konzentration nach Abschluss der Angiogenese lässt schließen, dass VEGF auch für die Aufrechterhaltung der Kapillarfunktion wichtig ist.

Fibroblasten Wachstumsfaktor induzierte Prostaglandinproduktion und der intrazelluläre Mechanismus in Lutealzellen
Basic fibroblast growth factor-induced prostaglandin production and its intracellular mechanisms in cultured bovine luteal
Uenoyama, Y; Murakami, S.; Schams, D. und Okuda, K.: Journal of Reproduction and Development 46 (20002) S. 93-99
Der Fibroblasten Wachstumsfaktor 2 (FGF2) ist im Ovar neben VEGF ein wichtiger angiogenetischer Faktor. In dieser Untersuchung in vitro wurde der Einfluss von FGF2 auf die Sekretion von Prostaglandin F2alpha und E2 von Lutelazellen und auf intrazelluläre Mechanismen untersucht. FGF2 stimulierte die Sekretion von PGF2alpha und PGE2. Dieser stimulierende Effekt von FGF2 wurde durch spezifische Inhibition der Phospholipase C und A2 gehemmt. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass FGF2 als auto/parakriner Regulator die Prostaglandinsekretion im Gelbkörper beeinflusst. 

b) Eizell-, Spermien, und Embryonenreifung

Effekte einer Kokultur auf die frühe Entwicklung und den ATP-Gehalt von in vitro produzierten Embryonen
Effects of oviduct cell co-culture on early development and ATP levels of bovine IVP embryos
Rief, S.; Prelle, K.; Stojkovic, M.; Wolf, E. und Einspanier, R.: Journal of Reproduction and Fertility Abstr. Ser. 25 (2000) No. 208, S. 76
Erste Versuche befruchtete Rinder-Eizellen mit Eileiterepithelzellen zu kokultivieren zeigten, dass die Vitalität der Eizellen durch den direkten Zell-Kontakt deutlich gesteigert wurde. Gemessen am endogenen ATP-Gehalt und an der gesteigerten Zellzahl der frühen Embryonen war das Kultivierungs-System deutlich effektiver, als die sonst übliche Reifung der Zygoten in konventionellen Kulturmedien. Diese Ergebnisse lassen auf den zukünftigen Einsatz eines optimierten Kokultur-Systems während der frühen in vitro-Reifung zur Verbesserung der Vitalität boviner Eizelle und Embryonen hoffen.

Sekretion von Steroiden, Expression von Steroid-Rezeptoren und Schlüsselenzymen während der in vitro Maturierung von bovinen Kumulus-Oozyten-Komplexen
Steroid secretion, expression of steroid receptors and key-enzymes of steroidogenesis during in vitro maturation of bovine cumulus-oocyte-complexes
Schönfelder, M.; Schams, D. und Einspanier, R.: Journal of Reproduction and Fertility, Abstr. Ser. 26 (2000) No. 77, S. 30

Das Ziel einer neuen Studie war die zeitabhängige Erfassung potentieller Steroid-Synthesen in bovinen Eizell-Kumuluszell-Komplexen. So konnte erstmalig sowohl die Sekretion bestimmter Sexualhormone als auch die Anwesenheit wichtiger steroidogener Enzyme während der Reifung der Rindereizelle in vitro belegt werden: neben Östradiol und Testosteron wurde auch Progesteron sekretiert, wobei letzteres während des Versuchzeitraumes (24h) kontinuierlich anstieg. Das Vorhandensein des Enzyms Hydroxy-Steroid-Dehydrogenase (HSD) unterstützte diesen Befund. Dagegen fanden sich nur kurzzeitig die Transkripte für Aromatase. Interessante Feedback-Mechanismen wurden für die jeweiligen Steroid-Rezeptoren identifiziert, wobei das erhöhte Testosteron wohl die Expression des Androgenrezeptors inhibierte. Die Rezeptoren für Progesteron und Östradiol fanden sich unreguliert. Es lässt sich daraus schließen, dass der Eizell-Kumulus-Komplex des Rindes in vitro eine partiell steroid-autarke Entwicklungseinheit darstellt.

c) Ovidukt- und Uterusphysiologie

Das Ovidukt der Säugetiere: Aspekte auto- und parakriner Mechanismen 
The mammalian oviduct aspects on auto- and paracrine mechanisms
Einspanier, R.; Kettler, A.; Gabler, C.; Kloas, W.; Einspanier, A. und Schams, D.: Reproduction in Domestic Animals 35 (2000) S. 125-128

Dieser Übersichtsartikel fasst die bisherigen Arbeiten zu wichtigen molekularen Vorgängen im Eileiter zusammen. Dieses Organ, in dem die Endreifung von Eizelle und Spermien, die Befruchtung der Eizelle und die frühen Entwicklungsstadien des jungen Embryo stattfinden, zeigt sehr spezifische entwicklungsabhängige Syntheseleistungen. Mit Hilfe verschiedenster molekularbiologischer Techniken (RT-PCR, RPA, Histologie, RIA, Zellkultur) konnten erste Aufschlüsse über die meist zyklusabhängigen Expressionen des Eileiterepithels gewonnen werden. So gibt es beim Rind nicht nur wichtige Wachstumsfaktor-Systeme (FGF, VEGF), sondern auch eine vielseitige Enzymausstattung, die es diesem Reproduktionsorgan erlaubt, oxidativen Stress (Glutathionperoxidase) und den Zellumbau (Extrazelluläre-Matrix-Enzyme) zu bewältigen. Zusammenfassend lässt sich für das Säugetier ein komplexes Netzwerk von lokalen Faktoren erkennen, das die Funktionalität des Eileiters erhält. Durch eine erkennbare Dynamik wird die optimale Umgebung für die Befruchtung der Eizelle und die ersten Entwicklungen des Embryo somit sinnvoll abgesichert.

Expression der Progesteron- und Östradiol-Rezeptoren im Ovidukt und Endometrium des Schweines
Expression of the genes for progesterone and estradiol receptors in the porcine oviduct and endometrium is regulated in a cycle and tissue dependant manner
Kettler,A.; Wollenhaupt,K. und Einspanier,R.: Reproduction in Domestic Animals 35 (2000) No.P6.8, S. 45

Die Expression der Gonadotropin-Rezeptoren LH- und FSH-R konnte im Uterus des Schweines in Zusammenarbeit mit der FBN Dummerstorf analysiert werden. Somit wurden erste Aussagen über die Sensitivität von nicht-gonadalem Gewebe auf FSH und LH möglich. Unsere Forschungen ergaben eine direkt Östradiol-abhängige Regulation nur der LH-Rezeptoren, was auch im normalen Zyklus der weiblichen Schweine endogen zu beobachten war. Hieraus ließ sich schließen, dass Eileiter und Endometrium ein weiteres Zielorgan des Hormons LH ist.
Ergänzend zu den Rezeptoren der Hypophysen-Hormone konnten erste Hinweise auf die Funktionalität von Steroidhormon-Rezeptoren im nicht-gonadalen Reproduktionsgewebe des Schweines erarbeitet werden (Abstract: Kettler et al.). Expressions-Studien zeigten, dass der Progesteron-Rezeptor, als auch beide Östradiol-Rezeptoren im Ovidukt und Endometrium entsprechend reguliert vorhanden sind. Es lassen sich aufgrund dieser Befunde wichtige lokale Effekte auf das Reproduktionsepithel dieser Organe den Steroidhormonen Progesteron und Östradiol zuweisen.
Aus gleicher Kooperation (Abstract: Wollenhaupt et al.) konnten Ergebnisse zur Regulation des differenzierenden EGF-Wachstumsfaktorsystems im porcinen Eileiter vorgestellt werden. Ein deutlicher Effekt von endogenem aber auch exogenem Östradiol auf die Expression des EGF-Rezeptors konnte detektiert werden. Die Empfindlichkeit dieses Gewebes für den Liganden EGF wird vermutlich über den Rezeptorbesatz reguliert.

Regulation des IGF-Systems im Rinder-Eileiter
Regulation of the insulin-like growth factor (IGF) system in the bovine oviduct
Gabler, C.; Einspanier, R.; Schams, D. und Killian, G.: Reproduction in Domestic Animals 35 (2000) No.
V4.1, S. 14-15

Alle Komponenten eines biologisch aktiven IGF-Systems konnten im bovinen Eileiter nachgewiesen werden. Abhängig vom jeweiligen Zyklusstand der Kuh wurden unterschiedliche Expressions-Stärken der das IGF-System regulierenden IGF-Bindungsproteine erfasst. Nicht nur die Transkripte der beiden Liganden IGF-1 + II und der IGF-Rezeptor, sondern auch verschiedene IGF-Bindungsproteine ließen sich im Eileiterepithel feststellen und erwiesen sich im Sexualzyklus reguliert: besonders vor und während der Ovulation wurden erhöhte Werte gemessen. Diese in Zusammenarbeit mit der Pen-State-University (USA) erzielten Ergebnisse unterstützen das Konzept einer durch das IGF-System medierten Optimierung des Eileiter-Milieus während der Ovulation, was auf mögliche differenzierende Effekte dieses Wachstumsfaktors während der Befruchtung und frühen Embryonalentwicklung hinweist.

Effekte einer speziellen Hormon-Behandlung auf den Umbau des Uterus ovarektomierter Krallenaffen
Remodeling effect of hormonal treatment on the uterus of ovariectomized marmoset monkeys
Einspanier, A.; Fuhrmann.
K.; Jurdzinski, A9; Sherwood, O.D.; Schams, D. und Einspanier, R.: Experimental and Clinical Endocrinology & Diabetes 108, Suppl. 1 (2000) No. pFr169, S. S175

Der hormonelle und remodellierende Einfluss des wichtigen Peptidhormons Relaxin auf den Uterus von Marmoset-Affen wurde in dieser Studie untersucht. Es stellte sich in dieser gemeinsam mit dem Primatenzentrum Göttingen durchgeführten Arbeit heraus, dass Relaxin und Östradiol und ihre Kombination einen signifikanten Einfluss auf das Wachstum und die Vaskularisierung des Uterus beim Primaten besitzt. Speziell die synergistische Wirkung beider Hormone lässt folgende starke Effekt auf das Endometrium erkennen: gesteigerte Stärke der Schleimhaut, mehr Drüsen und Kapillaren, erhöhte VEGF-Expression und Ausbildung von Kollagenfasern. Dies lässt einen neuen therapeutischen Ansatz bei zyklusbedingten Problemen während der Primaten-Reproduktion zu.

Erste Charakterisierung einer neuen Glutathionperoxidase in Eileitern des Rindes und Schweines
First characterisation of a new glutathion-peroxidase (GPx) in porcine and bovine oviducts
Rojas, P. und Einspanier, R.: Experimental and Clinical Endocrinology & Diabetes 108, Suppl. 1 (2000) No. pDo006, S. S2

Mittels randomisierter RT-PCR-Verfahren konnte ein bislang beim Rind unbekanntes Oxidations-Schutz-Protein identifiziert werden. Diese neuartige non-Selen-Glutathionperoxidase ist in großer Menge in den Epithelzellen und im Sekret des Eileiters von Rind und Schwein nachzuweisen. Dieses Enzymsystem könnte für die lokale Regulation des Oxidationsstress mitverantwortlich sein und einer Schädigung der Spermien und Eizellen im weiblichen Genital entgegentreten.

III. Wachstumsphysiologie

Einfluss von Muskeltyp, Kastration, Alter und kompensatorischem Wachstum auf die Androgenrezeptor (AR) mRNA Expression in Rindermuskeln
Effects of muscle type, castration, age, and compensatory growth on androgen receptor mRNA expression in bovine skeletal
Brandstetter, A.M.; Pfaffl, M.W.; Hoquette, J.F.; Gerrard, D.E.; Picard, B.; Geay, Y. und Sauerwein, H.:
Journal of Animal Science 78 (2000) S. 629-637
Die unterschiedliche Wachstumskapazität von Bullen und Ochsen wird durch die Sexualsteroide verursacht. Für das zu beobachtende bevorzugte Wachstum einzelner Muskeln bzw. Muskelpartien ist darüber hinaus von lokalen Unterschieden in der Sensitivität gegenüber Steroiden aus dem Hoden auszugehen. Messungen der Rezeptorproteine für Androgene und Östrogene in verschiedenen Muskeln des Rindes haben bereits Hinweise auf Zusammenhänge zwischen den allometrischen Wachstumsraten und der Steroidsensitivität liefern können. Vergleichende Messungen waren aber bislang bei Tieren, die große Unterschiede in ihrer endogenen Steroidhormonsekretion aufweisen, nicht möglich. Die Ligand aktivierten Steroidrezeptoren sind im Zellkern fest gebunden und einer quantitativen Erfassung kaum zugänglich. Wir sind deshalb zur Messung der spezifischen mRNA der Rezeptoren übergegangen und haben dafür entsprechende Methoden zur Quantifizierung entwickelt. In der vorliegenden Arbeit berichten wir über die Androgenrezeptor mRNA Konzentrationen (AR mRNA) in drei verschiedenen Muskeln des Rindes in Abhängigkeit von Alter, Geschlecht und Fütterung - im speziellen in Abhängigkeit vom kompensatorischen Wachstum. Um mehr Einblick in diese lokalen (parakrin/autokrine) Regulationsmechanismen der AR Expression und dessen Wirkung auf die Muskelphysiologie zu erlangen, wurde eine sensitive, zuverlässige und innovative mRNA Quantifizierungsmethoden entwickelt:

Quantifizierung der IGF-1 mRNA wurde mittels einer kompetitiven, intern standardisierten Reversen Transkription mit anschließender Polymerase Chain Reaction (RT-PCR) durchgeführt. Eine mutierte Standard RNA (134 Basen), die mit der nativen AR mRNA Sequenz (172 Basen) bis auf eine mittige Deletion von 38 Basen identisch ist, wurde rekombinant erstellt (rekRNA) und in bekannten Mengen als Kompetitor zu konstanten Mengen Gewebe-RNA (mit unbekanntem AR mRNA Gehalt) in die RT-PCR Reaktion eingesetzt. Nach RT-PCR wurden die beiden kompetitiven DNA Amplifikate über eine hochauflösende 4% Agarose Gelelektrophorese getrennt, densitometrisch analysiert, und mit Hilfe einer Software quantifiziert. Der Assay besitzt einen linearen Messbereich (r = 0.98) von 5 bis 360 ng Gewebe RNA pro kompetitiven Reaktionsansatz, bei einer Nachweisgrenze von <5 ng total RNA und einer Testvariation von <3%.

Versuchsaufbau: Von 60 männlichen Kälbern der Rasse Montbeliard wurden 30 Tiere im Alter von zwei Monaten kastriert. Alle Tiere wurden unter gleichen Bedingungen gehalten und gefüttert. Im Alter von 4 und 8 Monaten wurden anteilig Tiere aus jeder Gruppe geschlachtet (n = 4/5). Alle verbleibenden Tiere wurden in zwei Fütterungsregime unterteilt und entweder ad libitum (AL) oder restriktiv (R) gefüttert. Die AL Tiere wurden in zwei Gruppen nach 12 und 16 Monaten geschlachtet. Die Tiere der restriktiven Gruppe wurden nach einem Jahr geschlachtet, und um das kompensatorische Wachstum zu stimulieren wurden die verbleibenden Tiere bis zum 16. Monat ad libitum gefüttert. Jedem Tier jeder Gruppe wurden 3 Muskelproben entnommen: m. semitendinosus (ST), m. triceps brachii (TB) und m. splenius (SP). Diese Muskeln unterscheiden sich deutlich hinsichtlich ihrer allometrischen Wachstumsraten und ihrer Muskelfaserzusammensetzung. Die metabolischen und kontraktilen Charakteristika sowie die allometrischen Wachstumsraten wurden für die einzelnen Muskeln ermittelt. Aus den Gewebeproben wurde die total RNA extrahiert und anschließend die AR mRNA anhand einer intern standardisierten RT-PCR in 200 ng total RNA quantifiziert. Die ermittelten AR mRNA Konzentrationen wurden auf den mittels Northern Blot gemessenen Gehalt der 18s ribosomalen RNA in der untersuchten total RNA Präparation korrigiert.

Die Ergebnisse zeigen, dass Ochsen höhere AR mRNA Konzentrationen pro Einheit RNA zeigten (p<0,01) als die Bullen. Die AR mRNA Expressionsraten verändern sich individuell (p<0,05) mit den geringsten Konzentrationen in SP. Die Expressionsmuster der Muskeln unterschieden sich signifikant (p<0,05) zwischen den Muskeln. In Hinblick auf altersbedingte Veränderungen in der AR mRNA Expression war kein durchgängiges Muster für die drei verschiedenen Muskeln erkennbar. Zwischen 4 und 12 Monaten stiegen die Expressionslevels in SP an (p<0,05), blieben aber in ST und TB konstant. Fütterungseinflüsse der Rationen konnten nicht erkannt werden, aber das kompensatorische Wachstum zeigte in Ochsen höhere AR Expressionen als in Bullen (p<0,01).
Damit ergibt sich das komplexe Bild der muskelspezifischen Regulation und Androgensensitivität in der Muskulatur, deren Zusammenhänge mit zirkulierenden testikularen Hormonen und lokalen Stoffwechelleistungen im Gewebe noch zu kären sind.

IV. Lebensmittelqualitätskontrolle, Rückstands- und Umweltanalytik

Screening von Trenbolon-17ß in Milchproben nach Applikation von Trenbolonacetat in der Schlachtkuh
Screening of trenbolone-17ß in milk samples after application of trenbolone acetate to a cull cow
Lange, I.G.; Daxenberger, A. und Meyer, H.H.D.: - In: L.A. van Ginkel and A. Ruiter (eds).
EuroResidue IV, Conference on Residues of Veterinary Drugs in Food.
National Institute of Public Health and the Environment (RIVM), Bilthoven, Niederlande, (2000) S. 713-717, ISBN 90-804925-1-5
Das anabole Steroid Trenbolonacetat wird in USA und Kanada zur Steigerung der Mastleistung von Färsen und Ochsen verwendet. Auch sein Einsatz in der Schlachtkuh ist hoch wirksam, jedoch überall verboten. Ziel der Arbeit war es, ein Verfahren zum Nachweis von Trenbolonacetat in Milchproben zu entwickeln. Einer Schlachtkuh wurde 6 Wochen vor der Schlachtung ein Depotpräparat mit 200 mg Trenbolonacetat in die Ohrmuschel injiziert. Alle 2 Tage wurden Milchproben gewonnen, und die gesamte Milchproduktion des Tieres wurde verworfen. Die Steroide aus den Vollmilchproben wurden nach enzymatischer Proteolyse und Hydrolyse von Steroidkonjugaten mit tert. Butyl-Methyl-Ether extrahiert und einer Festphasenreinigung an Octadecylsilicagel unterzogen. Nach ihrer Trennung mittels HPLC wurden Trenbolon-17ß, -17a und Trendion mittels Enzymimmunoassay quantifiziert. In Milch konnte nur Trenbolon-17ß nachgewiesen werden. Der Gehalt erreichte 15 pg/ml direkt nach der Behandlung und sank bis auf 4 pg/ml in den nächsten 6 Wochen. Diese Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, die illegale Behandlung von Schlachtkühen mit Trenbolonacetat anhand der Rückstände in Milch nachzuweisen. 

Die Affinität verschiedener Anabolika und synthetischer Hormone zum humanen Androgenrezeptor, zum humanen Sexhormon bindendem Globulin und zum bovinen Progestinrezeptor
Characterisation of the affinity of different anabolics and synthetic hormones to the human androgen receptor, human sex hormone binding globulin and to the bovine progestin receptor
Bauer, E.R.S.; Daxenberger, A.; Petri, T.; Sauerwein, H. und Meyer H.H.D.:
APMIS 108 (2000) 838-846
Weder das gesamte biologische Wirkungsspektrum der anabolen Steroide Trenbolonacetat (TBA) und Melengestrolacetat (MGA) noch die potentielle Wirkung als „endokrine Disruptoren“ ihrer exkretierten Metaboliten in der Umwelt ist vollständig geklärt. Das Ausmaß der Verdrängung von [3H]-Dihydrotestosteron ([3H]-DHT) aus seiner Bindung am rekombinantem humanem Androgen Rezeptor (rhAR) und am Sexhormon bindendem Globulin (hSHBG) durch diese Substanzen wurde gemessen. Zusätzlich wurde die Verdrängung von [3H]-ORG 2058 aus seiner Bindung am bovinen Progestin Rezeptor (PR) aus dem Uterus bestimmt. Im Vergleich dazu wurden auch die Bindungsaffinitäten verschiedener Anabolika und synthetischen Hormone ermittelt. Trenbolon-17ß (TbOH-17ß), die aktive Substanz nach TBA-Anwendung, wies eine ähnliche Affinität zum rhAR wie Dihydrotestosteron (DHT) und eine etwas höhere als Progesteron zum bPR. Die Affinitäten der zwei bedeutenden Metaboliten Trenbolon-17ß und Trendion ereichten bis zu 5 % der Werte von TbOH-17ß. Die Affinität dieser drei Verbindungen und von MGA zum hSHBG war bedeutend niedriger als von DHT. MGA zeigte eine 5,3-fach höhere Affinität zum bPR als Progesteron, aber nur eine sehr schwache Bindung am rhAR. Die wichtigsten Metaboliten von MGA hatten Affinitäten zwischen 85 % und 28 % in bezug auf Progesteron zum bPR. Es wurde gefolgert, dass TBA, MGA und seine Metaboliten in ihrem Wirkungsspektrum deutlich von Testosteron und Progesteron abweichen. Die Befunde müssen bei der Risikobewertung der Rückstände der Substanzen in essbaren Geweben und in der Umwelt berücksichtigt werden.

Dosis-abhängige Wirkungen von Melengestrolacetat (MGA) auf die Gehalte von Östradiol, Progesteron und luteinisierendem Hormon in Blutplasma zyklischer Färsen und der Einfluss auf die Östrogen-Rückstände in essbaren Geweben
Dose-dependent effects of Melengestrol Acetate (MGA) on plasma levels of oestradiol, progesterone and luteinizing hormone in cycling heifers and influences on estrogen residues in edible tissues
Hageleit, M.; Daxenberger, A.; Kraetzl, W.-D.; Kettler, A. und Meyer H.H.D.:
APMIS 108 (2000) S. 847-854
Melengestrolacetat (MGA) wird verbreitet eingesetzt als Futtermittelzusatz zur Leistungssteigerung in der Färsenmast in USA und anderen nicht-europäischen Ländern. Um seine physiologische Wirkungsweise zu erfassen wurde vier Färsen 8 Wochen lang eine tägliche Dosis von 0,5 mg MGA oral appliziert, was den Anwendungsvorschriften in USA entspricht. Jeweils 2 Färsen erhielten 0, 1,5 oder 5 mg pro Tag. Plasmaproben wurden zwei mal wöchentlich gezogen und die Konzentrationen von MGA, Progesteron und Östradiol-17ß mittels Enzymimmunoassay (EIA) bestimmt. Die pulsatile Freisetzung von luteinisierendem Hormon (LH) wurde mit Hilfe von 6-stündigen Profilen mit 20-minütiger Probennahme radioimmunologisch erfasst. Nach der Schlachtung wurden die Fortpflanzungsorgane untersucht die Östrogenkonzentrationen in essbaren Geweben mit Hilfe von HPLC/EIA spezifisch und genau gemessen. Vier Tage nach dem Beginn der MGA-Fütterung erreichten die Plasma-Konzentrationen von MGA Werte zwischen 30 und 100-400 pg/mL, abhängig von der Dosis. Drei Wochen nach dem Beginn der MGA-Behandlung fiel die Konzentration von Progesteron im Plasma in allen Versuchsgruppen unter basale Werte von 0,3 ng/mL. Die mittleren Östradiol-17ß-Konzentrationen in Plasma erreichten Werte mit 5 pg/ml während des gesamten Wirkungszeitraumes von MGA – Gehalte, wie sie typisch sind während des Östrus. Die Überdosierung bewirkte jedoch keine über die basalen Werte hinausgehende Östradiol-Freisetzung. Die Anzahl und die Größe der Ovarfollikel wurde von keiner der Behandlungen beeinflusst. Die mittleren LH-Konzentrationen und die Puls-Häufigkeit stiegen während der Behandlung mit der vorgesehenen Dosis (0,5mg pro Tag) signifikant an, während höhere MGA-Dosierungen einen eher unterdrückenden Effekt hatten. In allen Behandlungsgruppen war die Entwicklung der corpora lutea unterdrückt. In Fett und Muskel stiegen die Konzentrationen von Östradiol-17ß nach der Behandlung mit 0,5mg MGA pro Tag etwa um den Faktor 3 an.
Die vorliegende Arbeit gibt erstmals einen zusammenfassenden Überblick über den Wirkungsmechanismus von MGA. Die Ovulation wird unterdrückt, jedoch produzieren die Follikel fortwährend Östradiol-17ß, das allein den anabolen Effekt zu bewirken scheint. Überdosierung von MGA unterdrückt die Sekretionstätigkeit der Follikel, vermutlich über negatives Feedback via Hypothalamus und Hypophyse.

Der Verbleib der DNA von Futtermittelpflanzen in Nutztieren: Eine Fallstudie in mit rekombinantem Pflanzenmaterial gefüttert Rindern und Hühnern
The fate of forage plant DNA in farm animals: A collaborative case study investigating cattle and chicken fed recombinant plant material
Einspanier, R.; Klotz, A.; Kraft,J.; Aulrich,K.; Poser,R.; Schwaegele, F.; Jahreis, G. und Flachowsky, G.: Europ. Food Res Technology 212 (2001) S. 129-134
Der Verbleib von DNA nach oraler Aufnahme von Lebens- oder Futtermitteln ist nicht zuletzt durch den Einsatz der Gentechnik in der Pflanzenproduktion von gesteigertem Interesse. In einer ersten Fallstudie wurden Rinder und Hühner mit Bt-Mais gefüttert und versucht, einerseits Chloroplasten-DNA als allgemeiner Marker für pflanzliche Erbsubstanz und andererseits spezifische cryIa-Fragmente, die kennzeichnend für die gentechnische Veränderung in Bt-Mais sind, in verschiedenen Matrices der Tiere nachzuweisen. Zum Einsatz kamen dabei spezifische PCR-Techniken. Chloroplasten-DNA wurde in Lymphozyten von Rindern gefunden, nicht aber in Blut, Leber, Niere und Exkrementen. In Hühnern war Chloroplasten-DNA nicht in Lymphozyten, Ei und Exkrementen nachweisbar, aber in Muskel, Leber, Niere und Milz. Rückstände der gentechnisch Veränderten DNA aus Bt-Mais wurde nirgends gefunden. Die Ergebnisse zeigen, dass oral aufgenommene DNA in lymphatischen Gewebe und inneren Organen erscheinen kann und sich dabei verschiedene Klassen von Wirbeltieren erheblich unterscheiden. Über den Verbleib von kleinen DNA-Fragmenten, die spezifisch für gentechnische Veränderungen sind, kann noch keine Aussage gemacht werden.
Weitere Arbeiten zu diesem Thema ergaben, dass der Einsatz verschiedener PCR-basierender DNA-Nachweisverfahren unterschiedliche Vorteile ergeben: die konventionelle Block-PCR war in puncto Stabilität und Sensitivität allen anderen Verfahren überlegen. Verunreinigungen der aus den tierischen Produkten gewonnenen DNA-Extrakte inhibierten z.T. die realtime-PCR im LightCycler. Das von uns entwickelte PCR-LCR-EIA-Verfahren war nicht sensitiv genug für einen Fremd-DNA-Nachweis im Tier (Abstracts: Klotz et al.). Auch mittels dieser Verfahren konnte kein Nachweis eines Übertritts von transgener (Bt-Mais) DNA erbracht werden.  

V. Bioanalytik

Gültigkeit der mRNA Quantifizierung unter Verwendung einer externen rekombinanten RNA sowie einer rekombinanten DNA Kalibrierkurve in der real-time RT-PCR
Validities of mRNA quantification using recombinant RNA and recombinant DNA external calibration curves in real-time RT-PCR
Pfaffl, M.W. und Hageleit, M.: Biotechnology Letters 23 (2001) 275-282

Die Reverse Transkription mit folgender Polymerase Kettenreaktion (RT-PCR) ist heutzutage die Methode der Wahl um extrem niedrige mRNA Expressionen zu detektieren und zu quantifizieren. Die real-time RT-PCR mittels SYBR Green I Detektion kombiniert die Praktikabilität mit der nötigen Genauigkeit, um in schnellster Zeit zuverlässige und exakte Quantifizierungsergebnisse zu erhalten. Doch auch innerhalb der real-time RT-PCR gibt es verschiedenste Ansätze, die sich in ihrer Genauigkeit, ihrer Reproduzierbarkeit als auch in ihrem absoluten Messbereich unterscheiden. Um spezifische Transkripte unbekannter Konzentration im Probenmaterial genau und zuverlässig zu quantifizieren, muss eine externe Kalibrierkurve hergestellt werden. Generell sind zwei Typen externer Standardkurven möglich: A) eine externe Kalibrierkurve basierend auf einem rekombinanten RNA (rekRNA) Standard und B) eine externe Kalibrierkurve basierend auf einem rekombinaten DNA Standard (rekDNA).
Beide Kalibrierkurven Modelle (rekRNA und rekDNA) wurden mit einer nativen Leber RNA in einer real-time RT-PCR verglichen. Als Template wurde das IGF-1 mRNA Transcript herangezogen. IGF-1 ist ein Zytokin und wirkt mitogen auf Zellen, die Proteinsynthese wird stimuliert, der Proteinabbau reduziert und gleichzeitig wird die Glukoseutilisation in den Geweben verbessert.
Die real-time RT-PCR wurde als zweistufige RT-PCR durchgeführt, d.h. RT und PCR in getrennten Reaktionen. Um die mRNA Quantifizierung in der Spezifität als auch in der Sensitivität zu optimieren und zu verbessern, wurde zu den klassischen drei PCR Schritten (Denaturierung; Primer Hybridisierung und Elongation durch die Polymerase) noch ein vierter Schritt bei erhöhtem Temperaturlevel mit einbezogen, bei dem die Fluoreszenzmessung in LightCycler stattfand. Bei 85°C konnten die unspezifische Produkte sowie die Primer Dimer Strukturen bereits aufgeschmolzen werden und folglich wurden sie nicht mehr als falsch positive Signale erfasst. In der folgenden Tabelle sind die Eigenschaften der beiden Kalibriersysteme im Vergleich mit einer nativen Leber IGF-1 RT-PCR dargestellt.

Tabelle: Charakterisierung der real-time IGF-1 LightCycler PCR mittels rekRNA oder ss rekDNA externer Kalibrierkurven im Vergleich mit einer nativen Leber total RNA. Intra- and Inter-Assay Variationen sind als Mittelwerte aus 4 unabhängigen Messungen angegeben.

IGF-1 rekRNA
Kalibrierkurve

IGF-1 rekDNA
Kalibrierkurve

unbekannte
IGF-1 mRNA

Startmatrize

IGF-1 recRNA

 IGF-1 recDNA

IGF-1 mRNA

PCR Effizienz

1,77

1,93

1,89

Detektionslimit

16 Moleküle

6 Moleküle

80 pg Leber total RNA

Quantifizierungslimit

1600 Moleküle

60 Moleküle

500 pg Leber total RNA

Quantifizierungsbereich
(Testlinearität)

1600 - 1.6 x 1010 Moleküle (r = 0,992)

60 – 6 x 1010
Moleküle (r = 0,996)

 500 pg - 50 ng
Leber total RNA
(r = 0,933)

Intra-Assay Variation

 2,7% (n = 4) 

0,7% (n = 4) 

1,2% (n = 4)

Inter-Assay Variation

4,5% (n = 4)

2,6% (n = 4)

4,9% (n = 4)

Beide Standardsysteme zeigten ein sehr sensitives Detektionslimit von 16 bzw. 6 rekombinanten Molekülen pro Reaktionsansatz. In der nativen Probe konnten in 80pg Leber total RNA noch 13 Moleküle quantifiziert werden. Der Quantifizierungsbereich in der real-time RT-PCR umfasst bis zu 9 Größenordnungen bei gegebener hoher Testlinearität (r>0,992). Die Testvarianzen liegen mit <4,9% auf sehr niedrigen Niveau, und garantieren eine hohe Reproduzierbarkeit. Die PCR Amplifikationseffizienzen sind sich im nativen System und im rekDNA Modell am nächsten. Die Effizienz im rekRNA Modell ist ca. 12% geringer.

Schlussfolgerung: Die erreichte Sensitivität, Spezifität und Reproduzierbarkeit in allen untersuchten Modellen erlaubt eine absolute und korrekte Quantifizierung der IGF-1 mRNA selbst in Geweben mit geringsten mRNA Konzentrationen (low abundant tissues). Die Vorteile des rekDNA Modells liegen in der leichteren Herstellung der Kalibrierkurve als auch in ihrer höheren Reproduzierbarkeit. Unserer Meinung nach ist das Modell mit der rekDNA besser geeignet als Standardmodel. Es besitzt einen größeren Quantifizierungsbereich, eine höhere Reproduzierbarkeit sowie PCR-Effizienz und zeigt eine bessere Näherung an die nativen RT-PCR Bedingungen. Dieses rekDNA Modell wurde bereits auf mehreren Spezies angewendet, die hohe Sequenzhomologien zum bovinen (Bos taurus) IGF-1 Amplifikat zeigen: Hausschwein (Sus scrofa), Schaf (Ovis aries) und Primaten (Callithrix jacchus).

VI. Biotechnik der Milchgewinnung

 

Zur Bedeutung des Einfaltverhaltens von Silicon-Zitzengummis für deren Melkeigenschaften
Buckling pressure effects of milking machine silicone liners on milkability 
Worstorff, H. und Schätzl, D.:
Milchwissenschaft 55 (2000) S. 183-186
Mit transparenten Hülsen und künstlichen Zitzen wurden zunächst Fotos bei abgestuftem Differenzdruck aufgenommen. Vergrößerungen im Maßstab 2:1 bildeten die Basis für die Vermessung von Kennwerten und darauf aufbauende Kollapskurven. Die geprüften Gummis unterschieden sich im Kollapspunkt (KP) und damit dem Winkel an der Zitzenspitze. Bei Verringerung der Wandstärke im distalen Bereich wandert der KP nach unten, so dass die Maßnahme wie eine Verlängerung des Schaftes wirkt. Bei Zunahme der Zitzen-Eindringtiefe geht der KP naturgemäß mit, und die effektive Einfaltdruck-Differenz nimmt zu. Ergebnisse aus Melkversuchen zeigten eine Überlegenheit der sich verjüngenden Schaftwand. Weiterhin war der SL 60/2,95 dem Kontrolltyp SL im Ausmelkgrad vergleichbar und nur im höchsten Milchfluss geringfügig unterlegen. Kurze Zitzen reagierten tendenziell weniger auf Modifikationen. Die Reihung der maschinellen Nachgemelke unter Einschluss von 2 Typen mit 3,10 mm Wandstärke ergab grundsätzliche Zusammenhänge zu den Kollapskurven.

Zum Verhalten von Einzel-Zitzenbechern bei simuliertem automatischem Melken von Kühen im Vergleich zu konventionellen Melkzeugen mit Sammelstück
Performance of single teat cups in simulated automatic routines compared to conventional cluster milking of cows
Worstorff, H. und Weiss, D.:
Milchwissenschaft 56 (2001) S. 363-366
Melkroutine und -technik in automatischen Melksystemen (AMS) unterscheiden sich vielfältig von schulmäßigem konventionellem Melken. Die meisten AMS beginnen mit Zitzenreinigung und setzen danach die Einzel-Zitzenbecher vergleichsweise langsam an. Anstelle von maschinellem Nachmelken tritt typischerweise eine viertelindividuelle automatische Melkzeugabnahme. Um dadurch bedingte Unterschiede in der Milchhergabe einschätzen zu können, wurden Versuche mit 15 Kühen und 29,4 kg durchschnittlicher Tagesleistung durchgeführt. Das Melken erfolgte 2x täglich in Tandem-Boxen durch 2 Melker, die je eine konventionelle Melkeinheit bzw. originale Einzel-Zitzenbecher eines AMS mit identischen Zitzengummis bedienten. Neben dieser Begrenzung der Anzahl Melkeinheiten wurde die zeitgerechte Durchführung der Abläufe bei simuliertem automatischem Melken durch die Anordnung von 4 Durchflussmessern in Verbindung mit einem Servicearm (Siliconform Türkheim) sichergestellt. Datenbasis sind 660 Milchflusskurven aus unserer Versuchsmelkanlage mit Wiegerecordern.
Im Vergleich zum konventionellen Melkzeug erhöhten Einzel-Zitzenbecher den Spitzenfluss (3,30:3,36 kg/min) aber auch das maschinelle Nachgemelk (0,57:0,37 kg). Ein Ausgleich der statischen Gewichtsdifferenz zum konventionellen Melkzeug durch Zusatzgewichte an den Einzelbechern senkte die Maschinen-Haftzeit (7,50:8,15 min,), hatte aber keinen signifikanten Einfluss auf das maschinelle Nachgemelk (0,51:0,58 kg, n.s.). Die Erstellung der Melkbereitschaft wurde weder durch sequentielles Ansetzen der Einzelbecher noch durch sequentielle Stimulation gegenüber einminütiger Handstimulation (wissenschaftlicher Standard) beeinflusst. Insbesondere letzteres dürfte - als Vibrationsstimulation - zur Verbesserung einiger AMS-Typen beitragen. Die Daten bedürfen naturgemäß der Vertiefung bei AMS-typischen Melkfrequenzen und -intervallen.

Effekte der automatischen Melkzeugabnahme mit und ohne maschinelles Nachmelken bei simuliertem automatischem Melken 
Effects of quarter take-off with and without machine stripping under simulated automatic milking conditions
Weiss, D. und Worstorff, H.:
Milchwissenschaft  56 (2001) S. 427-430
Bei konventioneller maschineller Milchgewinnung führen ungleiche Milchmengen und Flussraten zum Blindmelken zwischen Eutervierteln. Die meisten automatischen Melksysteme (AMS) verwenden viertelindividuelle automatische Abnahme, um diesem Problem zu begegnen. Nachmelkautomatik dagegen ist bislang nicht bei AMS realisiert worden. Um die Effekte viertelspezifischer Abnahme mit und ohne maschinelles Nachmelken zu untersuchen, wurden 360 Melkungen in 2 Tandemboxen mit 15 Kühen (mittlere Tagesleistung 29,4 kg) durchgeführt. Analog zur v.g. Arbeit bedienten 2 Melker je eine Melkeinheit mit originalen AMS-Zitzenbechern. Der Milchfluss wurde viertelspezifisch verfolgt und als Gesamt-Milchflusskurve mit Wägerecordern erfasst.

Viertelindividuelle Routinen verkürzten die Maschinen-Haftzeit je Zitze um etwa 20% gegenüber maschinellem Nachmelken bei 320g/min/Gesamteuter. Andererseits verursachte viertelindividuelle Abnahme ohne Nachmelken einen Milchverlust von ca. 4% je Melkzeit. Die normalerweise verbleibenden 590 g Handnachgemelk je Kuh und Melkzeit bezeichnen etwa den unmittelbaren Milchverlust, wobei zusätzliche negative Langzeiteffekte für die Persistenz zu vermuten sind. Das gilt insbesondere angesichts verminderter Speicherkapazität bei Mehrfachmelken in Verbindung mit AMS-typischer Abnahme der Melkfrequenz in der Laktation und variierenden Zwischen-Melkzeiten. Viertelindividuelles maschinelles Nachmelken mit Start/Stop-Schwellen von 200/90 g/min und Viertel konnte die lose Restmilch vollständig gewinnen. Dabei reduzierte sich die durchschnittliche Maschinen-Haftzeit je Viertel gegenüber alleiniger viertelindividueller Abnahme (6,18:6,54 min, p?0,05). Weiterhin erhöhte sich dadurch der mittlere Milchfluss bezogen auf die Maschinen-Haftzeit je Viertel (2,35:2,21 kg/min, p?0,05). Schließlich fördert maschinelles Nachmelken unverzögerte Abnahmesignale der Geber, weil der Milchfluss dabei zunächst ansteigt und dann eindeutiger abfällt. Die Ergebnisse deuten auf einen wichtigen Schwachpunkt bisheriger AMS und lassen eine Vertiefung unter automatischen Melkbedingungen angezeigt erscheinen.

Der Einfluss unterschiedlicher Zwischenmelkzeiten auf die elektrische Leitfähigkeit der Milch vor der Alveolarmilchejektion
Influence of different milking intervals on electrical conductivity before alveolar milk ejection in cows
Barth, K. und Worstorff, H.:
Milchwissenschaft 55 (2000) S. 363-365
6 Kühe wurden dreimal täglich über einen Zeitraum von 16 Tagen mit Zwischenmelkzeiten (ZMZ) von 4, 8 und 12 Stunden gemolken. Die Reihenfolge der ZMZ wurde von 12:8:4 h während des ersten Abschnittes von 8 Tagen auf 12:4:8 h während des zweiten geändert. Vier Tage jedes Versuchsabschnittes dienten der Gewöhnung der Kühe an die neuen Melkzeiten. Die Messung der elektrischen Leitfähigkeit (LF) der Milch erfolgte mit einem Handgerät und stellte die erste Euterberührung dar. Die Kühe wurden mit einer Viertelgemelksmaschine gemolken. Der Gesundheitszustand der Euterviertel wurde anhand der zyto-bakteriologischen Untersuchung definiert. Die LF-Werte nach ZMZ von 4 und 8 Stunden (6.9 mS/cm) waren gleich aber signifikant höher (P<0.001) als nach einer ZMZ von 12 Stunden (6.4 mS/cm). Gesunde und Euterviertel mit unspezifischer Mastitis bzw. Mastitis zeigten die gleiche Tendenz, wenn auch auf unterschiedlichem LF-Niveau. Die LF-Vierteldifferenz war nach einer ZMZ von 12 Stunden (0.6 mS/cm) niedriger als bei ZMZ von 4 und 8 Stunden (0.8 mS/cm). Ein Einfluss der ZMZ vorangegangener Melkungen auf die LF konnte nicht beobachtet werden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Länge der ZMZ zu berücksichtigen ist, wenn der Zeitpunkt der LF-Messung nicht wie beim konventionellen Melken zu standardisieren ist. Dies gilt besonders für zusätzlich durchgeführte Eutergesundheitskontrollen mittels LF-Messung im Vorgemelk bei Herden, die mit automatischen Verfahren gemolken werden.

Bewertung von Veränderungen der elektrischen Leitfähigkeit von Milch beim Melken zur Feststellung subklinischer Mastitis bei automatischem Melken von Kühen
Evaluation of variation in conductivity during milking to detect subclinical mastitis in cows milked by robotic systems
Barth, K.; Fischer, R. und Worstorff, H.: Proc. EAAP Symp. Robotic Milking, Lelystad, Niederlande (2000) S. 89-96

Die Arbeiten fassen grundsätzliche Ergebnisse aus dem industriellen Entwicklungsprojekt „Elektrische Viertel-Leitfähigkeit für ein AMS“ (unveröffentlicht) zusammen: Die elektrische Leitfähigkeit (EC) und Temperatur von Viertelmilch wurde in 2 Herden über jeweils 14 Tage 24 h täglich gemessen. Jeweils zu 3 Melkzeiten gingen alle Kühe über einen konventionellen Melkstand, um anhand zytologisch-bakteriologischer Proben der Viertel-Anfangsgemelke den Eutergesundheitsstatus zu erfassen. Auf Basis dieser Ergebnisse wurden Viertel mit wenigstens 10 ungestörten AMS-Melkungen (n=317) eingeteilt in normale Sekretion (n=183), unspezifische Mastitis (n=74), latente Infektion (n=26) und Mastitis (n=34). Aus den EC Datensätzen wurde das temperaturkompensierte EC-Maximum sowie dessen Zeit (tECmax) genommen und in der statistischen Analyse eingesetzt. Um vergleichen zu können, war tECmax als Relativwert der Gesamt-Melkzeit berechnet.
Ein Viertelmelken wurde als verdächtig klassifiziert, wenn tECmax unter 5% bzw. über 50% der Melkdauer betrug. Die Ergebnisse zeigten bei tECmax eine große Variabilität. Die arithmetischen Mittelwerte von tECmax waren 39% (s=28), 49% (s=31), 48% (s=31) und 42% (s=28) für Viertel mit normaler Sekretion, Mastitis, unspezifischer Mastitis und latenter Infektion. Die Überschreitungswahrscheinlichkeit für die Schwellenwerte war höher bei bakteriologisch positiven Vierteln bzw. solchen mit hohem Zellgehalt verglichen mit gesunden. 35,5% der gesunden Viertel, 73,5% der Mastitisviertel, 73,1% der Viertel mit unspezifischer Mastitis und 34,4% der latent infizierten Viertel signalisierten, dass die Hälfte der ungestörten Melkungen als verdächtig einzustufen waren. Weitere Analysen zeigten, dass nicht nur absolute bzw. relative EC-Werte für die Überwachung der Eutergesundheit genutzt werden können. Zusätzliche Informationen lassen sich aus EC-Veränderungen beim Melken ableiten.

Grundlagenuntersuchungen zur Bewertung einer hochsensiblen Infrarot-Thermographie-Technik zur Erkennung von Euterentzündungen bei Kühen
Basic investigations to evaluate a highly sensitive infrared-thermograph-technique to detect udder inflammation in cows
Barth, K.:
Milchwissenschaft 55 (2000) S. 607 – 609
Die Verwendung automatischer Melkverfahren (AMV) in der Milchproduktion steht heute noch im Widerspruch zu den gesetzlichen Anforderungen an die Kontrolle der Milchqualität und Tiergesundheit. Um dies zu ändern, setzen sich zahlreiche wissenschaftliche Untersuchungen mit der Erkennung klinischer Mastitiden anhand der Milchzusammensetzung (Erkennung von Flocken, Blut, erhöhtem Ionengehalt) auseinander. Neben der veränderten Milchzusammensetzung ist jedoch auch die Erwärmung der erkrankten Euterbereiche ein Symptom für eine klinische Eutererkrankung. Die vorgestellte Untersuchung hatte zum Ziel mit Hilfe eines hochsensiblen Infrarot-Thermographie-Systems die Einsatzfähigkeit der Oberflächentemperaturmessung zur automatischen Eutergesundheitskontrolle zu testen. Verbunden mit einer Untersuchung zum Einfluss variabler Zwischenmelkzeiten auf die Milchzusammensetzung wurden über einen Zeitraum von acht Tagen täglich jeweils in einer Melkzeit (vorangegangene Zwischenmelkzeit: 12 h) die Infrarot-Thermographien (IRT) der Euter von sechs Kühen aufgezeichnet. Insgesamt standen 98 IRT für die Auswertung zur Verfügung. Der Eutergesundheitsstatus wurde anhand der Zellzahl von Viertelgesamtgemelksproben, die zu jeder Melkzeit gewonnen wurden, bestimmt. Bei der Analyse der IRT zeigte sich der Bereich in der Nähe der Zitzenzisterne als am wenigsten von der Umgebungstemperatur beeinflusst und wurde deshalb für die weiteren Betrachtungen herangezogen. Mit Hilfe der zur Auswertungssoftware gehörenden Funktion zur Flächenanalyse wurden die mittleren Oberflächentemperaturen in diesem Bereich bestimmt. Die Analyse der IRT zeigte einen deutlichen Einfluss des Messbereiches (medial, lateral oder caudal) auf die ermittelten Temperaturwerte, wobei die mediale Messposition die höchsten (34,8°C) und die caudale die niedrigsten (33,7°C) Werte aufwies. Es wurden signifikante Unterschiede zwischen den Eutervierteln mit Zellzahlen unter (33,6°C) und über 100.000 Zellen je ml (34,1°C) ermittelt, die mit hoher Wahrscheinlichkeit auf den Einfluss der Messposition zurückzuführen sind. Wenn auch eindeutige Aussagen bezüglich des Zusammenhangs zwischen Zellzahl und Hauttemperatur im Zisternenbereich anhand des Datenmaterials nicht zu treffen sind, so ermöglichte die Untersuchung jedoch eine interessante Beobachtung anhand eines gegen Versuchsende auftretenden Mastitisfalles mit klinischen Symptomen. Bei dem betroffenen Euterviertel zeigte die laterale Seite der Zitze höhere Temperaturwerte als die mediale. Die an zwei Melkzeiten beobachtete Temperaturdifferenz betrug 0,2 und 1,2 K. Im Gegensatz dazu, wies das eutergesunde Parallelviertel einen Temperaturrückgang (-0,3 und -1,7 K) von innen nach außen auf.

VII. Vergleichende Tierphysiologie

Anwendung der Ubiquitin-SSCP-Analyse für taxonomische Studien am Subgenus Orinocarabus
Application of ubiquitin SSCP analysis in taxonomic studies within the subgenus Orinocarabus (Cleoptera: Carabidae: Carabus)
Sedlmair, D.; Gerstmeier, R. und Einspanier, R.:
Eur. J. Entomology 97 (2000) S. 387-394
Die genaue taxonomische Klassifizierung von Käfern stellt die Wissenschaftler z.T. noch vor große Probleme. Für einige solcher Insekten-Familien, wie z.B. den Laufkäfern (Carabidae) der Alpentäler, ist hier erstmalig ein molekulargenetisches Verfahren zur Typisierung entwickelt worden, um die Differenzierung der Populationen zu verbessern. Das sogenannte SSCP-Verfahren (single-strand conformation polymorphism) mit den Genen für Ubiquitin wurde im Vergleich zu den neuartigen Sequenzierungen mitochondrialer Gene (mtDNA) etabliert und beide Verfahren mit den ursprünglich vorliegenden taxonomischen Daten verglichen. Es zeigte sich eine gute Übereinstimmung der älteren Systematik mit den mtDNA-Daten, jedoch eine gewisse Diskrepanz zu den Ubiquitin-Analysen. Dies deutete auf eine entkoppelte Evolution der Ubiquitin-Gene der Laufkäfer von den bisherigen taxonomischen Bezugspunkten hin. So wäre es aber mit diesen verschiedenen Verfahren möglich, die Tiere zukünftig bis auf Populationsebene hinab zu typisieren.

Cyproteronacetat reduziert das Geweihwachstum im chirurgisch kastrierten Damhirsch
Cyproterone acetate reduced antler growth in surgically castrated fallow deer
Bartos, L., Schams, D., Kierdorf, U., Fischer, K., Bubenik, G.A , Siler, J., Losos, S., Tománek, M. und Laštovková, J.:
Journal of Endocrinology 164 (2000) S. 87-95
Beim Damhirsch (kastrierte Böcke) wurde die Bedeutung von Androgenen auf das Geweihwachstum studiert, insbesondere ob niedrige Androgenblutspiegel einen Einfluss haben. Nach Kastration wurde eine Gruppe noch zusätzlich mit Cyproteronacetat (Antiandrogen) behandelt. Es bestand eine signifikante Korrelation zwischen der Fläche unter der Kurve für Geweihlänge und Testosteron aber nicht für Geweihlänge und IGF-1. Es wird vermutet, dass Plasmaandrogenspiegel über einen sehr niedrigen Schwellenwert ein wichtige Voraussetzung für das Geweihwachstum darstellen und dass dieser Effekt nicht über periphere IGF-1 läuft. Die biologische Bedeutung der niedrigen Androgenwerte dürfte eine Sensibilisierung der Geweihzellen für die stimulierende Wirkung von IGF-1 liegen.

Pudu, der kleinste Hirsch in der Welt: 10 Jahre endokrine Studien am Pudu in Chile 
Pudu, the smallest deer of the world: 10 years of endocrine studies of Southern pudu (Pudu puda) in Chile
Bubenik, G.A., Reyes, E., Schams, D., Lobos, A. und Bartos, L.: Z.
Jagdwiss. 46 (2000) 129-138
Es wurde ein Überblick über die Untersuchungen der Hormonprofile beim männlichen Pudu gegeben. Zusätzlich wurden Werte für Cortisol, Wachstumshormon, LH, FSH und Testosteron nach ACTH und GnRH Challenge-Tests berichtet. Der Pudu antwortet schnell auf stimulierten Stress und GnRH induziert einen deutlichen Anstieg von LH und Testosteron bei dominanten Männchen.

VIII. Sonstige Ergebnisse aus Kooperationen

In weiteren Originalarbeiten (siehe Veröffentlichungen) wurde die erfolgreiche Kooperation mit sonstigen Instituten des In- und Auslandes dokumentiert (z. B. Blum et al., Scheibe et. al.). Der Beitrag unseres Institutes umfasste in der Regel spezielle Bioanalytik wie Genexpression und Hormonmessung.

 

 

 

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    Letzte Änderung: 29.10.2015