Mastitis is economically the most important disease and the second most important welfare issue after lameness in dairy production worldwide. Mastitis diagnosis consists of recognizing the causative pathogen and simultaneous changes in milk parameters, such as somatic cell count. Currently, 27 % of Finnish farms use automatic milking system (AMS) and more than 50 % of all milk is harvested by a milking robot. Large amounts of data are available from AMS, and they can be used to recognize and control mastitis on farms. The aim of this work was to study how different AMS data patterns describe mammary gland infection, and how they can be used in mastitis diagnosis. The most conventional parameter for diagnosing mastitis is somatic cell count (SCC) which describes the number of somatic cells per milliliter of milk. During mastitis, SCC increases, but a significant day-to-day variation is characteristic. SCC is measured in official Dairy Herd Improvement (DHI) programs, and SCC is also counted by sensors in AMS. The most common in-line measured parameter at AMS is electrical conductivity (EC). EC is measured quarter-specifically which makes it good for comparison among different quarters but there are some uncertainties associated with EC. In addition, L-lactate dehydrogenase (LDH) is an enzyme that indicates infection in different tissues and is also detectable with a sensor in some AMS. It’s less mastitis-specific than SCC, but because it has less daily variation, combined with SCC it’s currently an interesting tool for recognizing mastitis in AMS. Descriptive study was conducted using AMS data from 24 cows over 7 months from a Canadian research herd. The data were fragmented and only a few mastitis cases were included. However, the results describe the characteristics of different AMS parameters. Results showed that LDH is high especially in 1st lactation cows until 35 days after calving. As expected, LDH of mastitic cows was substantially higher compared to cows that were healthy or had non-udder illness. Interestingly, the daily variation of LDH in individual cows appears to be greater than expected.

Suomessa kutunmaidon tuotanto on pienimuotoista ja eläinmäärä vähäinen lypsylehmiin verrattuna. Tuottajille utaretulehdukset aiheuttavat taloudellisia tappioita, minkä lisäksi erityisesti piilevät eli subkliiniset utaretulehdukset heikentävät meijeriin päätyvän maidon laatua. Piilevien utaretulehdusten aiheuttajia kutuilla on selvitetty viimeksi Suomessa vuonna 1990, jolloin näytteissä on havaittu yksinomaan stafylokokkeja. Lypsykutuilla ei olla myöskään saatu yksiselitteistä vastausta korkean soluluvun ja utareen tulehdustilan väliseen yhteyteen, sillä aiheesta tehdyt tutkimukset ovat ristiriidassa keskenään. Kutunmaidon soluluku voi olla alhainen tulehtuneessa utarepuolikkaassa ja toisaalta korkea terveessä utarepuolikkaassa. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää korkean soluluvun yhteyttä piilevien utaretulehdusten esiintymiseen samalla, kun tutkitaan tyypillisimpiä piilevien utaretulehdusten aiheuttajia ja niiden esiintyvyyttä (l. prevalenssia). Hypoteesina oli, että suurin osa taudinaiheuttajista olisi KNS-bakteereita, minkä lisäksi karjassa esiintyisi Staphylococcus aureus ja Streptococcus spp. -bakteereita. Työssä suoritettiin poikittaistutkimus yhdellä suurella lypsykuttutilalla. Tilalta kerättiin satunnaistetulla otoksella lypsykutuilta maitonäytteitä (n=118), joissa bakteeriviljelyllä diagnosoitiin näytteissä esiintyneet taudinaiheuttajat. Tutkituilta eläimiltä mitattiin soluluku solutestillä sekä DeLaval DCC solulaskurilla. Näytteiden perusteella piilevien utaretulehdusten esiintyvyydeksi saatiin 9,3%. Esiintyvyys on kansainvälisesti alhainen. Näytteenotto on suoritettu vain yhdeltä tilalta, mikä heikentää tuloksen yleistettävyyttä koko maan tautitilanteeksi, sillä aiemmissa tutkimuksissa on saatu suurta karjakohtaista vaihtelua esiintyvyydessä tilojen hygieniatason mukaan. Suurin osa (82%) taudinaiheuttajista oli KNS-bakteereita ja loput (18%) Enterococcus spp. -bakteereita. Tämä ei vastannut täysin hypoteesia, sillä S. aureus ja Streptococcus spp. -bakteereita ei esiintynyt näytteissä lainkaan. Oli kuitenkin odotusten mukaista, että KNS-bakteereita esiintyi näytteissä eniten. Streptococcus spp. -bakteerin esiintyminen on kirjallisuudessa yhdistetty erityisesti makuualustojen huonoon hygieniaan, joten sen puuttuminen tuloksista voi olla karjakohtaisesta hyvästä hygieniasta johtuvaa. Tuloksissa korkea soluluku oli huonosti yhteydessä utareen tulehdustilan kanssa, mikä on linjassa aiempien eli edelleen ristiriitaisten tutkimustulosten kanssa. Soluluvun käyttökelpoisuus kuttujen utaretulehduksen diagnostiikassa jää edelleen kyseenalaiseksi. Tämän perusteella jää edelleen tarve toimivalle edulliselle testille, jolla voitaisiin seuloa kuttujen piileviä utaretulehduksia esimerkiksi lypsyn yhteydessä.

Bakteerien lisääntyvä mikrobilääkeresistenssi on ajankohtainen ja tutkimuksen kohteena oleva aihe, mistä käydään keskustelua jatkuvasti. Tämä lisensiaatintyö sisältää kirjallisuuskatsauksen ja kokeellisen osan. Kirjallisuuskatsauksen aihe on stafylokokit, niiden merkitys utaretulehduksen aiheuttajana, stafylokokkien mikrobilääkeresistenssi ja resistenssin takana olevat geenit. Kokeellisessa osassa kartoitettiin mikrobilääkeresistenssin esiintymistä utaretulehdusta aiheuttavilla stafylokokeilla, bakteerien genomissa olevia resistenssigeenejä sekä geenien ja herkkyystestauksen yhtenevyyttä. Tutkimushypoteesi oli, että stafylokokkien genomista löytyy useita resistenssigeenejä ja stafylokokeilla esiintyy mikrobilääkeresistenssiä. Työn tarkoitus oli selvittää stafylokokkien genotyypin yhtenevyyttä fenotyyppiin. Aineisto (24 stafylokokki-isolaattia) on kerätty neljännesmaitonäytteistä vuosina 1999-2002. Isolaatit on kokogenomisekvensoitu aikaisemmassa tutkimuksessa. Puolet stafylokeista oli aiheuttanut subkliinisen ja puolet kliinisen utaretulehduksen. Tähän tutkimukseen kuului genomisekvensoinnista saatujen tietojen hyödyntäminen, herkkyystestauksen teko isolaateille ja tiedon analysointi. Stafylokokkien genomeista löytyi resistenssigeenejä. Kaikilta stafylokokeilta löytyi basitrasiiniresistenssiä koodaava geeni. Yhdellä Staphylococcus aureus isolaatilla (nro. 9) oli penisilliiniresistenssiä koodaava geeni. Yhdellä Staphylococcus simulans -isolaateilla (nro. 113) oli beetalaktaamiresistenssiä koodaava geeni. Herkkyystestauksessa valtaosa isolaateista (13/24) oli herkkiä kaikille tutkituille mikrobilääkkeille. Yksi Staphylococcus aureus -isolaatti (nro. 9) oli resistentti penisilliinille ja gentamisiinille kliinisen raja-arvon mukaan. Lisäksi isolaatti oli resistentti oksasilliinille, kefalotiinille ja klindamysiinille epidemiologisen raja-arvon mukaan. Staphylococcus simulans -isolaateista kaksi (nro. 113 ja 116) oli resistenttejä oksasilliinille kliinisen raja-arvon mukaan. Suurin osa resistenssigeeneistä ei ilmennyt herkkyystestauksessa. Osalla isolaateista kuitenkin oli mikrobilääkettä koodaava resistenssigeeni ja kyseisen mikrobilääkkeen MIC-arvo oli korkeampi kuin niillä isolaateilla, joilla ei ollut ko. geeniä. Tutkimuksen johtopäätös on, että utaretulehduksesta eristetyt stafylokokit ovat valtaosin herkkiä utaretulehduksen hoidossa käytetyille mikrobilääkkeille. Sen sijaan muita mikrobilääkeresistenssigeenejä on jonkin verran.

Stafylokokit ovat yleisimmät utaretulehduksen aiheuttajat naudalla. Koagulaasipositiivinen Staphylococcus aureus on perinteisesti käsitelty erikseen ja koagulaasinegatiiviset stafylokokit (KNS) yhtenä ryhmänä. Utaretulehdusta aiheuttavia KNS-lajeja on useita ja ne eroavat toisistaan taudinaiheutuskyvyltään, epidemiologialtaan ja mikrobilääkeresistenssiltään. Mikrobilääkkeitä käytetään bakteeritulehduksien hoitamiseen. Bakteerien resistenssi mikrobilääkkeille on maailmanlaajuinen ongelma ja vaikeuttaa infektioiden hoitamista eläimillä ja ihmisillä. Stafylokokeilla yleisin mikrobilääkeresistenssi on beetalaktamaasin tuottoon perustuva penisilliiniresistenssi. Penisilliini on Suomessa yleisin eläinlääkintään myytävä mikrobilääke ja sitä suositellaan penisilliiniherkkien stafylokokkien aiheuttamien utaretulehduksien hoitamiseen. Stafylokokit ovat yleisiä taudinaiheuttajia myös ihmisillä. Lähikontaktissa stafylokokit voivat siirtyä nautojen ja ihmisten välillä. Metisilliiniresistentit stafylokokit, kuten MRSA (metisilliiniresistentti Staphylococcus aureus) ja MRSE (metisilliiniresistentti Staphylococcus epidermidis), voivat naudalla esiintyessään muodostaa uhan myös ihmisten terveydelle. Stafylokokkibakteerit voivat mahdollisesti toimia resistenssigeenien reservuaarina. Monet resistenssigeenit voivat siirtyä stafylokokeilla bakteerikannasta toiseen, stafylokokkilajista toiseen sekä myös stafylokokkien ja muiden bakteerisukujen välillä. Tähän lisensiaatintutkielmaan sisältyy kirjallisuuskatsaus ja tutkimusosuus. Kirjallisuuskatsauksessa perehdytään aiempiin tutkimuksiin utaretulehdusmaidosta eristettyjen stafylokokkien mikrobilääkeresistenssistä Suomessa ja maailmalla sekä penisilliiniresistenssin mekanismeihin ja penisilliiniresistenssin toteamiseen stafylokokki-isolaateilta. Tutkimusosuudessa tavoitteena oli selvittää Suomessa vuonna 2017 otetuista utaretulehdusmaitonäytteistä eristettyjen stafylokokkien mikrobilääkeresistenssi sekä KNS-isolaattien lajijakauma. Lisäksi tavoitteena oli tilastollisten analyysien avulla arvioida kaupallisella PCR-testillä (PathoProof™ Mastitis PCR Complete-16 Assay, Thermo Fisher Scientific, Waltham, Yhdysvallat) todetun blaZ-geenin sekä kiekkodiffuusiomenetelmällä todetun ilmiasullisen penisilliiniresistenssin välistä yhteyttä. Stafylokokkilajien tunnistamiseen käytettiin massaspektrometristä MALDI-TOF MS -menetelmää (Bruker Maldi Biotyper, Bruker Daltonics Scandinavia AB, Solna, Ruotsi). Mikrobilääkeherkkyys tutkittiin kiekkodiffuusiomenetelmällä. Tilastollisissa analyyseissä beetalaktamaasigeenin ja ilmiasullisen penisilliiniresistenssin yhteydestä käytettiin McNemarin-testiä ja Kappa-arvoa. Yleisimmät maitonäytteistä eristetyt KNS-lajit olivat S. epidermidis, Staphylococcus simulans, Staphylococcus haemolyticus ja Staphylococcus chromogenes. Yleisin mikrobilääkeresistenssi oli penisilliiniresistenssi. S. aureus -isolaateista noin 11 % ja KNS-isolaateista noin 30 % oli resistenttejä penisilliinille. S. aureus -isolaateilla penisilliiniresistenssiä esiintyi vähemmän ja KNS-isolaateilla lähes saman verran kuin aiemmissa tutkimuksissa Suomessa. KNS-lajien välillä oli suuria eroja penisilliiniresistenssin yleisyydessä. Eniten penisilliiniresistenttejä isolaatteja esiintyi S. epidermidis -lajissa. S. aureus -isolaateista 3 % ja KNS-isolaateista 10 % oli resistenttejä oksasilliinille. Kefoksitiiniresistenttejä isolaatteja esiintyi vähemmän kuin oksasilliiniresistenttejä isolaatteja. Resistenssi muita tutkittuja mikrobilääkkeitä kohtaan oli vähäistä. PCR-menetelmällä blaZ-geenin kantajiksi todettujen S. aureus- ja KNS-isolaattien lukumäärät erosivat tilastollisesti merkitsevästi kiekkodiffuusiomenetelmällä penisilliiniresistenteiksi todettujen isolaattien lukumäärästä. Negatiivisten tulosten yhtenevyys oli parempi kuin positiivisten. PCR-testissä blaZ-geenin kantajiksi todetuista S. aureus -isolaateista puolet ja KNS-isolaateista kolmasosa oli penisilliiniherkkiä kiekkodiffuusiomenetelmässä.

Streptococcus uberis on yksi yleisimmistä nautojen kliinisiä ja piileviä utaretulehduksia aiheuttavista bakteereista niin Suomessa kuin maailmallakin. Viime vuosina S. uberis -utaretulehdusten paranemisennusteen on havaittu heikentyneen, minkä vuoksi kiinnostus sen mikrobilääkeherkkyyttä kohtaan on lisääntynyt. Tämän tutkielman tavoitteena on perehtyä kirjallisuuskatsauksessa S. uberikseen utaretulehdusten aiheuttajana, sekä sen mikrobilääkeherkkyyteen ja tutkimusosuudessa selvittää S. uberiksen mikrobilääkeherkkyyttä kuudelle mikrobilääkkeelle kiekkoherkkyysmenetelmällä. S. uberis on gram-positiivinen kokkibakteeri, joka aiheuttaa sekä kliinisiä että piileviä utaretulehduksia naudoilla. Sen esiintymiseen tiloilla vaikuttavat etenkin ympäristöolosuhteet ja lypsyhygienia. Tämän vuoksi S. uberiksen aiheuttamien utaretulehdusten välttämiseksi on tärkeää kiinnittää huomiota juuri näihin tekijöihin lehmien elinympäristössä. Vähentämällä utaretulehdusten määrää voidaan vähentää myös niiden hoitoon käytettävien mikrobilääkkeiden määrää ja siten pystytään laskemaan mikrobilääkeresistenttien bakteerikantojen valikoitumispainetta. Bakteerien mikrobilääkeresistenssi on vakava ongelma, joka on lisääntynyt viime vuosina. Resistenttien kantojen määrä lisääntyy, kun bakteereja altistetaan toistuvasti mikrobilääkkeille ja siten muodostetaan valintapainetta, jossa resistentit bakteerit selviävät ja herkät kuolevat. Tämän vuoksi mikrobilääkkeiden liiallista käyttöä tulisi välttää. S. uberiksella on tavattu mikrobilääkeresistenssiä penisilliinille, oksasilliinille, tetrasykliinille ja erytromysiinille. Mikrobilääkeresistenssiä koodaavat erilaiset geenit ja geeniyhdistelmät, joita voivat aiheuttaa spontaanit geenimutaatiot tai geneettisen materiaalin siirtyminen bakteerilta toiselle. Suomessa S. uberiksen aiheuttamaa utaretulehdusta on suositeltu hoidettavan bentsyylipenisilliinillä paikallishoitona. Erilaisia tutkimuksia erilaisten mikrobilääkehoitojen tehosta S. uberis -utaretulehdusta vastaan on tehty, samoin kuin mikrobilääkehoitojen yhdistämisestä muihin lääkehoitoihin. Näissä tutkimuksissa utareen sisäinen intramammaarihoito on todettu tehokkaimmaksi. Paranemisennusteen on havaittu kohoavan yhdistämällä intramammaarihoitoon tulehduskipulääkkeitä tai nostamalla mikrobilääkkeen annosta suositellusta. Tällä hetkellä penisilliini vaikuttaisi olevan tehokas hoitomuoto S. uberis -utaretulehdusta vastaan. Työn tutkimusosuudessa selvitettiin utaretulehdusmaitonäytteistä eristettyjen S. uberis -isolaattien mikrobilääkeherkkyyttä. Aineisto koostui 65 isolaatista, joista 41 oli eristetty Helsingin yliopiston Tuotantoeläinsairaalan alueella kerätyistä maitonäytteistä ja 24 Valio Oy:n laboratorioon lähetetyistä maitonäytteistä. Mikrobilääkeherkkyyttä tutkittiin G-penisilliinille, oksasilliinille, keftiofuurille, kefoksitiinille, enrofloksasilliinille, tetrasykliinille ja gentamisiinille kiekkoherkkyysmenetelmällä. Tutkituista S. uberis -isolaateista kaikki olivat herkkiä G-penisilliinille, mikä viittaisi siihen, että penisilliiniä voidaan pitää edelleen tehokkaana mikrobilääkkeenä S. uberis -utaretulehduksen hoidossa. Muista betalaktaameista S. uberis havaittiin herkäksi kefoksitiinille ja keftiofuurille, mutta 36,9 % isolaateista oli resistenttejä oksasilliinille. Kaikki tutkitut isolaatit todettiin herkiksi enrofloksasilliinille. Lisäksi isolaateista 26,2 % havaittiin resistenteiksi tetrasykliinille. Resistenssimäärät ovat hieman vähäisempiä kuin muualla Euroopassa havaitut. Streptokokit ovat luonnostaan resistenttejä gentamisiinille, mitä tämän tutkimuksen tulokset tukevat.

Utaretulehdus on suurin taloudellisten menetysten aiheuttaja lypsykarjatiloilla. Piileviä utaretulehduksia on jo pitkään hoidettu eri puolilla maailmaa umpihoidoilla umpeenpanon yhteydessä. Umpihoidon tavoitteena on vähentää maitorauhasessa jo olemassa olevien infektioiden määrää ja estää uusien infektioiden syntymistä ummessaolokaudella. Mikrobilääkeresistenssin lisääntymisen myötä myös umpihoidoissa käytettyjen mikrobilääkkeiden käyttöä on pyritty vähentämään. Yhtenä keinona on käytetty selektiivistä umpihoitoa, jossa hoidetaan vain diagnosoidut tai epäillyt tulehdusneljännekset tai -lehmät. Selektiivinen umpihoito on ollut Pohjoismaissa aina suositeltu hoitotapa, mutta muualla maailmassa tähän on alettu vasta pyrkiä. Tämän kirjallisuuskatsauksen tavoitteena oli selvittää, miten paljon utaretulehduksia esiintyy umpeenpanon yhteydessä ja myöhemmin umpikauden aikana. Lisäksi tavoitteena oli selvittää, mitkä ovat tyypillisimmät umpikauden aikana utareessa tulehduksia aiheuttavat patogeenit, ja miten erityisesti selektiivinen umpihoito ja vedintulpat kirjallisuuden mukaan vaikuttavat näiden patogeenien aiheuttamien tulehdusten paranemiseen ja ehkäisemiseen ummessaolokauden aikana. Utareessa tapahtuu ummessaolokauden aikana useita muutoksia, joista osa suojaa utaretta patogeeneilta. Utareen normaaleihin suojamekanismeihin kuuluu esimerkiksi laktoferriinipitoisuuden suureneminen umpikauden utareen eritteessä, mikä heikentää joidenkin patogeenien lisääntymismahdollisuuksia utareessa. Vedinkanavaan kehittyvä keratiinitulppa suojaa myös utareneljännestä ympäristöperäisiltä taudinaiheuttajilta, mutta korkeatuottoisilla lehmillä tulpan muodostuminen voi kestää pitkään tai se voi jopa jäädä kokonaan muodostumatta. Utaretulehduksen kehittymiseen ummessaolokaudella vaikuttavat useat eläimeen, patogeeniin ja ympäristöön liittyvät tekijät, kuten eläimen poikimakerta, maitotuotos umpeutushetkellä, vetimen kuntoon liittyvät tekijät, patogeenin tartunnallisuus ja ympäristön tartuntapaine. Utare on hyvin herkkä uusille infektioille ummessaolokauden alussa ja juuri ennen poikimista. Utaretulehduksia esiintyy tutkimusten mukaan hyvin vaihtelevasti umpeenmennessä ja myöhemmin ummessaolokaudella. Infektoituneiden neljännesten osuus umpeenmennessä vaihtelee kirjallisuuden mukaan noin 11-50 % välillä. Tyypillisiä umpeenmenevien neljännesten infektion aiheuttajia ovat piilevänä utaretulehduksena tavallisesti esiintyvät minor-patogeenit eli koagulaasinegatiiviset stafylokokit (KNS) ja korynebakteerit. Uusia infektioita umpikaudella aiheuttavat tyypillisesti ympäristöperäiset taudinaiheuttajat, kuten Streptococcus uberis ja koliformiset bakteerit. Uusien infektioiden osuus vaihtelee tutkimuksissa 3,9-20 % välillä. Hoitovaihtoehdot on järkevää harkita jokaisen mastiittipatogeenin kohdalla erikseen. Esimerkiksi KNS:ille on tyypillistä neljänneksen spontaani paraneminen ummessaolokauden aikana. Penisilliiniresistenttien Staphylococcus aureusten aiheuttamien infektioiden paranemisennuste on huono ja niiden hoitaminen kloksasilliinilla tai ensimmäisen polven kefalosporiineilla voi edistää metisilliiniresitenttien kantojen muodostumista. Umpihoidon valintaperusteet kannattaa laatia tilakohtaisesti osana lypsykarjatilan terveydenhuoltosuunnitelmaa. Selektiivistä umpihoitoa lehmille suunniteltaessa päätös hoidettavista lehmistä kannattaa perustaa tilakohtaisesti lehmän aiempaan utaretulehdushistoriaan, tuotosseurannan koelypsytietoihin, maidon neljänneskohtaiseen solulukuun ja bakteriologiseen maitonäytetutkimustulokseen.