1. Introducción

La leche y sus derivados son ricos en nutrientes y un alimento común para personas de todas las edades (1). Además de su contenido de nutrientes, la leche de vacas vacunadas con BCoV tenía anticuerpos BCoV y beber esta leche ayudó a las personas a adquirir anticuerpos heterólogos contra el SARS-CoV-2 y, por lo tanto, desarrollar inmunidad pasiva contra COVID-19 (2). Los anticuerpos de la leche también confirieron protección contra rotavirus, Shigella flexneri, Escherichia coli, Clostridium difficile, Streptococcus mutans, Cryptosporidium parvum y Helicobacter pylori (3, 4).

A pesar del amplio consumo de leche y productos lácteos, la mastitis en las vacas lecheras, típicamente incitada por bacterias (5), plantea muchas preocupaciones sobre la calidad de la leche. La mastitis se puede dividir en 3 etapas: invasión, infección (colonización) e inflamación (6). La mastitis se clasifica como subclínica o clínica, en función de si los signos clínicos están ausentes o presentes. La mastitis subclínica causa algunos cambios en la leche, incluyendo un recuento de glóbulos blancos > 500.000/ml (7), mientras que las vacas con mastitis clínica pueden presentar coágulos de leche, hinchazón de la ubre y síntomas sistémicos en diversos grados (8). La mastitis causada por patógenos infecciosos, incluyendo Staphylococcus aureus, Streptococcus agalactiae y Mycoplasma bovis, es infecciosa (9) (Figura 1), mientras que las infecciones mamarias causadas por patógenos ambientales como E. coli, Klebsiella pneumoniae y estafilococos coagulasa negativos se denominan mastitis ambiental (10, 11).

Figura 1. Mastitis en vacas lecheras. Los números marcados en un círculo son para guiar al lector a través de la secuencia de mastitis. «*» representa las principales causas de mastitis en vacas (Creado con BioRender.com).

El tratamiento actual de la mastitis se basa en antibióticos y es la razón más importante para el uso de antibióticos en vacas lecheras. Sin embargo, la aparición de cepas resistentes a los medicamentos está amenazando la viabilidad de los antibióticos para el tratamiento de la mastitis. La resistencia a los antimicrobianos (RAM) ocurre cuando los patógenos pueden superar los efectos de los antibióticos que originalmente eran efectivos. Se informó que la RAM se detectó por primera vez en la resistencia a la penicilina de Streptococcus pneumoniae, y la tasa de aislamiento de cepas resistentes a los medicamentos aumentó en un 11 por ciento durante la década siguiente (12). Los genes responsables de la resistencia a los medicamentos pueden transferirse entre bacterias de diferentes grupos taxonómicos y ecológicos mediante elementos genéticos móviles como fagos, plásmidos, ADN desnudo o transposones (13). Por lo tanto, las cepas resistentes de origen animal y las cepas resistentes de origen humano pueden interactuar y transferir resistencia.

Con la aparición de señales de cepas resistentes a los medicamentos, está claro que los antibióticos ya no serán completamente efectivos contra la mastitis. Esto se atribuye a décadas de uso de antimicrobianos y mal uso en medicina humana y veterinaria (13). En consecuencia, existe un enfoque global en la búsqueda de alternativas para tratar enfermedades bacterianas. Finlandia redujo sustancialmente el uso de macrólidos, lo que resultó en una disminución de casi el 50% en la resistencia a la eritromicina (14). Esta fue una prueba de concepto de que reducir el uso de antibióticos puede reducir la RAM.

En un estudio realizado en 40 grandes granjas lecheras de los Estados Unidos, el tratamiento antibiótico de vacas secas y los casos clínicos de mastitis representaron > el 75% de todo el uso de antibióticos (15) (Figura 2). En las granjas lecheras, los costos directos del tratamiento de la mastitis incluyen: costos de tratamiento farmacológico, tarifas de servicios veterinarios y el valor de la leche desechada que contiene antibióticos u otros ingredientes (16). Como los antibióticos y los honorarios veterinarios representan el 24% de las pérdidas financieras por mastitis clínica (17-19), reducir el uso de antibióticos podría ahorrar mucho dinero. Combinado con la presencia de cepas resistentes a los medicamentos que prolongan el tratamiento, también hay un impacto potencial en la mortalidad y la morbilidad (13). Además, como la retirada de antibióticos para tratar y prevenir la mastitis bovina presenta desafíos sustanciales para los agricultores, es esencial proporcionar alternativas viables.

Figura 2. Uso anual de antibióticos en granjas lecheras en los Estados Unidos. Reimpreso de Campos et al. (15) bajo CC-BY-NC-ND.

El tratamiento antimicrobiano de la mastitis en vacas lecheras generalmente se considera necesario para mantener un equilibrio entre la economía, el bienestar animal y la salud de la ubre (20). Sin embargo, la aparición de cepas de RAM se está convirtiendo en una de las mayores amenazas para la salud mundial, la seguridad alimentaria y el desarrollo social (21). Muchos patógenos derivados de la mastitis de varios países son resistentes a los antibióticos comunes (Tabla 1). Además, los patógenos comunes de mastitis recolectados por nuestro equipo de investigación (Tabla 2) tuvieron una mayor prevalencia de RAM que los patógenos de mastitis de Europa (5, 36), lo que confirma que la mastitis causada por cepas resistentes a múltiples fármacos es un problema en grandes rebaños lecheros chinos (5).

Tabla 1. Cepas de bacterias resistentes a los antibióticos que causan mastitis en vacas lecheras.

Tabla 2. Comparación de la farmacorresistencia en cepas comunes de resistencia a los antimicrobianos (RAM) de mastitis bovina en China y Europa.

Dada la urgencia de reducir el uso de antibióticos en la industria láctea, revisamos las opciones para el tratamiento y la prevención de la mastitis, con los objetivos de reducir la aparición de cepas resistentes a los antibióticos y minimizar las pérdidas financieras. En este artículo, revisamos los efectos clínicos y las perspectivas de aplicación de los medicamentos antiinflamatorios no esteroideos (AINE), medicamentos herbales, péptidos antimicrobianos (AMP), bacteriófagos (y endolisinas de fagos), vacunación y otras terapias emergentes para el tratamiento de la mastitis bovina. La vacunación, las hierbas medicinales y los AMP pueden prevenir la mastitis al regular el sistema inmunitario. Además, las hierbas medicinales y los AMP también pueden actuar directamente sobre las bacterias para producir efectos terapéuticos. Los fagos (y las endolisinas de fagos) y los AINE son más efectivos en el tratamiento. Cabe mencionar que aunque pueden prevenir y/o tratar la mastitis, la aplicación clínica inmadura hace que sigan siendo una alternativa a la prevención y tratamiento de la mastitis.

2. Terapia con medicamentos antiinflamatorios no esteroideos

No todos los casos de mastitis clínica se benefician de los antibióticos, ya que el 10-40% de los cultivos en casos clínicos de mastitis no tienen crecimiento bacteriano y no requieren terapia con antibióticos, y otro 40% de los cultivos positivos (principalmente bacterias gramnegativas y levaduras) no son sensibles a los antibióticos aprobados para uso intramamario (8). La terapia antibiótica intramamaria generalmente se recomienda solo para infecciones causadas por bacterias grampositivas como S. aureus, S. agalactiae y Streptococci spp. ambientales (37). En contraste, la mayoría de las infecciones Gram-negativas son eliminadas por el propio sistema inmunológico de la vaca (38). Por lo tanto, los antibióticos aprobados para su uso en la ubre de vacas lecheras son efectivos en solo el 20-50% de la mastitis clínica (8).

El mecanismo específico de acción de los AINE es la inhibición de la ciclooxigenasa (COX), reduciendo la producción de prostaglandinas (un mediador inflamatorio) (39). La COX tiene 2 isoformas, COX-1 y COX-2; El primero se expresa naturalmente en todos los tejidos y tiene un papel en el mantenimiento de las funciones fisiológicas normales, mientras que el segundo es inducido por estímulos inflamatorios y citoquinas (40). Los AINE que son inhibidores más selectivos de la COX-2 tienen mayores efectos terapéuticos, mientras que los que son inhibidores altamente selectivos de la COX-1 tienen más efectos secundarios, incluido un mayor riesgo de placenta retenida, inflamación uterina e irritación gástrica (41) (Figura 3).

Figura 3. Mecanismos de acción de los fármacos antiinflamatorios no esteroideos (AINE) y los AINE de uso común (creados con BioRender.com).

Los AINE utilizados para tratar la mastitis bovina incluyen flunixina meglumina, meloxicam, ketoprofeno y carprofeno. La flunixina meglumina, el único AINE aprobado por la FDA en los Estados Unidos para que las vacas lecheras controlen la fiebre asociada con la mastitis y la endotoxemia asociada con la mastitis por E. coli, se usa comúnmente como analgésico en animales destinados a la alimentación de los Estados Unidos (42, 43). Inhibe tanto la COX-1 como la COX-2, pero es más selectiva para la COX-1, lo que aumenta el riesgo de placenta retenida y trastornos digestivos (41). Sin embargo, el uso de una sola dosis de flunixina meglumina puede reducir estos efectos secundarios (44). En vacas con mastitis inducida por lipopolisacáridos, flunixina meglumina aumentó el tiempo de alimentación y rumia durante las primeras 9 y 12 h, y mejoró la actividad ruminal (45, 46). Además, la flunixina meglumina disminuyó las concentraciones de ácidos grasos no esterificados e Isop en sangre en vacas con mastitis por E. coli, lo que indica una respuesta inflamatoria reducida (45).

El meloxicam es un inhibidor más selectivo de la COX-2, evitando en gran medida los efectos secundarios asociados con la inhibición de la COX-1 (47). En un ensayo aleatorizado en 2.653 vacas de 20 rebaños, 1 mg/kg de meloxicam por vía oral en el parto redujo la incidencia de mastitis subclínica, aumentó la ingesta de alimento y la producción de leche, y redujo la inflamación sistémica (48). Además, el meloxicam alivió el dolor de la mastitis clínica inducida por LPS, mitigó el edema de la ubre y redujo la temperatura rectal (49). Cuando el meloxicam se usó para tratar la mastitis leve a moderada en los primeros 120 días de lactancia, se redujo el intervalo de parto de las vacas infectadas y se mejoró la tasa de concepción de las vacas infectadas, lo que tuvo beneficios positivos para la producción lechera basada en pastos (50).

El ketoprofeno inhibe tanto la COX-1 como la COX-2 (51) y se ha utilizado para el tratamiento de la mastitis bovina debido a su rápido inicio de acción, corta vida media plasmática, baja toxicidad y ausencia de extracción de leche. Ha sido aprobado para su uso en Canadá, Brasil y otros países (52). La administración intramamaria de ketoprofeno redujo el SCC y el daño a la barrera sangre-leche, disminuyendo las concentraciones de IgG en la leche durante la mastitis inducida por LPS (53). El ketoprofeno solo tuvo efectos positivos sobre la mastitis crónica (54), aunque los efectos sobre la mastitis aguda fueron menos claros (52, 55).

El carprofeno, al igual que el meloxicam, es un AINE selectivo, de dosis única y de acción prolongada de la COX-2 para tratar la mastitis bovina (42, 56). En vacas con mastitis, el carprofeno redujo la frecuencia cardíaca, la temperatura rectal y la hinchazón de la ubre (57). En vacas con mastitis por E. coli, el carprofeno redujo la temperatura rectal y promovió la motilidad ruminal (58).

Existe un creciente reconocimiento de los AINE para controlar la inflamación, el dolor y la producción de endotoxinas en vacas con mastitis (59). En Dinamarca, el 72% de los veterinarios usan AINE solos para la mastitis, especialmente si son causados por bacterias gramnegativas (60). Algunos AINE sinergizan con antibióticos en el tratamiento de la mastitis, como meloxicam o ketoprofeno más gentamicina (59). Además, algunos AINE (por ejemplo, meloxicam) pueden bloquear los genes de virulencia, prevenir la hemólisis, regular negativamente la expresión de genes relacionados con la formación de biopelículas e inhibir el crecimiento de S. aureus (59). Se dedujo que los AINE tienen potencial para sustituir completamente a los antibióticos en el tratamiento de la mastitis en vacas en ausencia de crecimiento bacteriano o para la mayoría de las infecciones gramnegativas. Además, dado que el principal mecanismo de acción de los AINE contra la mastitis bovina no es bacteriano, las cepas resistentes no deberían afectar a la eficacia.

3. Hierbas medicinales

Las hierbas medicinales se derivan de plantas naturales y tienen una larga historia de valor medicinal, con efectos secundarios limitados o nulos en comparación con los antibióticos. El valor medicinal de las hierbas a menudo se debe a sus metabolitos (por ejemplo, ácidos fenólicos, alcaloides, flavonoides, terpenoides y aceites volátiles) que tienen capacidades antibacterianas, antioxidantes y antiinflamatorias (61).

Muchas hierbas medicinales tienen capacidad antibacteriana. Por ejemplo, el jengibre rojo tuvo buenos efectos bactericidas sobre Staph epidermidis, S. aureus y S. agalactiae derivados de la mastitis bovina (62); El mecanismo bactericida es la curcumina y el gingerol que matan a las bacterias al alterar su membrana extracelular (62). La biopelícula es un factor de virulencia clave para aumentar la resistencia de S. aureus resistente a la meticilina (SARM) derivado de la mastitis; sin embargo, los bigotes de maíz inhibieron significativamente la producción de biopelícula por las cepas de MRSA (63). Los aceites esenciales son metabolitos secundarios de plantas con propiedades antimicrobianas que no estimulan la resistencia a los medicamentos con el uso prolongado (64). Los aceites esenciales (esencial de orégano, esencial de tomillo, esencial de carvacrol y timol) mataron a más de 30 especies de estafilococos (64). Varias otras hierbas medicinales y sus extractos, incluyendo Terminalia Chebula, Purslane y Dandelion también tenían actividad bactericida contra varios patógenos de mastitis (65).

La mastitis ocurre cuando el sistema inmunológico de la glándula mamaria no se defiende contra la invasión bacteriana; Por lo tanto, es muy importante mejorar la actividad inmune para prevenir y tratar la mastitis. El diente de león tiene funciones eliminadoras de radicales libres, antioxidantes, antibacterianas y antiinflamatorias (66) y en un modelo murino de infección de la glándula mamaria con S. aureus, el diente de león redujo la respuesta inflamatoria (67). El tratamiento con Vitexin aumentó la actividad de la enzima T-AOC, SOD, GSH-PX, CAT durante la infección por S. aureus, tanto in vitro como in vivo (68). Baicalin, el componente bioactivo de Scutellaria baicalensis georgi, redujo la expresión de factores inflamatorios y la apoptosis de bMECs en vacas con mastitis inducida por LPS. Baicalein protegió la glándula mamaria, reduciendo el daño inducido por la mastitis (69, 70). El efecto curativo del mangostán sobre la mastitis inducida por LPS se atribuyó a la supresión de la producción de citoquinas inflamatorias, particularmente el inflamasoma NF-κB y NLRP3 (71). La genipósita anpolidatina fue antiinflamatoria al interferir con la expresión de TLR4 y TLR2 y reducir la expresión de TNF-α, IL1β e IL-6 (72, 73).

La inmunidad tiene un papel decisivo en la aparición, desarrollo y eliminación de la mastitis. Las vacas con inmunidad robusta a menudo pueden eliminar las bacterias patógenas durante la invasión de la ubre. Además de su poderosa influencia antibacteriana, los aceites esenciales se pueden usar como una alternativa a los antibióticos para mejorar la eficiencia de la alimentación, el uso de nutrientes y la salud animal (64, 74). La suplementación dietética con aceite de semilla negra, aceite de manzanilla o aceite de origanum de creciana a partir de 8 semanas antes del parto mejoró la inmunidad en vacas lecheras (74). Además, la adición de aceites esenciales a las dietas de las vacas mejoró la producción de leche, la calidad de la leche, la salud de la ubre y la inmunidad (74). Una preparación herbal china que contenía 18 hierbas medicinales, incluyendo Astmgali radix, Platycladi cacumen, Crataegi fructus y Chuanxiong, promovió en gran medida la productividad en vacas de lactancia tardía expuestas al estrés por calor (75).

En resumen, las hierbas medicinales contienen componentes bioactivos de gran valor en la prevención y el tratamiento de la mastitis bovina, con mecanismos de acción similares a los antibióticos, pero sin la presencia de residuos de antibióticos en la leche (76). Sin embargo, algunas bacterias son naturalmente resistentes a los compuestos herbales y otras desarrollan resistencia con el tiempo (77-79). Además, la FDA ha aprobado pocos medicamentos a base de hierbas para uso clínico, principalmente debido a la complejidad de su composición y la dificultad para evaluar con precisión la eficacia y la seguridad (80), aunque al menos algunos de estos problemas pueden abordarse fácilmente.

4. Terapia con péptidos antimicrobianos

Los péptidos antimicrobianos son otro reemplazo prometedor para los antibióticos. La mayoría de las células producen moléculas naturales similares a los antibióticos, conocidas como AMP, componentes clave de la inmunidad innata (81). Su actividad antimicrobiana se atribuye a la carga neta, hidrofobicidad y anfifilicidad (82). A partir de diciembre de 2022, la base de datos de péptidos antimicrobianos (APD, https://aps.unmc.edu/home) continuamente actualizada incluía 3.425 AMP de 6 reinos, 147 péptidos de defensa del huésped humano, 385 bacteriocinas / antibióticos peptídicos aislados / predichos de bacterias, 5 de arqueas, 8 de protozoos, 25 de hongos, 368 de plantas y 2.489 de animales, incluidos algunos péptidos sintéticos.

La nisina, un péptido antimicrobiano natural producido por Lactococcus lactis, tuvo una excelente actividad antimicrobiana contra bacterias grampositivas aisladas de mastitis en vacas lecheras (83). En un ensayo de mastitis bovina, no hubo diferencias entre Nisin y un grupo de antibióticos para las tasas de curación bacteriológica o clínica (84). Un aislado de S. aureus de mastitis que era resistente a una variedad de antibióticos fue fácilmente eliminado por Nisin (84). Para el tratamiento de la mastitis subclínica, Nisin no solo redujo el recuento de células somáticas, sino que también tuvo buenas tasas de curación bacteriológica contra S. agalactiae, S. aureus y estafilococos coagulasa negativos (SNC) (85).

Polybia MP-1, un AMP de 14 aminoácidos del veneno de avispa, fue bactericida contra cepas de S. aureus, E. coli y K. pneumoniae resistentes a múltiples fármacos de mastitis bovina (25, 35). Esculentin 1-21, un AMP de piel de rana, tenía actividad antimicrobiana de amplio espectro (86), particularmente contra Pseudomonas aeruginosa, E. coli y S. agalactiae in vivo e in vitro (87). En un ensayo clínico, Esculentin 1-21 tuvo una tasa de mejoría del 100% después de 5 días sin efectos secundarios (87). Aunque un número creciente de cepas derivadas de mastitis tienen resistencia a múltiples fármacos, los AMP tenían una buena capacidad bactericida contra ellos.

Los AMP secretados en el tejido mamario de las vacas incluyen β-defensinas, psoriasina, catelicidinas y lactoferrina (88). Se han estudiado las funciones bactericidas y terapéuticas de los AMP secretados por la glándula mamaria de las vacas, especialmente las β-defensinas (89). El péptido antimicrobiano traqueal (TAP), una β-defensina catiónica, puede ser producido por bMEC (90). Tanto en modelos de infección in vitro como in vivo, TAP mató eficazmente S. aureus y redujo la apoptosis inducida de bMEC (91). La plectasina, un AMP catiónico con 40 aminoácidos aislados de hongos, tiene baja citotoxicidad (92). MP1102 es similar a la plectasina y tenía una fuerte actividad antibacteriana contra MRSA, incluso dentro de bMEC (66, 93). Recientemente, se produjeron una serie de péptidos antimicrobianos específicos y dirigidos basados en la feromona y péptidos penetrantes de células de S. agalactiae y se designaron péptidos antimicrobianos selectivos de penetración celular L1-L12 (94). L1, L2 y L11 mataron a S. agalactiae por ruptura de la membrana, mientras que L2 y L10 entraron en las células y activaron la endocitosis (94).

Aunque los AMP secretados directamente del tejido mamario tienen homología tisular y alta eficiencia bactericida, los métodos de purificación, la producción y la estabilidad de la preservación in vitro restringen las aplicaciones clínicas (95). Por lo tanto, la investigación futura debe utilizar vectores de expresión eucariota o ingeniería genética para desarrollar nuevos AMP basados en AMP naturales. Las bacterias pueden volverse resistentes a los AMP, y se ha reportado una posible resistencia cruzada entre los AMP y los antibióticos convencionales (23). Las bacterias gramnegativas pueden resistir los efectos de los AMP mediante la remodelación de la superficie, la estructura de la biopelícula, las bombas de flujo, la intercepción (unión y aislamiento de péptidos antimicrobianos para que no puedan actuar sobre la membrana bacteriana), la degradación proteolítica y la modulación de la expresión de péptidos antimicrobianos catiónicos (96).

5. Bacteriófagos

Los bacteriófagos son virus que pueden lisar bacterias; Según su ciclo de vida, se clasifican como líticos o lisogénicos (temperatura) (97). Los fagos líticos generalmente unen una estructura de adsorción a un receptor específico en la superficie de la bacteria, inyectan ADN en la bacteria huésped a través de la estructura de la cola, lisan al huésped y liberan una gran cantidad de fagos (98). A diferencia de los fagos líticos, los fagos lisogénicos ensamblan sus propios genes en el genoma bacteriano del huésped y coexisten sin causar lisis bacteriana del huésped (98) (Figura 4). Debido a su efecto bactericida directo, los fagos líticos son preferidos para el tratamiento de enfermedades infecciosas bacterianas. Por el contrario, los fagos lisogénicos se utilizan generalmente como vectores para transmitir genes que codifican la inhibición de la virulencia bacteriana, para desarrollar pequeñas proteínas moleculares de derivados bacteriófagos simulados para la virulencia bacteriana y para diseñar vacunas (99). Los fagos suelen ser seguros, efectivos, no residuales, altamente específicos y sin efecto sobre bacterias no objetivo, con un gran potencial para reemplazar la terapia antibiótica para la mastitis en vacas. Dos cepas de fagos de S. aureus, SAJK-IND y MSP, se aislaron de la leche de mastitis y aguas residuales ambientales y fueron 100% bactericidas contra 120 cepas de S. aureus (100). En otro estudio, se aislaron 36 cepas de MRSA de leche y piel de pezones de vacas con mastitis subclínica y tenían una susceptibilidad del 100% a los fagos de S. aureus (22). Teng et al. (101) aislaron el fago 4086-1 de S. aureus de la leche de mastitis, que mató eficientemente MRSA en la glándula mamaria murina y tuvo un buen efecto terapéutico. Los fagos de S. aureus ΦSA012 y ΦSA039 tenían amplios espectros líticos (102). In vivo, el fago ΦSA012 eliminó S. aureus de la glándula mamaria murina, suprimiendo la respuesta inflamatoria y el daño tisular (102).

Figura 4. Mecanismo de lisis fágica de bacterias huésped y tipos publicados de mastitis bacterias patógenas dirigidas por fagos. 1. El fago se adhiere a la bacteria huésped e inyecta ADN. 2. El ADN del fago entra en el ciclo lítico o lisogénico. 3a. Síntesis de ADN y proteínas seguida del ensamblaje de nuevos fagos. 4a. Lisis de la bacteria huésped, liberando un gran número de nuevos fagos. 3b. El ADN del fago está integrado en el cromosoma de la bacteria huésped. 4b. Las bacterias lisogénicas tienen una reproducción normal. 5. Bajo condiciones específicas, el profago se aísla del genoma de la bacteria huésped y entra en el ciclo de lisis (creado con BioRender.com).

Con respecto al uso de fagos para controlar otros patógenos que causan mastitis bovina, Bai et al. (103) aislaron un fago de S. agalactiae JX01, informaron su secuencia genómica completa y determinaron que puede lisar el 65,3% de S. agalactiae bovino sin efecto de muerte en cepas humanas o de peces (es decir, alta especificidad). El fago T4 vB_EcoM-UFV13, un nuevo fago de E. coli con un amplio rango de huéspedes, disminuyó la carga bacteriana en un 90% en las glándulas mamarias murinas y tuvo un resultado positivo en la mastitis inducida por E. coli en vacas lecheras (104). PAJD-1, un fago aislado de muestras de aguas residuales en una granja lechera, lisó el 80% de las cepas de P. aeruginosa (105). El edema y la respuesta hemorrágica de los tejidos mamarios de ratón causada por P. aeruginosa se alivió en gran medida por la acción de PAJD-1 in vivo, similar a los antibióticos (105). Nuestro equipo de investigación aisló 5 cepas de fagos de K. pneumoniae de las muestras de aguas residuales de granjas lecheras y realizó la identificación biológica, la secuenciación del genoma y la investigación terapéutica (106-108). Informamos que los fagos de K. pneumoniae mitigaron la inflamación inducida por K. pneumoniae en bMEC y redujeron el daño estructural y las respuestas inflamatorias del tejido murino de la glándula mamaria (107, 108).

La ley de supervivencia del más apto sugiere que la coexistencia de fagos y bacterias durante millones de años resulta de su coevolución, es decir, el fago no puede eliminar completamente la bacteria huésped porque siempre hay una porción de la bacteria huésped que ha evolucionado en una cepa mutante que no se ve afectada por el fago (109). A pesar de la competencia lítica superior de los fagos en bacterias patógenas, incluso cepas en estado de biopelícula, no hay escasez de mutantes de fagos (110). En ese sentido, se afirmó que E. coli puede desarrollar resistencia a los fagos en un intervalo corto (111). Los experimentos de Pires et al. (112) también observaron el desarrollo de resistencia. Además, después de 24 h de acción fágica, P. aeruginosa desarrolló dos cepas de mutantes insensibles a los bacteriófagos (BIM). La naturaleza coevolutiva de fagos y bacterias, junto con la abundancia y diversidad de fagos en la naturaleza, puede ser una solución crítica para abordar la resistencia bacteriana a los fagos (113). Un método es reemplazar el fago al que las bacterias han desarrollado resistencia, y otro enfoque es usar un cóctel de múltiples fagos con diferentes receptores y huéspedes complementarios (110). Los cócteles de fagos no solo pueden ampliar el alcance de la respuesta, sino también disminuir la aparición de cepas de fagos mutantes (114). Los cócteles de fagos son mezclas de fagos que amplían el rango de huéspedes y minimizan la producción de bacterias resistentes a los fagos (114). Al mezclar 3 cepas de fagos, García et al. (115) demostraron que el poder bactericida del cóctel se mejoró significativamente. En el tratamiento de la mastitis, un cóctel de E. coli que consiste en fagos (SYGD1, SYGE1 y SYGMH1) tuvo una actividad bactericida más potente y un efecto terapéutico clínico más potente que un solo fago (34).

Las endolisinas codificadas por fagos también tienen un gran potencial para la aplicación clínica debido al amplio espectro de liasa, seguridad y estabilidad (116). PlySs2 y PlySs9, 2 bacteriocinas de Streptococcus suis prophage, tuvieron una amplia actividad lítica contra Streptococcus uberis aislado de mastitis bovina (117). LysRODI, codificado por el fago estafilocócico phiIPLA-RODI, tuvo una capacidad de lisis superior contra cepas de Staphylococci de granjas lecheras y disminuyó el daño tisular mamario causado por la infección por Staphylococcus en ratones (118).

En los últimos años, se han realizado más y más modelos animales y ensayos clínicos para evaluar los efectos terapéuticos de los fagos, y algunos productos de fagos han sido aprobados para el tratamiento clínico. Sin embargo, todavía hay muchas dificultades para usar fagos como agentes de primera línea, debido a: (i) la falta de quimiotaxis, evitando que los fagos se dispersen y lleguen a los sitios de infección (102); ii) la administración intravenosa de fagos está limitada por el sistema inmunitario del organismo y se centra en la acción directa en el lugar de la infección, siendo menos accesibles los tejidos profundos y las bacterias intracelulares (119); (iii) los fagos son complejos de nucleoproteínas competentes para la replicación, y su «farmacología», por ejemplo, la dosis, no se comprende bien (120); iv) la seguridad de los productos fagos se ve afectada por muchos elementos, por ejemplo, la pureza y la esterilidad (121); (v) los fagos aún no han alcanzado un estándar de oro para los ensayos de eficacia doble ciego (122); y (vi) las terapias con fagos aún no tienen un marco regulatorio legal específico y solo se han implementado en unos pocos países (121, 123).

6. Vacunación

Las vacunas eficaces pueden reducir la incidencia de mastitis, reduciendo así eficazmente el uso de antibióticos. Se han desarrollado vacunas para algunos patógenos que causan mastitis clínica, por ejemplo, E. coli, S. aureus y Streptococcus spp. Entre ellas, las vacunas basadas en cepas mutantes J5 representan un gran avance en el desarrollo de vacunas contra E. coli (124). En ensayos clínicos, la vacunación contra E. coli J5 redujo la incidencia de mastitis gramnegativa en vacas lecheras, con protección que duró hasta el tercer mes de lactancia (125). En otro estudio, la vacunación J5 no logró reducir la incidencia de mastitis por E. coli, aunque mitigó la gravedad (126). Las vacunas para controlar la mastitis por S. aureus consisten en células enteras (vacunas autólogas) o subunidades (proteínas recombinantes y extractos de superficie bacteriana) (124). Las variantes de colonias pequeñas de S. aureus tienen potencial para el desarrollo de una vacuna viva capaz de prevenir la mastitis en vacas lecheras. Côté-Gravelet et al. (127) desarrollaron un nuevo mutante atenuado eliminando los genes hemB y vraG y demostrando su potencial como vacuna atenuada para mejorar las infecciones de la ubre causadas por S. aureus. Una vacuna experimental basada en la proteína asociada a la superficie de S. aureus fue prometedora, mejorando los títulos de proteínas asociadas al suero y manteniendo la eficacia durante ~ 4 meses (128). Otro estudio utilizó tecnología de proteínas recombinantes para confirmar que los genes asociados con la adquisición de hierro tenían buena inmunogenicidad tanto en conejos como en ganado. Se examinaron 54 cepas de S. aureus para detectar 5 genes relacionados con el sistema de adquisición de hierro: ISD, Feo, Sir, SST y FHU. La proteína IsdH del sistema Isd indujo una respuesta inmune duradera cuando se inoculó en el ganado, lo que implica que IsdH era un buen candidato para una vacuna contra la mastitis por S. aureus (129). Las especies de estreptococos estrechamente asociadas con la mastitis en vacas lecheras son principalmente S. uberis, y también S. agalactiae y Streptococcus dysgalactiae (130, 131). Al utilizar la cepa de S. uberis que formó la mayor biopelícula como fuente de la vacuna, Collado et al. (132) evaluaron una vacunación de subunidades basada en ácido lipofosfatídico (LTA) para S. uberis contra cepas heterocigotas experimentales intralácteas de infección en vacas lecheras. La protección fue incompleta, pero la vacunación redujo significativamente los signos clínicos y aceleró la recuperación de la leche en comparación con el grupo de control (132). Las vacas que recibieron S. uberis vivo por inyección subcutánea tuvieron títulos de anticuerpos séricos más altos y signos clínicos menos graves en comparación con las vacas no vacunadas (133). Sin embargo, esta vacuna fue efectiva contra cepas homólogas pero no heterólogas (133).

Las vacunas tienen mucho potencial para prevenir la mastitis en vacas lecheras. Sin embargo, es evidente que el número de bacterias patógenas que causan mastitis en las vacas supera con creces las bacterias objetivo del desarrollo de vacunas existentes. Además, las vías y mecanismos de infección para estas bacterias patógenas no son uniformes, lo que plantea desafíos para el desarrollo de vacunas efectivas para la mastitis en las vacas. Además, existen numerosas limitaciones, como el momento de la administración y la duración del efecto.

7. Otras terapias

7.1. Probióticos

El hecho de que la flora intestinal pueda inducir mastitis bovina a través de vías endógenas destaca el potencial de usar probióticos para tratar la mastitis en vacas lecheras (134). La alimentación de Bacillus subtilis a novillas y vacas de transición subtilis durante 3 semanas antes del parto y durante toda la lactancia redujo la incidencia de mastitis clínica, SCC y días de leche desechada (135). Además, los lactobacilos, la levadura y las BAL (una mezcla de lactobacilos y maltodextrina) optimizaron la microbiota mamaria y aumentaron la resistencia mamaria de las vacas lecheras (136). Lactobacillus casei, un probiótico que regula el sistema digestivo, puede adherirse e internalizarse en bMEC sin alterar la viabilidad celular y la morfología, pero prohibiendo la infección por S. aureus (137). Además, L. casei activó la inmunidad innata de los bMEC y redujo la susceptibilidad a la infección (138). Una solución comercial post-inmersión que contiene L. casei, L. brucei y L. paracasei se ha utilizado en granjas lecheras y ha reducido la incidencia de mastitis (139).

7.2. Células madre

Las células madre mesenquimales (MSC) son células pluripotentes no especializadas capaces de autorrenovarse y diferenciarse en tipos de células específicas, con potencial para la regeneración tisular. Como son fácilmente accesibles, su competencia terapéutica es de interés (140). Las MSC de médula ósea bovina fetal (BM-MSC) y tejido adiposo (AT-MSC) redujeron el crecimiento de S. aureus in vitro (141). La administración intramamaria de AT-MSC en vacas lecheras mató S. aureus en la ubre sin efectos secundarios (142). Un estudio reciente utilizó MSC de cordones umbilicales y sus vesículas extracelulares para tratar la mastitis subclínica (143). Las MSC pueden tener un papel inmunomodulador al liberar componentes bioactivos y promover la reparación de tejidos dañados en vacas lecheras con mastitis (142, 143).

7.3. Terapia basada en la nanotecnología

La administración de fármacos basada en la nanotecnología permite que los medicamentos se depositen, mantengan y liberen lentamente en los lugares objetivo, superando así algunas limitaciones de los medicamentos convencionales, incluida la resistencia a los antibióticos (144). El nanogel de tilmicosina de autoensamblaje se usó en vacas con mastitis por S. aureus y tuvo una tasa de curación más alta en comparación con un grupo de tratamiento convencional (145). El aceite de canela y las nanopartículas de plata fueron bactericidas contra S. agalactiae (146). Los nanocoloides poliherbales de diente de león, canela, Phyllanthus emblica, Terminalia y citronela tenían una capacidad antibacteriana eficiente y dependiente de la dosis contra patógenos derivados de mastitis (147).

7.4. Terapia fotodinámica

La terapia fotodinámica (TFD) tiene mucho potencial para tratar la mastitis bovina (148). Un fotosensibilizador no tóxico se activa para producir ROS que mata las bacterias al alterar sus membranas celulares y ADN (149). En vacas con mastitis subclínica, la TFD fue bactericida contra S. uberis y coagulasa negativa para S. aureus (SNC) (150). Además, en ovejas con mastitis, la TFD redujo el SNC, Streptococcus spp. y E. coli dentro de las ubres (151). Aunque la TFD tiene muchas promesas para tratar la mastitis, el método aún se encuentra en las etapas iniciales de investigación. Se necesitan mejoras en el fotosensibilizador, las fuentes de luz y el suministro de oxígeno para fortalecer la efectividad de la acción y reducir los efectos secundarios adversos (152).

7.5. Pulsoterapia acústica

La terapia de pulso acústico (APT) es otra estrategia libre de antibióticos para tratar la mastitis bovina. Las vacas con mastitis pueden ser tratadas por dispositivos APT utilizando pulsos acústicos de baja potencia para penetrar el tejido profundo y dispersar las ondas de presión sobre una amplia región de ubres (153). Además, la APT puede activar las células inmunes y reparar el tejido dañado (153). Del mismo modo, la APT fue más efectiva para tratar la mastitis causada por E. coli en comparación con Streptococcus (154), con vacas tratadas con APT que produjeron una adición de 500 L de leche en una lactancia de 305 días (154).

8. Conclusión y perspectivas futuras

Es probable que las granjas lecheras comerciales tengan problemas continuos con la mastitis. En la actualidad, la terapia con antibióticos es la primera línea de tratamiento, pero existe mucha preocupación por la aparición de cepas resistentes a múltiples fármacos en las granjas lecheras y la posibilidad de que esa resistencia se propague a patógenos que afectan a los humanos. Por lo tanto, existe un gran impulso para identificar alternativas para tratar la mastitis en vacas lecheras.

Desde nuestra perspectiva, los AINE, las hierbas medicinales, los AMP, los bacteriófagos y la vacunación tienen mucho potencial para aliviar la difícil situación de la resistencia a los antibióticos. Muchos veterinarios ya usan AINE como terapia adyuvante para la mastitis. Además, algunos médicos están usando AINE solos para tratar la mastitis. Las ventajas de las hierbas medicinales son innegables, pero se necesita mucho esfuerzo para producir productos comercialmente viables. Aunque los AMP también pueden tener efectos positivos, su capacidad para dañar las células eucariotas debe abordarse. Los fagos son bien conocidos por sus efectos selectivos sobre las bacterias objetivo, lo que los convierte en el sucesor más prospectivo de los antibióticos para la mastitis bovina. De hecho, ya han contribuido a salvar muchas vidas en la infección humana. Las vacunas pueden prevenir la mastitis, limitar la gravedad de los signos clínicos y acelerar la cura. Sin embargo, debido a la amplia gama de organismos causantes de mastitis, especialmente patógenos ambientales que se están volviendo dominantes, el control de la mastitis por vacunación enfrenta muchos desafíos. Algunas otras posibilidades también se describieron brevemente en la revisión. Los probióticos pueden funcionar modulando la flora intestinal, con una prueba de concepto del efecto directo de los probióticos sobre la mastitis en vacas lecheras. Aunque en la etapa inicial de investigación, la nanotecnología tiene un gran potencial de aplicación en el tratamiento de la mastitis en combinación con otras sustancias antibacterianas debido a su buena capacidad de transporte de fármacos. PDT y APT están emergiendo como enfoques potenciales en el tratamiento de la mastitis en vacas lecheras, pero se necesita más investigación para que sean prácticos y efectivos.

Contribuciones del autor

XL escribió el manuscrito con el apoyo de CX, BL, JK, BH, XT y JG. Todos los autores contribuyeron al artículo y aprobaron la versión presentada.

Financiación

Este estudio fue apoyado financieramente por el Proyecto de la Comunidad de Innovación Colaborativa Beijing-Tianjin-Hebei (21346601D) y la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (32273082 y U21A20262).

Reconocimientos

Agradecemos al profesor Yuxiang Shi de la Universidad de Ingeniería de Hebei por proporcionar el estado actual del uso de antibióticos en muchas granjas lecheras.

Conflicto de intereses

Los autores declaran que la investigación se llevó a cabo en ausencia de cualquier relación comercial o financiera que pudiera interpretarse como un posible conflicto de intereses.

Nota del editor

Todas las afirmaciones expresadas en este artículo son únicamente las de los autores y no representan necesariamente las de sus organizaciones afiliadas, o las del editor, los editores y los revisores. Cualquier producto que pueda ser evaluado en este artículo, o reclamo que pueda ser hecho por su fabricante, no está garantizado ni respaldado por el editor.

Abreviaturas

AMP: péptidos antimicrobianos; RAM: resistencia a los antimicrobianos; APT: terapia de pulso acústico; BIM: mutantes insensibles a los bacteriófagos; bMEC: célula epitelial mamaria bovina; SNC: estafilococos coagulasa negativos; COX: ciclooxigenasa; SARM: S. aureus resistente a la meticilina; MSC, BM-MSC, AT-MSC, células madre mesenquimales o médula ósea bovina fetal, o tejido adiposo; AINE: fármaco antiinflamatorio no esteroideo; TFD: terapia fotodinámica; CCE: recuento de células somáticas.

Referencias