Assessment of probiotics activity on pathogenic agents of mastitis in dairy bovine

A mastite é o processo inflamatório da glândula mamária que constitui uma doença comum no setor pecuário leiteiro, evidenciado principalmente durante o período de lactação de vacas leiteiras e, cujos principais agentes etiológicos são o Staphylococcus aureus, Streptococcus sp. e espécies de coliformes. Os protocolos de combate à mastite preconizam o uso de antibióticos, o que pode trazer riscos à saúde dos animais e humana. Dependendo do agente patogênico, esta estratégia é considerada frequentemente ineficiente e de alto custo, o que leva pesquisadores a buscarem alternativas à antibioticoterapia, testando princípios ativos homeopáticos, fitoterápicos e micro-organismos probióticos, que apresentam potencial como alternativa promissora para a terapia quimioterápica. As formulações contendo bactérias probióticas podem representar uma alternativa de baixo custo para o combate à mastite, com a vantagem de não estimular a resistência entre os patógenos. Desta forma, este estudo baseou-se na avaliação in vitro do potencial antimicrobiano de cepas de Lactobacillus frente a agentes patógenos causadores de mastite, bem como na avaliação in vivo da inocuidade de formulações contendo probióticos em vacas em lactação. Para tanto, 6 cepas de Lactobacillus, na forma isolada e na forma de pool foram avaliadas quanto à capacidade inibitória sobre Streptococcus agalactiae (cepas 1 e 2) por diferentes técnicas de difusão em ágar e co-cultura em meio líquido. A inibição pela técnica de co-cultura foi avaliada mediante determinação de células viáveis das cepas patogênicas por reação em cadeia da polimerase quantitativa em tempo real (RT-qPCR). De acordo com os resultados observados no estudo de inibição in vitro, foram preparadas formulações probióticas utilizando dois veículos diferentes, sendo uma emulsão (Formulação A) e outra utilizando um veículo de um medicamento comercial (Formulação B) adicionadas de células de Lactobacillus na forma isolada e na forma de pool. Estas formulações foram avaliadas quanto à inocuidade em 17 vacas separadas em grupos sob regime de 1 ordenha/dia (A e B1) e 2 ordenhas/dia (B2), mediante a aplicação das formulações A e B contendo 109 ou 106 células/dose. Ao longo do cada tratamento, foram avaliados parâmetros fisiológicos como temperatura do úbere, presença de hiperemia, inchaço e manifestação de dor, contagem de células somáticas (CCS), California Mastitis Test (CMT), bem como condutividade elétrica e aspecto do leite e avaliação microbiológica. O estudo de inibição em co-cultura mostrou que as cepas de Lactobacillus avaliadas inibiram o crescimento das cepas patogênicas, em níveis superiores a 75% após 72 horas de ensaio. Após 24 horas, os maiores níveis de inibição sobre S. agalactiae cepa 1 foram exercidos pelas cepas L. acidophilus ATCC 4356, L. fermentum ATCC 9338, com índices de inibição de 99,79% e 99,91%, respectivamente. Nas mesmas condições a inibição de S. agalactiae cepa 2 por L. acidophilus ATCC 4356 e L. delbrueckii UFV H2B20 foi de 86,7% e 79,5%, respectivamente. Estes resultados indicam o potencial de inibição das cepas de Lactobacillus estudadas sobre S. agalactiae causadora de mastite. Estudos de inocuidade demonstraram que as formulações probióticas (A e B) induziram reação inflamatória no úbere dos animais, confirmado pelo aumento significativo da condutividade elétrica do leite (CEL), CCS (p < 0,05), bem como do escore de CMT. As formulações testadas no presente estudo não se mostraram adequadas ao emprego terapêutico na cura da mastite, uma vez que no teste de inocuidade provocaram processos inflamatórios nas glândulas mamárias dos animais testados.Bovine mastitis is a common disease in dairy farms, usually observed during lactation period in dairy cattle, whose main etiological agents are Staphylococcus aureus, Streptococcus sp. and coliform species. Current protocols of mastitis therapy include the use of antibiotics, which may represent serious risks for both animal and human health. Depending on the pathogen specie, this strategy is often considered ineffective and highly expensive, what stimulates scientists to search for alternative treatments, including homeopathic or phytotherapic drugs or probiotic microorganisms, which may be a good alternative to chemotherapeutic drugs. Formulations containing probiotic bacteria may represent a low-cost alternative for mastitis treatment. The present study aimed to assess in vitro ability of Lactobacillus strains to inhibit mastitis pathogens growth, as well as in vivo assessment of the safety of formulations containing probiotics in cows with predisposition or affected by mastitis. Thus, six Lactobacillus strains were evaluated on their inhibitory ability over Streptococcus agalactiae (strains 1 and 2) by techniques of agar diffusion and co-culture in liquid medium. The effectiveness of the co-culture was evaluated by enumerating viable pathogen cells through quantitative polymerase chain reaction (qPCR). According to the results of in vitro study, two formulations were prepared based on a probiotic emulsion (formula A) and a commercial matrix (formula B) containing Lactobacillus cells (isolated or pool). Safety tests for the formulations were performed in 17 cows, which were separated into two groups under 1 milking/day (A and B1) and another group submitted to 2 milkings/day (B2), through the application of preparation A or preparation B containing 109 or 106 cells/dose. In each treatment, every cow was assessed on physiological parameters including temperature, presence of hyperemia, swelling and pain, somatic cell count (SCC), electrical conductivity and aspect of milk (color and clots/lumps formation) and microbiological evaluation. The results of the inhibition studies in co-culture showed that all Lactobacillus strains inhibited the growth of pathogenic strains, in at least 75% after 72 h of test. The highest levels of inhibition of S. agalactiae strain 1 were performed by strains L. acidophilus ATCC 4356 and L. fermentum ATCC 9338, at level of 99.79% and 96.70% after 24h, respectively. For the same period, the inhibition of S. agalactiae strain 2 by L. acidophilus ATCC 4356 and L delbrueckii UFV H2B20 was 86.7 % and 79.5%, respectively. These results showed the potential of Lactobacillus strains studied concerning to the inhibition of mastitis caused by Streptococcus agalactiae. Safety studies showed that both formulations evaluated induced inflammatory response in the udder of the animals, what was confirmed by significant raise on electric conductivity and SCC (p < 0,05) and CMT scores on milk. All formulations were considered inappropriate to be used in mastitis therapeutics, once they failed at safety tests, inducing mastitis on tested animals