Effects of Morinda citrifolia (noni) fruit puree on T cell activation, T cell proliferation and bactericidal activity in neonatal calves during the first two weeks of life

Abstract

Calves are born with a fully developed but still naïve immune system and are thus vulnerable to high rates of morbidity and mortality. The best defence to ensure calves health and survival is ingestion of colostrum, containing large amounts of maternal immunoglobulins, leukocytes and cytokines. Besides adequate colostrum intake properly used antibiotics can provide much protection for the bovine neonate. However, increased antibiotic scrutiny and in particular consumer demand for organic products have prompted investigations of natural immunomodulators for enhancing calf health. In this context plant-based immunomodulators, such as Morinda citrifolia (noni) reportedly having a broad range of immunomodulatory effects, are of noteworthy interest. The objective of this study was to evaluate the effects of feeding noni fruit puree on the immune system of neonatal calves during the first two weeks of life. For this purpose 18 newborn Holstein Friesian bull calves were acquired in pairs from local dairies. All calves had received 3.785 l (1 gal.) of pooled colostrum by 12 hrs of age. Adequate passive transfer was confirmed at 24 hrs of age. After arrival at the Veterinary Medical Teaching Hospital of the University of Wisconsin in Madison calves were divided randomly into two groups. Group 1 comprised of control calves, while Group 2 received 30 ml (1 oz) of noni puree twice daily in milk replacer. Day 0 samples were obtained before the first feeding of puree between 36 and 48 hrs of age. Peripheral blood mononuclear cells (PBMC) were collected and isolated from each calf on days 0, 3, 7 and 14. To measure lymphocyte proliferation, a mitogen induced lymphocyte blastogenesis test (LBT) was performed. Mitogen induced activation of CD4+, CD8+ and γδ TCR+ T cells was evaluated by measuring the up-regulation of the surface protein CD25, which is part of the IL-2 receptor, on these cells with two-color flow cytometry. For both tests Concanavalin A (Con A) and Phytohemagglutinin (PHA) were used as global mitogens. Bactericidal assays were performed to estimate the percent killing of E. coli and Staph. epidermidis. EDTA anti-coagulated blood was collected from each calf on days 0, 3, 7, and 14. Results of flow cytometry showed a significant increase in percent CD25 expression on CD4+ and CD8+ T cells on day 3 of the study or approximately 5 days postpartum in response to Con A stimulation. The LBT did not show significant differences between the two groups in response to either mitogen. The bactericidal assay revealed an effect of noni on bactericidal activity against E. coli. Noni puree-fed calves had significantly increased E. coli bacterial killing when compared to controls on day 14. Differences were not significant on days 0, 3 and 7, but did increase over time. There was no significant difference between groups for Staph. epidermidis killing. This immunomodulatory effect may be of high interest for the production animal industry in the future to enhance calves health within the first two weeks of life since antibiotic use becomes more restricted. Additional clinical trials are warranted to investigate the clinical application of noni puree in promoting calf health.

Kälber werden mit einem voll entwickelten, jedoch aufgrund von nur sehr geringem Antigenkontakt während der Trächtigkeit bis zum Zeitpunkt der Geburt, als naiv zu bezeichnenden Immunsystem geboren. Dieser Umstand hat eine hohe Mortalitäts- und Morbiditätsrate bei neugeborenen Kälbern zur Folge. Die beste Strategie um den Schutz der Neugeborenen zu gewährleisten ist die Aufnahme von Kolostrum, das in großer Menge neben Immunglobulinen auch maternale Leukozyten sowie Zytokine beinhaltet. Darüber hinaus bietet die verantwortungsvolle Anwendung von Antibiotika eine wirksame, wenn auch umstrittene und zunehmend unerwünschte Möglichkeit des Schutzes vor Krankheiten. In diesem Zusammenhang wird immer häufiger der Einsatz von pflanzlichen Immunmodulatoren wie z.B. Morinda citrifolia (noni), der man eine Vielzahl von immunmodulierenden Eigenschaften zuspricht, diskutiert und erforscht. Das Ziel dieser Studie war es den Effekt von Morinda citrifolia auf das Immunsystem von Kälbern innerhalb der ersten zwei Lebenswochen zu erforschen. Zu diesem Zweck wurden 18 Holstein Friesian Bullenkälber von mehreren lokalen Farmen bezogen. Nach ihrer Ankunft im Veterinary Medical Teaching Hospital der Univeristy of Wisconsin in Madison wurden die Kälber in 2 Gruppen aufgeteilt. Gruppe 1 diente als Kontrollgruppe, während Gruppe 2 die Tiere umfasste, die während der folgenden 14 Tage zweimal täglich 30 ml Nonifruchtpüree per Milchaustauscher verabreicht bekamen. Zum Zeitpunkt der ersten Blutprobe, die vor der ersten Fütterung des Nonifruchtpürees genommen wurde, waren die Tiere zwischen 36 - 48 Stunden alt. Weitere Blutproben wurden an Tag 3, 7 und 14 gezogen. Um die Proliferation der isolierten Lymphozyten nach Stimulation mit Con A und PHA zu messen, wurde ein Lymphozytenproliferationstest durchgeführt. Mittels durchflusszytometrischer Untersuchungen wurde die Expression des Oberflächenmarkers CD25, der einen Teil des IL-2 Rezeptors darstellt, nach Stimulation mit Con A und PHA auf den T-Zellsubtypen CD4+, CD8+ and γδ TCR+ gemessen. Darüber hinaus wurde ein Test zur Bestimmung der phagozytären Aktivität in Vollblut gegen E. coli und Staph. epidermidis durchgeführt. Die Ergebnisse der Durchflusszytometrie zeigten einen signifikanten Anstieg der Expression des Oberflächenmarkers CD25 sowohl auf CD4+ als auch auf CD8+ T-Zellen am dritten Tag der Studie infolge von Stimulation mit Con A. Im Rahmen der Lymphozytenproliferationstests wurden keine signifikanten Erhöhungen der Lymphozytenproliferation infolge der Nonifruchtpüreeaufnahme gemessen. Für die bakterizide Aktivität von Vollblut konnte eine signifikante Erhöhung an Tag 14 gegen E. coli festgestellt werden. Außerdem ist zu erwähnen, dass sich die bakterizide Aktivität gegen E. coli im Laufe der Studie erhöht hat. Die in dieser Studie beschriebenen immunmodulatorischen Effekte infolge der Fütterung von Nonifruchtpüree an Kälber können besonders im Kontext der ökologischen Herstellung von Fleischprodukten als wichtig angesehen werden. Es sind jedoch noch weitere klinische Studien nötig, um die Mechanismen, die für die beschriebenen Effekte verantwortlich sind, zu erforschen.