Hoe genetische selectie helpt om infectieziektes uit te roeien
Met genetische selectie kunnen veehouders klauwaandoeningen, luchtwegen- en andere infectieziektes uitroeien. Tot die vaststelling kwamen twee onderzoekers, na een grootschalige studie in Nederlandse veehouderijen.
Dit is een artikel van: Eos Wetenschap
Koeiengriep, een herpesvirus dat de luchtwegen aantast, uier- en tussenklauwontstekingen en diarree veroorzaakt: infectieziektes zorgen al decennialang voor problemen in de rundveehouderij. Vroeg of laat krijgen de meeste fokkers ermee af te rekenen. En dat is niet evident, want de ziektes kunnen maandenlang circuleren.
Aan de Wageningen Universiteit houden twee onderzoekers zich al jaren met de materie bezig. Geneticus Piter Bijma richt zich vooral op de erfelijke kant van de zaak, terwijl epidemioloog Mart de Jong bestudeert welke effecten interventies hebben op de overdracht van de ziektes.
Recent publiceerden de twee wetenschappers een opmerkelijke studie, waaruit blijkt dat genetische selectie weleens de gedroomde oplossing kan zijn voor veehouderijen wereldwijd. Door gericht te selecteren kan je namelijk verschillende overdraagbare infectieziektes uitroeien, klinkt het.
In de klassieke fokkerij kijken veehouders en onderzoekers al langer naar de effecten van DNA op dieren. Maar wat volgens Bijma en De Jong dikwijls over het hoofd wordt gezien, is de belangrijke rol van het zogeheten sociaal genetisch effect.
‘Stel dat een dier een gen bezit dat bepaalt dat het agressiever gedrag vertoont,’ begint Bijma, ‘dan zal dat gedrag ook een invloed hebben op de soortgenoten in de omgeving. Kippen zullen elkaar vaker beginnen te pikken, varkens bijten meer in de staart van hun soortgenoten. Met infectieziektes gebeurt min of meer hetzelfde.’
‘Als een dier een specifiek gen bezit dat het gevoeliger maakt voor een bepaalde bacterie of een zeker virus, dan is dat dier vaker ziek. Daardoor kan het ook meer soortgenoten infecteren. En soortgenoten die zelf vatbaarder zijn voor infectieziektes raken op hun beurt vaker besmet, waardoor het risico op verdere verspreiding nog meer toeneemt. Dat is het sociaal genetisch effect: de invloed van een dier op zijn groepsgenoten.’
‘Als een dier daarentegen minder risico loopt om besmet te worden, dan is het risico ook kleiner dat het andere dieren gaat besmetten’, vult De Jong aan. ‘Dat staat los van de andere eigenschappen die het dier bezit.’
Als een dier een gen bezit waardoor het zich agressiever gedraagt, dan zullen soortgenoten ook agressiever reageren. Dat sociaal genetisch effect is groter in omgevingen met veel dieren opeen.
Kreupel door een bacterie
Die nieuwe aandacht voor het sociaal genetisch effect vinden we terug in het grootschalige onderzoek dat Bijma en De Jong opzetten naar de ziekte van Mortellaro. De aandoening komt voor bij koeien en kenmerkt zich door een infectie van de klauwspleet. In sommige gevallen kan het dier kreupel worden. Door de jaren heen ondernamen fokkers al verschillende pogingen om de infectieziekte uit te roeien. Maar tot vandaag waart ze rond in bedrijven.
Bijma en De Jong besloten om de verspreiding van de ziekte verder in kaart te brengen. Daarvoor gebruikten ze nieuwe technologieën en artificiële intelligentie. ‘Vroeger konden we misschien een honderdtal koeien op verschillende tijdstippen handmatig controleren. Vandaag kunnen we er meer monitoren, en dat 24 op 24 en 7 op 7’, zegt Bijma. ‘Zo krijgen we een veel beter beeld van de ziekte.’
Onderzoeker Floor Biemans gaf de studie mee vorm. Zij onderzocht 1.500 koeien op twaalf Nederlandse bedrijven, waar ze gemiddeld elf keer langsging. Speciale aandacht had ze voor de melkputten, om de aanwezigheid van de ziekte op te sporen. ‘De ziekte van Mortellaro verspreidt zich via de vloer. Daarom is het interessant om te weten waar de betrokken dieren zich begeven, en waar ze dus mogelijk pathogenen achterlaten’, legt Bijma uit.
De wetenschappers installeerden camera’s bij melkstations in de bedrijven, en kregen zo de klauwspleet van de koeien in beeld terwijl ze gemolken werden. Met AI analyseerden ze de beelden. Ook in de stallen werden sensors en camera’s geplaatst, om de bewegingen van de gezenderde dieren te traceren. ‘Door die ingrepen konden we perfect nagaan welke koe op welke plek de ziekte mogelijk verspreidt’, aldus Bijma.
Vrij spel voor ziekmakers
Nadat ze de berg aan data hadden geanalyseerd, kwamen Bijma en De Jong tot de vaststelling dat de ene koe de ziekte van Mortellaro minder of net meer verspreidt dan de andere koe. Dat heeft te maken met genetische verschillen. En dus ook met het sociaal genetisch effect, vonden ze.
‘Via het DNA van een dier kunnen we de erfelijke aanleg voor een bepaalde eigenschap berekenen, bijvoorbeeld de vatbaarheid van een koe voor de ziekte van Mortellaro’, zegt Bijma. Als die aanleg bekend is en het dier vatbaar blijkt, kan een veehouder voor de volgende generatie een gen toevoegen dat bescherming biedt tegen die ziekte.
Gekoppeld aan het principe van het sociaal genetisch effect krijg je dan een efficiënte methode om infectieziektes te bestrijden, denken Bijma en De Jong. Een voorbeeld: stel dat 50 procent van een populatie landbouwdieren te maken krijgt met een infectieziekte. Als de fokker vervolgens een gen toevoegt dat 5 procent bescherming biedt tegen die ziekte, dicteert het sociaal genetisch effect dat de volgende generatie netto 10 procent meer bescherming heeft.
‘Je kan dieren vaccineren zoveel je wil, als je in de selectie weinig aandacht hebt voor pathogenen geef je nieuwe varianten steeds opnieuw kansen’
‘We dachten altijd dat het effect dan ook 5 procent zou zijn’, zegt Bijma. ‘Maar als elk individu het gen heeft, blijkt dat niet 45 procent, maar slechts 40 procent van de populatie de ziekte krijgt. Het effect is dus twee keer zo groot als eerst gedacht. Bovendien wordt de winst groter naarmate de ziekte zeldzamer wordt.’
Toch lijkt het besef dat je infectieziektes kan uitroeien bij veehouders nog niet te zijn doorgedrongen, zegt Bijma. ‘Fokkers brengen nog steeds een heel lichte selectiedruk aan op ziekteverwekkers.’ Daar zit volgens de onderzoeker een groot probleem. ‘Je kan dieren vaccineren zoveel je wil, als je in de selectie weinig aandacht hebt voor pathogenen, geef je nieuwe varianten steeds opnieuw kansen.’
‘Een pathogeen doet er alles aan om te overleven. Dat wordt makkelijker als het daar enkele generaties lang de tijd voor krijgt. Het is net als bij antibiotica. Bij een te lage dosis krijg je op een bepaald moment te maken met resistentie, waardoor bacteriën aan het antibioticum ontsnappen’, zegt Bijma. ‘Fokkerijen geven pathogenen op die manier veel tijd om nieuwe mutaties te ontwikkelen’, treedt De Jong bij. ‘Dat zou kunnen verklaren waarom er niet zo heel veel verandert.’
Genetische loterij
Met genetica kom je ook maar zover. Van alle verschillen die je bij mensen en dieren kan vaststellen is maar een deel erfelijk. ‘Vaak gaat het om ongeveer 30 procent: als een koe veel melk geeft, dan is dat voor ongeveer een derde genetisch bepaald’, zegt Piter Bijma (Wageningen Universiteit). ‘Ook als een eigenschap helemaal door het DNA wordt bepaald, kunnen we op basis van de ouders niet exact voorspellen welke eigenschappen het nageslacht bezit. Dat komt doordat elke nakomeling een willekeurige steekproef van het DNA van beide ouders ontvangt.’
Die vaststelling dateert al van het midden van de 19de eeuw. In Oostenrijk kruiste de monnik Gregor Mendel zo’n vijfduizend varianten van een erwtenplant. Met zijn zorgvuldige experimenten slaagde hij erin om de wetmatigheden van de overerving van eigenschappen te doorgronden. Zo spreken we vandaag nog steeds van een mendeliaanse overerving, waarbij dominante en recessieve genen via de ouders doorgegeven worden aan het nageslacht. Terwijl Mendel zijn onderzoek beperkte tot erwten, zou later blijken dat zijn wetten ook gelden voor een groot deel van de overerving bij andere diersoorten, waaronder de mens.
Dassen vaccineren om koeien te redden
Bij infectieziektes moet er altijd een eerste geval zijn, een patient zero. ‘Een infectieziekte kan je alleen krijgen als je door een ander besmet wordt. Als er nooit een geïnfecteerd dier op een bedrijf is geweest, dan heb je er geen last van’, zegt De Jong. ‘Maar dat verandert zodra een besmet dier de ruimte betreedt. Dat geldt bij koeien voor de ziekte van Mortellaro, maar ook voor salmonella, hepatitis E, uierontstekingen en klauwproblemen.’
Dat een infectieziekte zichzelf kan introduceren in een veehouderij heeft niet alleen te maken met de lakse selectiedruk op pathogenen. Wanneer een infectieziekte niet alleen in landbouwdieren maar ook in wilde dieren circuleert, wordt het een stuk lastiger om ze uit te roeien. Hoewel rundertuberculose bij ons niet langer een probleem is, is het dat in Ierland nog steeds. ‘Daar circuleert de ziekte in het wild, wat het inderdaad moeilijker maakt om de ziekte in runderen kwijt te raken’, zegt De Jong. ‘Hier kan genetische variatie helpen, maar dan in combinatie met een programma om wilde dieren te vaccineren. Momenteel werken we mee aan een project in Ierland waarbij dassen worden gevaccineerd in een poging om de ziekte bij runderen in te dammen.’
Zowel in Ierland als het Verenigd Koninkrijk zijn dassen mee verantwoordelijk voor de verspreiding van rundertuberculose onder landbouwdieren. Wanneer de koeien buiten grazen, komen ze in contact met de uitwerpselen en urine van deze wilde dieren, wat tot een besmetting kan leiden.
‘Als bijkomende maatregel kunnen we ook de koeien zelf vaccineren, en genetische variatie kan ook een oplossing bieden’, denkt De Jong. ‘Er zijn namelijk aanwijzingen dat er voldoende genetische variatie is om dit type bacterie te bestrijden.’
Een infectieziekte in een veehouderij aanpakken vraagt snelle en gerichte acties. Bijma en De Jong pleiten voor een combinatie van maatregelen, zoals propere stallen en ontsmette vloeren.
‘Zodra een bedrijf dan vrij is van een bepaalde infectie, is het vooral opletten dat er geen dieren aangekocht worden van bedrijven met een besmet dier’, vervolgt De Jong. ‘Daarom is het belangrijk om infectievrije bedrijven in kaart te brengen. Zo kan je de verspreiding van de ziekte verder indammen en het aandeel infectievrije bedrijven verlagen.’
Van mooi naar gezond
Ondanks alles zijn Bijma en De Jong hoopvol voor de toekomst. ‘De afgelopen decennia is genetica bij veehouders een belangrijkere rol gaan spelen’, zegt Bijma.
‘Tot de jaren 1970 moest een koe vooral mooi zijn. Daar kwam verandering in toen we tot de vaststelling kwamen dat onze Fries-Hollandse koeien weinig melk gaven, beduidend minder dan Amerikaanse koeien. Al snel werden de eerste Holstein Friesian-stieren naar hier gehaald, om via gerichtere selectie de melkproductie op te drijven. En vanaf het midden van de jaren 1990 selecteren fokkers gericht op het verlagen van het risico op uierontstekingen, kreupelheid en vruchtbaarheid.’
‘Vandaag is ongeveer 40 procent van de foklijn gericht op melkproductie en 60 procent op gezondheid, levensduur en andere kenmerken. Er wordt dus al heel gericht geselecteerd en gefokt op een betere gezondheid. Voor uiergezondheid heeft dat ook goed gewerkt.’
‘Wat de fokkerij op gezondheid van landbouwdieren betreft, weten we over koeien overigens veel meer. De fokkerij gebeurt immers in coöperaties waarvan boeren onderdeel zijn. De varkens- en kippenfokkerijen zijn meer afgesloten en privé. Maar ook daar wordt meer aandacht besteed aan gezondheid, veel meer dan twintig jaar geleden. Dat is bijzonder goed nieuws.’