Využití spektroskopie mléka v KU u skotu pro stanovení zástupných fenotypů

Infračervená spektroskopie se využívá pro stanovení složek mléka při kontrole užitkovosti dojeného skotu a umožňuje stanovit z mléka profil mastných kyselin mléčného tuku i další látky jako je aceton, betahydroxybutyrát (BHB), citráty a laktoferrin použitelné jako ukazatele zdravotního stavu. Využití spektroskopických údajů o mléku pro stanovení zástupných fenotypů u hospodářských zvířat umožňuje rozšířit šlechtění i na nákladně a obtížně získatelné znaky jako je individuální produkce metanu nebo účinnost využití krmiva u dojnic.         

V chovu dojeného skotu při kontrole mléčné užitkovosti se pro stanovení složek mléka využívá spektrometr, laboratorní přístroj pracující na principu infračervené spektroskopie. Jedná se o metodu založenou na hodnotách spektra, které vznikne absorpcí záření analyzovaným vzorkem. V rámci kontroly užitkovosti skotu se často používá její varianta označovaná jako FT-MIR zaměřená na střední infračervenou oblast světla (Fourier-transform mid-infrared spectroscopy; středová infračervená spektroskopie s Fourierovými transformacemi). Infračervená spektroskopie je poměrně nízkonákladový postup, který se již mnoho let používá v oficiální kontrole užitkovosti pro stanovení složek mléka, jako jsou bílkoviny, tuk, laktóza a další. V ČR je zjišťování složek mléka pro kontrolu užitkovosti skotu prováděno laboratoří ČMSCH a. s. v Brně (LMR), kde vedle základních složek stanovují na základě spektroskopických hodnot ještě obsah močoviny, profil mastných kyselin mléčného tuku a volné mastné kyseliny (VMK).  Během laktace ke každé dojnici vzniká řada spektroskopických hodnot jako vedlejší produkt kontroly užitkovosti. Tato spektroskopická měření sama o sobě jsou předstupněm zástupného fenotypu, neboť zástupný fenotyp se teprve vypočte ze spektroskopických dat přepočtovou rovnicí. Z jedné sady spektroskopických hodnot se může odvodit celá sada zástupných fenotypů s různou přesností. Snížená přesnost ve srovnání s přesnějšími laboratorními metodami či jiným přesným měřením je vyvážena vysokým počtem získaných zástupných fenotypů a nízkými náklady.  Organizační podmínka, pro maximální návratnost predikce fenotypů na základě spektroskopických měření, je jejich (fenotypů) rutinní sběr, čemuž zpracování vzorků mléka při KU vyhovuje. Přitom je potřeba si uvědomit, že rozsah ukládaných údajů je velmi obsáhlý. Při analýze jednoho vzorku mléka spektrometrem se vytvoří zhruba 1000 spektroskopických hodnot. Ne všechny tyto hodnoty však vykazují variabilitu mezi vzorky. Rozdíly mezi vzorky vznikají zejména na základě složek mléka, jako je tuk, bílkovina a laktóza a další. V řadě spektroskopických hodnot nevykazují variabilitu např. ty, které jsou spojeny s vodou.  Složení mléka je velmi komplexní a závisí na výživě a metabolismu dojnice. Ukazuje se, že s různě vysokou přesností lze na základě spektroskopických dat odvozovat hodnoty jako je obsah tuku či profil mastných kyselin mléčného tuku a dalších složek mléka, ale i individuální produkce metanu dojnice, účinnost využití krmiva, výskyt mastitidy, ketózy či celkový zdravotní profil dojnice. Základem tohoto spojení je především spojitost mezi metabolismem dojnice a jí vyprodukovaným mlékem, kde se projeví změny metabolismu vyvolané např. zdravotní poruchou či činností bachoru ovlivněnou krmnou dávkou a bachorovou mikroflórou.

Stanovení fenotypu profilu mastných kyselin v mléčném tuku

Mastné kyseliny (MK, FA) mléčného tuku jsou přímo v mléce přítomny. Tím se liší stanovení jejich množství v mléku např. od produkce metanu či účinnosti krmiva, kde dochází k odhadu těchto zástupných fenotypů ze spektroskopických hodnot mléka na základě vazeb s metabolismem. Zastoupení mastných kyselin v mléčném tuku má zásadní vliv na kvalitu mléka, ovlivňuje fyzikální, výživové i technologické vlastnosti mléka a je důležité pro lidskou výživu i zpracování mléka.

Mastné kyseliny jako zástupný fenotyp pro zdravotní stav dojnice

Po porodu a v rané laktaci se organismus dojnice ocitá v náročné situaci, kdy jsou energetické požadavky, výdej energie, výrazně vyšší než příjem energie. Výsledkem je známý stav označovaný jako negativní energetická bilance (NEB). Pro získání energie organismus mobilizuje vlastní tukové zásoby a mastné kyseliny se z nich uvolňují do krevního oběhu. Pro diagnostiku NEB u dojnic a problémů s ní souvisejících se nejúčelnější jeví sledovat kyselinu stearovou (C18:0), kyselinu olejovou (C18:1) a kyselinu palmitovou (C16:0). Běžné měsíční intervaly KU však nemusí nutně pokrývat všechna zvířata s NEB a přidruženými problémy v nejvhodnější dobu. Metabolický stav se po otelení mění poměrně rychle, proto k zajištění včasného odhalení zdravotních poruch na úrovni jednotlivých zvířat by bylo nutné vzorky odebírat častěji, zejména v prvých dvou týdnech laktace. Spektra mohou být dále úspěšně použita ke screeningu ketózy (BHB a acetonu) či mastitidy (N-acetyl -β-D-glucosaminidázy, NAGD s přesností nad 75 %. Naopak progesteron se nepodařilo predikovat pomocí spektroskopických hodnot s dostatečnou přesností. Zároveň jsou jmenované biomarkery doporučeny pro použití v managementu stáda při stanovování přímo na farmách, které by byly vybaveny odpovídajícími FT-MIR přístroji. Toto ovšem bude záviset na miniaturizaci a finanční dostupnosti těchto zařízení.

Zástupné fenotypy pro individuální produkci metanu

Vznik metanu v bachoru přežvýkavců, metanogeneze, se odvíjí od činnosti bachorové mikroflóry a je podkladem vztahu mezi složením mléka a množstvím vyprodukovaného metanu. Jedná se o především o kyselinu octovou (C2:0), propionovou (C3:0) a máselnou (C4:0).  Jako vedlejší produkt fermentace vzniká činností bachorové mikroflóry metan, CH4.  Sacharidy a z nich vznikající TMK jsou pak zdrojem energie a prekurzory mléčného tuku a laktózy.  Kyselina octová a máselná podporují produkci metanu, zatímco kyselina propionová působí proti produkci metanu. Zvýšený poměr kyseliny máselné a propionové snižuje obsah laktózy a zvyšuje obsah tuku v mléce.  

Zástupný fenotyp pro účinnost využití krmiva

Stanovení účinnosti využití krmiva (feed efficiency, FE) u jednotlivé krávy je spojeno s měřením její spotřeby krmiva vyžadujícím individuální krmné boxy s elektronickou identifikací krávy a zaznamenáváním hmotnosti krmiva. Při skupinovém krmení krav na produkčních farmách není tento pracovně i finančně nákladný postup realizovatelný. Pro vyhodnocení FE krav na komerčních farmách byly vyvinuty rovnice pro její, do kterých běžně vstupují údaje jako je množství mléka, hmotnost krávy a počet dnů od otelení. V případě získání zástupných fenotypů pro znaky FE na základě FT-MIR mléka je pak možné použít genomický přístup k odhadu genomických plemenných hodnot. Genomický přístup umožňuje použít referenční populaci, tj. podsoubor zvířat s fenotypy pro znaky FE, pro odhad genetických parametrů a genomických plemenných hodnot pro znaky FE. Díky chovatelské péči a komplexnímu šlechtění na produkční a funkční znaky při použití SIH je v ČR u holštýnského skotu při komplexním nastavení jeho šlechtitelského cíle už nyní dosahováno zlepšování účinnosti využití krmiva.

Doporučení pro praxi

Spektroskopické hodnoty vznikající pravidelně a ve velké množství a jsou využitelné i více než se doposud předpokládalo. Podobně jako u stanovení složek mléka při vhodném nastavení a automatizaci celého procesu by ke každému analyzovanému vzorku mléka mohly být poskytovány nejrůznější zástupné fenotypy k rutinnímu využití ve šlechtění či v managementu stáda. Společně v kombinaci s genomikou by zástupné fenotypy mohly vést k lepšímu a přesnějšímu šlechtění dojeného skotu v ČR.

Ing. Ludmila Zavadilová, CSc., Ing. Eva Kašná, Ph.D., Ing. Zuzana Krupová, Ph.D., doc. Ing. Josef Kučera, Ph.D., MVDr. Petr Fleischer, Ph.D., doc. MVDr. Soňa Šlosárková, Ph.D., doc. MVDr. Alena Pechová, CSc., Výzkumný ústav živočišné výroby, v. v. i., Praha Uhříněves, Českomoravská společnost chovatelů, a. s., Hradištko, Výzkumný ústav veterinárního lékařství, v. v. i., Brno, Ústav výživy zvířat a pícninářství, AF, Mendelova Univerzita v Brně

Podrobněji v NCH 8/2025.*