In the puerperium, inflammatory diseases of the bovine uterus are observed with a high prevalence in dairy cows. These diseases impair animal welfare, the reproductive performance of the herd and, as a result, the economic situation of dairy farms. To evaluate bovine uterine inflammatory diseases on a molecular basis, the endometrial mRNA expression of specific factors can be used. Representatives for inflammation include e.g. different types of immune cells (e.g. polymorphonuclear neutrophils [PMN]), mediators (e.g. interleukins [ILs], tumor necrosis factor [TNF], chemokine ligands [CXCLs]), enzymes (e.g. prostaglandin [PG] synthases, matrix metallopeptidase 1 [MMP1]) and receptors (e.g. protein tyrosine phosphatase, receptor type C [PTPRC], platelet-activating factor receptor [PTAFR]). For the therapy of bovine uterine inflammatory diseases, mainly antibiotics and the hormone PGF2α are applied. However, there are disadvantages to both strategies, such as possible residues in animal products and the potential development of bacterial resistances or a questionable efficiency, respectively. This explains the ongoing search for alternatives, which includes research about Lactobacillus (L.) spp. as potential probiotics for the bovine reproductive tract. The aim of the first study was the evaluation of the mRNA expression profiles of selected pro-inflammatory factors in the endometrium of dairy cows depending on their uterine health status (healthy [H], subclinical endometritis [SCE] and clinical endometritis [CE]) during the second half of the puerperium (days 24-51 postpartum [pp]). The second study analyzed the uterine health, the endometrial PMN contents and the endometrial mRNA expression profiles of selected pro-inflammatory factors after the intrauterine administration of L. buchneri DSM 32407 on days 24-30 pp to cows with SCE. In addition, the impact of L. buchneri DSM 32407 on the histopathology of endometrial biopsy samples of clinically healthy cows (taken at various days pp) was evaluated. Furthermore, the influence of the intrauterine administration of L. buchneri DSM 32407 on days 24-30 pp to clinically healthy cows (H and SCE) on reproductive performance was investigated. For both studies, cows were examined and sampled on a weekly basis during days 24-51 pp. Additionally, endometrial samples for the cultivation of bacteria were obtained in both studies. The mRNA expression analysis of endometrial pro-inflammatory factors revealed the strongest correlation to the uterine health status on days 45-51 pp, the end of the puerperal period. In contrast to the earlier investigated time points, almost all of the selected factors were significantly higher expressed in endometrial samples from cows with SCE and/or CE in comparison to healthy cows. This regards the mRNA expression of CXCL1/2, CXCL3, CXCL5, chemokine receptor 2 (CXCR2), IL1A, IL1B, IL6, IL8, prostaglandin-endoperoxide synthase 1 (PTGS1), PTGS2, prostaglandin D2 synthase (PTGDS), TNF, MMP1 and PTAFR. The intrauterine administration of L. buchneri DSM 32407 on days 24-30 pp to cows with SCE resulted in a significantly higher mRNA expression of TNF on days 31-37 pp. Furthermore, the mRNA expression of CXCL1/2, CXCL3, CXCR2, IL1B, IL8 and PTPRC was significantly lower on days 45-51 pp in comparison to cows treated with a placebo. The histopathological evaluation showed an infiltration of immune cells into the endometrium one week after the intrauterine administration of L. buchneri DSM 32407. Clinically healthy cows treated with L. buchneri DSM 32407 had significantly shorter median days to conception compared to cows treated with a placebo (103 vs. 133 median days to conception; P = 0.035). This difference was even more significant when only cows with SCE were observed (74 vs. 164 median days to conception; P = 0.001). In the first study, there was a significantly higher number of endometrial samples positive for cultivable Trueperella (T.) pyogenes on days 24-30 pp from cows with CE in comparison to cows from the H and SCE group. The second study showed a significantly higher number of endometrial samples positive for Histophilus (H.) somni on days 31-37 pp in the SCE group that received a placebo in comparison to the whole group (H and SCE) that received L. buchneri DSM 32407. In conclusion, the first study revealed the strongest correlation of endometrial pro-inflammatory mRNA contents to the uterine health status (H, SCE and CE) on days 45-51 pp. This suggests that the mRNA expression analysis could be a powerful tool for the judgement of the severity of endometrial inflammation especially at this time point of the puerperium. The second study showed that an intrauterine administration of L. buchneri DSM 32407 first had an immunostimulatory effect with a subsequent downregulation of the endometrial immune system on days 45-51 pp. Moreover, the intrauterine administration of L. buchneri DSM 32407 was highly beneficial for the following reproductive performance of clinically healthy cows (H and SCE). Overall, this indicates that an intrauterine administration of L. buchneri DSM 32407 on days 24-30 pp could contribute to a uterine environment that is associated with health on days 45-51 pp and an improved subsequent reproductive performance.
Im Puerperium werden entzündliche Erkrankungen des bovinen Uterus mit einer hohen Prävalenz beobachtet. Diese Erkrankungen beeinträchtigen das Tierwohl, die Reproduktionsleistung der Herde und in der Folge die ökonomische Situation von Milchviehbetrieben. Für die Untersuchung entzündlicher Erkrankungen des bovinen Uterus auf molekularer Ebene kann die endometriale mRNA-Expression ausgewählter Faktoren genutzt werden. Marker für eine Entzündung sind beispielsweise verschiedene Immunzelltypen (z.B. polymorphkernige neutrophile Granulozyten [PMN]), Entzündungsmediatoren (z.B. Interleukine [ILs], Tumornekrosefaktor [TNF]), Chemokin-Liganden [CXCLs]), Enzyme (z.B. Prostagladin [PG] Synthasen, Matrix-Metallopeptidase 1 [MMP1]) und Rezeptoren (z.B. Protein-Tyrosin-Phosphatase Rezeptor Typ C [PTPRC], Plättchenaktivierender Faktor-Rezeptor [PTAFR]). Für die Therapie entzündlicher Erkrankungen des bovinen Uterus werden hauptsächlich Antibiotika und das Hormon PGF2α genutzt. Jedoch gibt es Nachteile für beide Strategien, wie beispielsweise mögliche Rückstände in tierischen Produkten und die potenzielle Entwicklung bakterieller Resistenzen bzw. eine fragliche Wirksamkeit. Dies erklärt die anhaltende Suche nach Alternativen, die auch die Forschung über Lactobacillus (L.) spp. Als potenzielles Probiotikum für den bovinen Reproduktionstrakt einschließt. Das Ziel der ersten Studie war die Evaluierung der mRNA-Expressionprofile von ausgewählten pro-inflammatorischen Faktoren im Endometrium von Milchkühen in Abhängigkeit vom uterinen Gesundheitsstatus (gesund [H], subklinische Endometritis [SCE] und klinische Endometritis [CE]) während der zweiten Hälfte des Puerperiums (Tage 24-51 postpartum [pp]). Die zweite Studie analysierte den uterinen Gesundheitsstatus, die endometrialen PMN-Gehalte und die endometrialen mRNA-Expressionsprofile von ausgesuchten pro-inflammatorischen Faktoren nach der intrauterinen Verabreichung von L. buchneri DSM 32407 an den Tagen 24-30 pp an Kühe mit SCE. Zusätzlich wurden die Auswirkungen von L. buchneri DSM 32407 auf die Histopathologie endometrialer Biopsieproben von klinisch gesunden Kühen (gewonnen an unterschiedlichen Tagen pp) untersucht. Darüber hinaus wurde der Einfluss der intrauterinen Verabreichung von L. buchneri DSM 32407 an klinisch gesunde Kühe (H und SCE) an den Tagen 24-30 pp auf die Reproduktionsleistung geprüft. Für beide Studien wurden die Kühe während der Tage 24-51 pp wöchentlich untersucht und beprobt. Zusätzlich wurden in beiden Studien Proben vom Endometrium für die Kultivierung von Bakterien gewonnen. Die mRNA-Expressionsanalyse von endometrialen pro-inflammatorischen Faktoren zeigte die stärkste Korrelation zum uterinen Gesundheitsstatus an den Tagen 45-51 pp, dem Ende des Puerperiums. Im Gegensatz zu den früheren Zeitpunkten waren dort in den endometrialen Proben von Kühen mit SCE und/oder CE, im Vergleich zu gesunden Tieren, fast alle ausgewählten Faktoren signifikant höher exprimiert. Dies betrifft die mRNAExpression von CXCL1/2, CXCL3, CXCL5, Chemokine Rezeptor 2 (CXCR2), IL1A, IL1B, IL6, IL8, Prostaglandin-Endoperoxidsynthase 1 (PTGS1), PTGS2, Prostaglandin D2-Synthase (PTGDS), TNF, MMP1 und PTAFR. Die intrauterine Verabreichung von L. buchneri DSM 32407 an den Tagen 24-30 pp an Kühe mit SCE resultierte in einer signifikant höheren mRNA-Expression von TNF an den Tagen 31-37 pp. Darüber hinaus war an den Tagen 45-51 pp die mRNA-Expression von CXCL1/2, CXCL3, CXCR2, IL1B, IL8 und PTPRC signifikant niedriger im Vergleich zu Kühen, die mit einem Placebo behandelt wurden. Die histopathologische Untersuchung zeigte eine Infiltration des Endometriums mit Immunzellen eine Woche nach der intrauterinen Verarbreichung von L. buchneri DSM 32407. Klinisch gesunde Kühe, die mit L. buchneri DSM 32407 behandelt wurden, hatten signifikant kürzere mittlere Güstzeiten im Vergleich zu Kühen, die mit einem Placebo behandelt wurden (103 vs. 133 mittlere Güsttage; P = 0.035). Dieser Unterschied war noch signifikanter, wenn nur Kühe mit SCE betrachtet wurden (74 vs. 164 mittlere Güsttage; P = 0.001). In der ersten Studie waren die endometrialen Proben von Kühen mit CE, im Vergleich zu denen von Kühen von der SCE- und H-Gruppe, an den Tagen 24-30 pp signifikant häufiger positiv für kultivierbare Trueperella (T.) pyogenes. Die zweite Studie zeigte an den Tagen 31-37 pp eine signifikant höhere Anzahl von Proben des Endometriums positiv für Histophilus (H.) somni bei der SCE-Gruppe, die ein Placebo erhielt, im Vergleich zu der gesamten Gruppe (H und SCE), die L. buchneri DSM 32407 erhielt. Schlussfolgernd zeigte die erste Studie die stärkste Korrelation von endometrialen pro-inflammatorischen mRNA-Gehalten zum uterinen Gesundheitsstatus (H, SCE und CE) an den Tagen 45-51 pp. Dies weist darauf hin, dass die mRNA-Expressionsanalyse besonders zu diesem Zeitpunkt des Puerperiums eine aussagekräftige Technik zur Bewertung der Stärke endometrialer Entzündung darstellen könnte. Die zweite Studie zeigte, dass die intrauterine Verabreichung von L. buchneri DSM 32407 zunächst einen immunstimulierenden Effekt hatte, mit einer anschließenden Herunterregulierung des endometrialen Immunsystems an den Tagen 45-51 pp. Überdies war die intrauterine Verabreichung von L. buchneri DSM 32407 vorteilhaft für die nachfolgende Reproduktionsleistung von klinisch gesunden Kühen (H und SCE). Zusammenfassend gibt dies Hinweise darauf, dass eine intrauterine Verabreichung von L. buchneri DSM 32407 an den Tagen 24-30 pp ein uterines Milieu unterstützt, welches mit der Gesundheit des Uterus an den Tagen 45-51 pp assoziiert wird und eine nachfolgende Verbesserung der Reproduktionsleistung herbeiführt.
