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Die Macht der Winzigkeit – Kälber auf Erfolg programmieren!

Seit rund 30 Jahren weiß man um die Möglichkeit, den Stoffwechsel lebenslang “programmieren” zu können. Was damals aus Untersuchungen und Erfahrungen im Pädiatriebereich, also in der Kinderheil- und -ernährungskunde für bahnbrechende Erkenntnisse sorgte, schwappte in den Folgejahren in den Kälberbereich über und sorgt seitdem für Staunen, aber vor allem für nachhaltige wirtschaftliche Erfolge. Dies war auch das Thema unseres letzten Milchpraxis-Webinars Mitte Januar 2021.

Autoren: Dr. Peter Zieger und Dr. Christian Koch

Dieser Artikel erschien in der Milchpraxis 1/2021. Abonnenten der Milchpraxis können diesen Artikel auch jederzeit online lesen.

Bis dato galt die Ansicht, dass die Genetik von Geburt an über das Genom festgelegt ist und dass ungünstige Umweltbedingungen nicht das ganze Potential der Erbinformation zur Geltung bringen. Das war und ist auch nicht gänzlich falsch, nur wissen wir heute, dass Erbinformationen durch Umweltbedingungen nachhaltig beeinflusst werden können. So können in frühen, sensiblen und prägenden Wachstumsphasen “positive” Merkmale durch Managementmaßnahmen beeinflusst werden, die sich im “Phänotyp”, z. B. in der späteren Milchleistung oder der Krankheitsanfälligkeit manifestieren können.

Das Fachgebiet der “Epigenetik” (griech. epi=dazu und Genetik) war geboren. Den Anfang machte die metabolische Programmierung, deren Effekte damals um die Wochen vor und nach der Geburt taxiert wurden. Die Haupterkenntnis war dabei, dass die mütterliche Ernährung das Kalb unter Umständen lebenslang beeinflussen kann.

Grundlagen der Genetik

Man erforschte, dass bei der Zellteilung und der Aufteilung und Weitergabe der DNA kleine “Lesezeichen” eingebaut werden. Dabei handelt es sich um so genannte Methylgruppen (NH-Moleküle), die die Wirkung von Genen verstärken oder blockieren können. Weitere epigenetische Effekte sind in der Veränderung von Histonen zu suchen, wodurch die Aktivität von Genen beeinflusst werden kann. Diese Histone bilden das Gerüst, um die die DNA spiralförmig und damit sehr platzsparend in der Körperzelle aufgewickelt ist. Als dritten bislang bekannten Mechanismus hat man auch eine Verkürzung durch vermehrten Abbau bzw. Veränderungen der Telomere (Enden der Chromosomen) an den Chromosomen erkannt.

Im Laufe der Zeit erkannte man weiterhin, dass diese “Lesezeichen” auch selbst ihrerseits vererbt und an die Folgegenerationen weitergegeben werden können, obwohl der genetische Code (Basenabfolge in der DNA) “unter dem Mikroskop” unverändert aussieht.

Biestmilch – das “Doping” der metabolischen Programmierung

Den Startpunkt und die Entdeckung der Biestmilch als größter “Einzelfaktor” im Bereich der metabolischen Programmierung markierte eine amerikanische Studie im Jahre 2005 an 68 weiblichen Braunviehkälbern, die vollkommen identisch aufgezogen und über zwei Laktationen in der Folge beobachtet werden konnten.

Der einzige Unterschied zwischen den beiden Gruppen (jeweils 34 Kälber) war die erste Biestmilchgabe von 2 bzw. 4 Liter gutem Kolostrum. Bereits bis zum Absetzen waren die 4 Liter-Kälber deutlich robuster und verursachten im Schnitt fast 15 Dollar weniger Gesundheitskosten und sie erreichten das Erstkalbealter rund zwei Wochen früher. Das Entscheidende aber war: Über zwei Laktationen hinweg erzielten die “4 Liter-Kälber” 0,9 kg mehr Milch pro Tag als die 2 Liter-Kälber. Die Fachwelt war begeistert und überall wurde der Versuch “nachgebaut” und die Ergebnisse zeigten in über 90 % der Fälle ein positives Ergebnis in der verbesserten Stoffwechselleistung und einer erhöhten Milchproduktion. Seitdem wissen wir, dass neben den lebenserhaltenden Immunglobulinen viele eminent wichtige bioaktive Stoffe in der Biestmilch enthalten sind, die eine direkte positive epigenetische Wirkung haben können. Die Abb. 1 zeigt praktisch relevante Beispiele erfolgreicher Programmierung in Darm und Immunsystem.

Durch metabolische Programmierung kann man vorallen Dingen im Darm und beim Immunsystem deutliche Erfolge erzielen: Mehr Darmoberfläche, ein “gesünderes” Mikrobiom, weniger Probleme mit pathogenen Keimen und am Ende mehr Milch (Ghaffari, 2019).

Programmierung beginnt schon im Mutterleib

Aber auch schon vor der “Biestmilchkeule” kann man nachhaltig die Weichen stellen. So zeigten jüngere Studien, dass eine Methioninzulage in der Trockenstehphase die Entwicklung der Kälber nach der Geburt positiv beeinflussen kann. “Hungert” die Kuh allerdings die letzten zwei Wochen vor der Geburt (30% weniger Energie), mobilisiert sie Körperfettreserven oder sieht sie sich einer erhöhten Entzündungsgefahr ausgesetzt. Dann ist nicht nur das Geburtsgewicht verringert, sondern darüber hinaus die Immunabwehr entscheidend geschwächt (weniger T-Lymphozyten und eine geringere sogenannte “antioxidative Kapazität”). Die Kälber wachsen zudem deutlich langsamer! Umgekehrt konnte man mit organischen Spurenelementen eine bessere Immunsystemleistung erreichen.

Die Transitphase scheint also eine ganz entscheidende Phase für die Programmierung schon vor der Geburt darzustellen. Neueste Erkenntnisse zeigen aber ebenfalls, dass die Festlegung gewisser Leistungsfähigkeiten bereits schon viel früher, nämlich im Embryonalstadium beginnt. Das eröffnet ein komplett anderes Denken und Herangehen an das Reproduktionsmanagement. Generell muss man sagen, dass jegliche Form von “Stress” bereits ab diesem frühen Zeitpunkt negative Auswirkungen auf den Embryo und Fetus haben kann. Das deutlichste Beispiel stellt Hitzestress dar, wo man nach aktuellen Untersuchungen sehen kann, dass über drei Generationen hinweg bei hitzegestressten Müttern die Nachkommen eine signifikant schlechtere Milchleistung zeigten. Umgekehrt zeigte sich aber auch, dass die Nachkommen aus Erstkalbskühen später eine durchweg höhere Milchleistung erzielten als Kälber aus Mehrkalbskühen, wenn die Färsen optimal aufgezogen werden. Man geht davon aus, dass in diesen Fällen bei den Färsen relativ mehr Nährstoffe (Energie und Eiweiß) den Feten zur Verfügung stand als bei älteren Kühen, die mehr Milch gaben und über viele Wochen hinweg in einer negativen Nährstoffbilanz verweilten.

Einzigartiger Langzeitversuch

Die Futtermittelfirma Trouw Nutrition startete vor fünf Jahren ein in der Art noch nie dagewesenes Langzeitexperiment. 86 weibliche Kälber wurden in einer bis heute “doppelt verblindeten” Versuchsanordnung in zwei Gruppen zugelost. Eine Gruppe bekam 2×2 Liter Milchaustauscher (o,6 kg MAT/d), während die Versuchsgruppe die doppelte Menge von 1,2 kg MAT/d bis zum 56. Tag bekam.

Wie erwartet wuchsen die energetisch besser versorgten Kälber schneller und hatten auch ein deutlich höheres Absetzgewicht (84 kg vs. 93 kg). Erstaunlich war aber darüber hinaus, dass am Tag 49, also dem Beginn des Absetzens, die Versuchskälber eine um 47% andere Ausstattung an Metaboliten aufwiesen. Molekulargenetische Untersuchungen zeigten, dass im Bereich des Energie-, des Zitrat-, Eiweiß- und Leberstoffwechsels fast 50 % mehr Gene “angeschaltet” (hochreguliert) wurden.

Im weiteren Verlauf glichen sich die Lebendmassegewichte immer mehr an und zum Besamungszeitpunkt ergab sich nur ein Unterschied von sechs Tagen früherer Besamung. Allerdings war die Fruchtbarkeit bei den Versuchsfärsen deutlich besser und sie kalbten 16 Tage früher ab.

Die Unterschiede in den Stoffwechselmetaboliten waren bis zum 330. Lebenstag als Färse weitestgehend verschwunden, um dann aber wieder am 60. Laktationstag in mehr oder weniger derselben Ausprägung zu erscheinen. Die wichtigsten Stoffwechselwege waren auf ein höheres Niveau “eingestellt”, wodurch die Färsen die höheren Leistungen sehr gesund durch einen angepassten Stoffwechsel erzielen konnten.

Abb. 2: Effekte einer 8 Liter-Tränke gegenüber 4 Liter (bis 56. Lebenstag)

Langzeitstudie von Trouw Nutrition (je 43 Kälber)

Die Leistungen der Kühe waren entsprechend auch unterschiedlich: Die Versuchskühe erzielten deutlich höhere Fettmengen (1.296 g Milchfett/d vs. 1.213 g Milchfett/d und produzierten mehr Milch (29,9 vs. 30,8 kg/d). Der Unterschied nahm in der zweiten Laktation noch weiter zu (Fettmengen: 1536 g/d vs. 1464 g/d; Milch 33,3 kg/d vs. 34,7 kg/d).

Ein ähnlich deutlicher weiterer ökonomisch relevanter Effekt offenbarte sich bei den Abgangsraten. Die Betreuer vor Ort, die bis heute nicht wissen, welche Kühe welcher Gruppe zugeordnet sind, trafen ihre Entscheidungen zu den Abgangsgründen aus standardisierten, rein wirtschaftlichen oder medizinischen Erwägungen.

Bereits bis zur ersten Kalbung verzeichneten die Kontrollfärsen eine um 5 % höhere Abgangsrate, die sich im Laufe des Versuchs weiter verschlechtern sollte. Zum Zeitpunkt der dritten Abkalbung hatten 16 % mehr Tiere den Stall verlassen als in der Versuchsgruppe (Tabelle).

KriteriumBehandlungP-value
4 Liter 8 Liter
Gesamtanzahl4343
Überleben bis 1. Kalbung
Anzahl Abkalbungen4038
%93.088.40.362
Überleben bis 2. Kalbung
Anzahl Abkalbungen3328
%76.765.10.067
Überleben bis 3. Kalbung
Anzahl Abkalbungen2316
%53.537.20.051

Tabelle: Abgangsraten bis zur dritten Kalbung im Trouw Nutrition Langzeitversuch „8 versus 4 Liter Tränke“ (Leal, 2021)

Der Versuch läuft immer noch, bis jetzt zeigt sich sehr überzeugend wie eindrucksvoll, welchen Langzeiteinfluss eine energetisch optimierte Kälberfütterung auf lange Sicht nehmen kann. 

Die Investition in eine optimierte Biestmilchgabe (4 Liter! in den ersten sechs Lebensstunden) sowie eine energetisch aufgewertete oder sogar Ad libitum-Fütterung scheint sich so gut wie immer sogar um ein Vielfaches auszuzahlen.

Metabolische Programmierung in der Praxis

Unverständlich, warum in den USA immer noch 80 % der Landwirte die “Hungervariante” mit 2 x 2 Liter “fahren”. Wer aber glaubt, bei uns sieht das trotz besseren Wissens anders aus, muss sich seit Veröffentlichung der PraeRi-Studie der drei Veterinäruniversitäten Berlin, Hannover und München vom Gegenteil überzeugen lassen: 75 % von 765 untersuchten Betrieben füttern ihre Kälber nicht aus, nur 8 % der Betriebe im Norden und 25 % im Osten und Süden tränken ihre Kälber in den ersten Wochen Ad libitum.

Noch ernüchternder sieht es bei der Biestmilchversorgung aus: Während die Amerikaner aktuell bei nur noch jedem siebten Kalb einen unbefriedigenden Übergang der Immunglobuline ins Kälberblut registrieren, ist das bei uns noch in mehr als der Hälfte der Kälber der Fall.  Der Hauptgrund mag vor allem darin liegen, dass unsere Landwirte im Schnitt weniger als 3 Liter Biestmilch vertränken und die Kälber oft zu spät die Erstkolostrumversorgung erhalten. Damit verschenken wir nicht nur die Möglichkeit, die Erkrankungsanfälligkeit deutlich zu senken, sondern “vergeben” leider auch weiterhin das immense Potential der metabolischen Programmierung, das nicht nur den Stoffwechsel “befeuert”, sondern auch das Immunsystem, und somit die Kälber ein Leben lang widerstandsfähiger und “resilienter” macht.

Nach der grundsteinlegenden Biestmilchversorgung sollte auch das Potential einer der Natur angelehnten Ad libitum-Tränke erwogen werden. Die ersten fünf bis sechs Wochen (wie z. B. nach dem FortyFit Konzept von der Firma Foerster Technik) sind hier absolut entscheidend, weil sich das junge Kalb hauptsächlich hier im hypertrophen Wachstumsabschnitt befindet und die Organe überwiegend durch Zellteilung wachsen. In diesem Stadium greifen die Mechanismen der Programmierung vorrangig.

An Tränkeautomaten lassen sich so am einfachsten und sichersten individuelle Tränkekurven einstellen und noch dazu sehr viel Arbeitszeit einsparen.

An metabolischer Programmierung führt in Zukunft kein Weg mehr vorbei!

Eine optimierte Fütterung mit dem Ziel der metabolischen Programmierung hat nicht nur lebenslange positive Stoffwechseleffekte zur Folge, sondern „hebt“ auch das Immunsystem auf ein ganz anderes, höheres Level. Die Tiere sind weniger anfällig gegenüber Darmentzündungen. Und da die Organe untereinander über Nervenstränge „kommunzieren“, wirkt sich das vor allem auch auf die Anfälligkeit von Lungenentzündungen aus. Solche Tiere erkranken deutlich weniger an Atemwegserkrankungen.

Somit zahlt sich die metabolische Programmierung letztlich nicht nur finanziell aus, sie kann auch einen ganz erheblichen Beitrag zur Senkung von Antibiotika leisten. Und das gilt nicht nur für die Jungtierphase, sondern prinzipiell bis ans Lebensende.