W pierwszym z serii artykułów poświęconych zespołowi CattleEye przyglądamy się, w jaki sposób weterynarz z północnoirlandzkiego gospodarstwa rolnego przekształcił swoją fascynację najbardziej imponującym „sportowcem metabolicznym” świata w przełomowe badania, które pomagają na nowo zdefiniować nasze rozumienie zdrowia krów mlecznych
Kiedy Nial O’Boyle ukończył studia doktoranckie z fizjologii metabolicznej na Uniwersytecie w Nottingham, miał już za sobą lata spędzone na badaniu mikroskopijnych „elektrowni”, które zasilają każdą żywą komórkę. Jednak jego droga do zrozumienia funkcji mitochondriów rozpoczęła się kilkadziesiąt lat wcześniej na gospodarstwie mieszanym pod Ballymeną, gdzie po raz pierwszy obudziła się w nim naturalna ciekawość dotycząca biologii zwierząt.
“I was always interested in biology. Just the curiosity of what makes this happen? Why did this happen?”
Nial, CattleEye’s Product Director
Ta dziecięca ciekawość, którą lekceważył doradca zawodowy, mówiąc mu, że ma „szanse jak śnieżka w piekle” na dostanie się do szkoły weterynaryjnej, ostatecznie zaprowadziła go przez różne kontynenty i pozwoliła mu zagłębić się w mechanizmy komórkowe zwierzęcia o najbardziej imponującym metabolizmie na świecie – współczesnej krowy mlecznej.
Cud metabolizmu
Zainteresowanie Niala krowami mlecznymi nie ma charakteru romantycznego – jest czysto matematyczne. Kiedy analizuje, ile dziennie osiąga wysokowydajna krowa rasy Holstein, liczby są oszałamiające.
“A dairy cow giving 50 kilos of milk, which isn’t extraordinary for peak cows, produces 6.5 kilos of dry food equivalent,” he explains. “If you convert that to muscle tissue at 25% dry matter, that’s equivalent to an animal gaining 26.5 kilos of muscle per day.”
Aby to lepiej zobrazować, żadne inne ssak nie zbliża się nawet do tego metabolicznego wyczynu. „Są ptaki wędrowne i inne stworzenia, które robią wrażenie, ale krowa mleczna, z metabolicznego punktu widzenia, jest najbardziej imponującym zwierzęciem na świecie”.
Jednak ta niezwykła wydajność ma swoją cenę. „Niestety, co druga krowa cierpi po wycieleniu na jakąś chorobę lub zaburzenie metaboliczne, a żadne inne ssaki nie zbliżają się nawet do takich statystyk”.
Od praktyki do doktoratu
Droga Niala do zrozumienia tego paradoksu rozpoczęła się dość tradycyjnie – od pracy w mieszanej praktyce w Cheshire, gdzie leczył typowe przypadki gorączki mlecznej, porody cieląt i rutynowe dolegliwości. Jednak staż z zakresu zarządzania w stanie Michigan pozwolił mu zapoznać się z czymś zupełnie innym: gospodarstwami mleczarskimi działającymi na skalę przemysłową, gdzie wszystko było pod kontrolą, z wyjątkiem chorób.
“When I went to a dairy where everything was under the same management, the same nutrition, you began to see some things were quite well controlled, but with the same kind of metabolic diseases all the time,” he recalls. “There was just cows on what felt like a metabolic knife edge really. Didn’t matter what you did, they would kind of fall down.”
Ta obserwacja nie dawała mu spokoju przez lata, kiedy zarządzał gospodarstwami liczącymi wiele tysięcy krów na Środkowym Zachodzie Stanów Zjednoczonych. Pomimo tego, że z wojskową precyzją kontrolował żywienie, warunki bytowe i opiekę weterynaryjną, ten sam zestaw chorób – ketoza, przemieszczenie trawieńca, zapalenie macicy, zapalenie gruczołu mlekowego – nadal się utrzymywał.
“I really was interested in this link between energy shift post-calving and immunity,” he says. “The mitochondria is known as the powerhouse of the cell, but it’s also very linked with how cells live or die and immunity.”
Przewaga miliarda lat
Badania Niala dotyczą biologii ewolucyjnej sięgającej miliardów lat wstecz. Jak wyjaśnia, mitochondria były niegdyś wolno żyjącymi bakteriami, które połączyły się z wczesnymi komórkami, tworząc jedno z najbardziej udanych partnerstw w historii ewolucji.
„Mitochondria zachowały własne DNA i przekazały część zadań związanych z budową swojej struktury jądru komórkowemu, ale zachowały część kluczowego DNA” – mówi. „To mitochondrialne DNA pochodzi od matki – nie można go odziedziczyć po ojcu. Jeśli mitochondrialne DNA i jądrowe DNA nie są wystarczająco zgodne, nie można istnieć”.
To odwieczne współdziałanie nabiera kluczowego znaczenia, gdy krowy mleczne przechodzą metaboliczną transformację po wycieleniu. W odróżnieniu od innych ssaków krowy mleczne muszą natychmiast przekierować ogromne ilości glukozy na produkcję mleka, podczas gdy pozostałe tkanki dostosowują się do alternatywnych źródeł energii.
„Wszystkie ssaki stają się oporne na insulinę, ponieważ muszą kierować glukozę do gruczołu sutkowego w celu produkcji mleka” – wyjaśnia. „Jednak ilość mleka, do produkcji której wyhodowaliśmy krowy mleczne, jest oszałamiająca. Kilogramy glukozy muszą szybko trafić do gruczołu mlecznego, a nagle wszystkie pozostałe komórki muszą przystosować się do innych źródeł energii”.
Łączenie nauki z praktyką dzięki CattleEye
Obecnie, pełniąc funkcję dyrektora ds. produktów w firmie CattleEye, Nial wykorzystuje swoją dogłębną wiedzę z zakresu fizjologii metabolicznej do rozwiązywania rzeczywistych wyzwań stojących przed rolnictwem. System monitorowania oparty na sztucznej inteligencji stanowi właśnie ten rodzaj technologii wczesnej interwencji, która – jak wskazują wyniki jego badań – może zapobiegać kaskadowym reakcjom metabolicznym niszczącym gospodarstwa mleczne.
„W czasie pandemii COVID siedziałem w domu i oglądałem obraz z 32 różnych kamer monitorujących, bo nie mogłem pojechać do gospodarstwa mlecznego” – wspomina. „Pomyślałem, że musi być jakieś lepsze rozwiązanie. Wtedy właśnie usłyszałem o CattleEye”.
Zdolność tej technologii do wykrywania kulawizny na 23 dni przed pojawieniem się widocznych objawów idealnie wpisuje się w wyniki jego badań, zgodnie z którymi profilaktyka jest lepsza niż leczenie. „Gdy choroba już się pojawi, krowy są zawsze bardziej podatne na jej nawrót. Trudno im utrzymać dobry stan zdrowia” – wyjaśnia. „To kolejny argument przemawiający za profilaktyką”.
Podejście firmy CattleEye, które nie wymaga stosowania sprzętu, jest szczególnie atrakcyjne dla osób zarządzających dużymi gospodarstwami w wielu krajach. System nie wymaga stosowania znaczników, bolusów ani urządzeń noszonych na ciele – wystarczą proste kamery, które płynnie integrują się z istniejącą infrastrukturą, zapewniając jednocześnie całodobowy monitoring, pozwalający zaoszczędzić nawet 175 funtów rocznie na każdej krowie.
„Prostota tej technologii ma kluczowe znaczenie dla jej szerokiego zastosowania” – zauważa, opierając się na swoim doświadczeniu w zarządzaniu zróżnicowanymi zespołami. „Możliwość zidentyfikowania właściwych krów we właściwym czasie ma kluczowe znaczenie, niezależnie od tego, czy hoduje się 4 000 krów, czy 300”.
Wyzwanie związane z komunikacją
Jedna z najbardziej odkrywczych refleksji Niala wynika z jego doświadczeń menedżerskich zdobytych w Ameryce, gdzie nauczył się hiszpańskiego, pracując ramię w ramię z pracownikami z Meksyku i Gwatemali. Jednak ten przełomowy moment nie miał nic wspólnego z językiem.
„Rozmawiałem z ich opiekunem cieląt – spędzał czas na mrozie z cielętami i większość pracy wykonywał samodzielnie. Wróciłem z wizyty w miejscu, do którego trafiły cielęta, i powiedziałem mu, że Amisze są naprawdę zadowoleni z jego pracy. Prawie się rozpłakał, bo nigdy wcześniej nie słyszał takiej opinii” – wspomina Nial.
„Był to wysoki, krępy mężczyzna, a w jego oczach zebrały się łzy. Powiedział: »Och, dziękuję. Nikt mi tego jeszcze nigdy nie powiedział«. A pracował tam prawdopodobnie co najmniej 10 lat”.
To doświadczenie ukształtowało jego filozofię zarządzania: „Zorganizowałem spotkanie i zaprosiłem mnóstwo tych ludzi, żeby zobaczyli kolejny etap, na którym znajdowały się cielęta. Bardzo ważne jest, by pomóc ludziom dostrzec, czym się zajmują, i poczuć, że są częścią czegoś większego”.
Od nauki do praktycznego zastosowania
Jego badania przyniosły już praktyczne wnioski, które wpisują się w misję firmy CattleEye, polegającą na poprawie zdrowia stada poprzez wczesne wykrywanie problemów. „Bardzo interesowały mnie diety o wyższej zawartości białka i niższej zawartości skrobi. Kiedy je wypróbowaliśmy, liczba problemów metabolicznych wydawała się naprawdę maleć, a krowy zaczęły zużywać mniej tłuszczu”.
To skupienie się na zapobieganiu, a nie na leczeniu, stanowi podstawę zarówno jego badań, jak i podejścia firmy CattleEye. Zdolność systemu sztucznej inteligencji do zapewnienia obiektywnego i spójnego codziennego monitorowania pozwala sprostać podstawowemu wyzwaniu, które zidentyfikował w dużych gospodarstwach – ludzkim ograniczeniom w wykrywaniu problemów we wczesnym stadium.
„Dzięki genomice sam potencjał genetyczny tej krowy i to, co może osiągnąć, są fenomenalne” – mówi o współczesnej krowie rasy Holstein. „Jako branża powinniśmy to bardziej doceniać. Genetycznie jest w stanie spełnić każde nasze oczekiwania – musimy tylko nauczyć się zadawać właściwe pytania”.
CattleEye stanowi jeden ze sposobów zadawania tych lepszych pytań – wykorzystuje sztuczną inteligencję do zapewnienia ciągłej obserwacji na poziomie eksperckim, której wymagają nowoczesne gospodarstwa mleczne, jednocześnie zmniejszając zapotrzebowanie na siłę roboczą i poprawiając warunki dobrostanu zwierząt.
Obrona Holsteina
Pomimo badań nad chorobami dotykającymi współczesne krowy mleczne, Nial pozostaje zagorzałym obrońcą zarówno rasy holenderskiej, jak i przemysłu mleczarskiego. Jego obliczenia wskazują na wydajność, którą krytycy ekologiczni często pomijają.
“If you increase a cow’s productive life from third to fifth lactation, you can reduce the carbon footprint by 40%. There’s no other source of protein that the dairy cow can’t match for efficiency.”
Jego ulubiona rasa krów ewoluowała wraz z jego wiedzą. „Teraz znów skłaniałbym się ku rasie holenderskiej, ponieważ biorąc pod uwagę czynniki genetyczne w połączeniu z liczebnością populacji i jej różnorodnością – rasa holenderska po prostu wygrywa. Dzięki genomice sam potencjał genetyczny tej rasy i to, co może ona osiągnąć, są fenomenalne”.
Z niecierpliwością czekamy na przyszłość
Droga Niala od ciekawskiego chłopca z farmy do badacza komórek pokazuje, jak najlepsze osiągnięcia nauk rolniczych wywodzą się z rzeczywistych trudności praktycznych. Jego badania sugerują, że zrozumienie funkcji mitochondriów może otworzyć drogę do rozwiązań najtrudniejszych wyzwań stojących przed hodowlą bydła mlecznego.
„Lepiej zapobiegać niż leczyć, ale nawet jeśli choroby już się pojawią, krowy są zawsze bardziej podatne na ich ponowne wystąpienie. Trudno im utrzymać dobrą kondycję” – zauważa. „To dodatkowo podkreśla znaczenie profilaktyki”.
Niezależnie od tego, czy chodzi o żywienie, hodowlę, czy strategie zarządzania oparte na wiedzy z zakresu biologii komórkowej, Nial uważa, że odpowiedzi na wyzwania metaboliczne w hodowli bydła mlecznego leżą w zrozumieniu odwiecznego współdziałania między komórkami a ich bakteryjnymi „elektrowniami”.
„Krowa mleczna to naprawdę niesamowite zwierzę” – zauważa. „Jako branża powinniśmy to bardziej doceniać. Genetycznie jest w stanie zrobić wszystko, czego od niej oczekujemy – musimy tylko nauczyć się zadawać właściwe pytania”.
[Artykuł ten powstał na podstawie niedawnego wywiadu z Nialem przeprowadzonego przez MacVet Podcast – firmę konsultingową wspierającą rozwój skutecznej komunikacji między weterynarzami a ich klientami. Odcinek z udziałem Niala można odsłuchać, korzystając z tego linku.].
