Анализ молока выявляет «невидимую» болезнь у молочных коров
Исследователи разработали новый метод выявления метаболического заболевания, поражающего молочных коров после отёла. Цель — определить, находится ли корова в группе риска, ещё до того, как она действительно заболеет.
Идея метода заключается в объединении данных анализа молока коровы с другой информацией о животном для прогнозирования будущего состояния её здоровья.
«По мере того как мы становимся более искусными в раннем обнаружении этой болезни, это принесёт пользу здоровью животных, производству молока, прибыльности и климату», — говорит профессор Улав Рексен из Норвежского университета естественных наук (NMBU).
Проект координируется NMBU, а партнёрами выступают SINTEF и Норвежский институт исследований пищевых продуктов, рыболовства и аквакультуры (Nofima). Исследователи использовали данные анализа образцов молока для разработки модели, способной обнаруживать наличие метаболического заболевания — субклинического кетоза.
Критический период после отёла
После отёла потребность коровы в энергии увеличивается в 5–6 раз. При этом она должна производить 30–35 кг молока уже на следующий день после рождения телёнка. Это легко приводит к дефициту энергии.
«Когда корова получает слишком мало углеводов, она начинает сжигать свои жировые запасы, пытаясь получить достаточно глюкозы, — объясняет Рексен. — Точно то же самое происходит, когда люди голодают. В таких условиях корова может заболеть метаболическими заболеваниями, такими как субклинический кетоз».
Невидимая болезнь, создающая проблемы
Клинический кетоз — это метаболическое заболевание, которое легко выявить и лечить. Проблема субклинического кетоза в том, что он не имеет видимых симптомов, и его трудно обнаружить.
Субклинический кетоз возникает у 15–20% коров после отёла. Это состояние вызывает ухудшение потребления корма, снижение надоев, уменьшение плодовитости и повышает риск других метаболических заболеваний. Часто болезнь длится 2–3 недели, но может продолжаться и дольше. До сих пор обнаружить субклинический кетоз можно было только с помощью анализов крови.
Исследование образцов молока
В недавнем исследовании с участием 61 коровы норвежской красной породы образцы молока брали за неделю до отёла и через сто дней после него. Состав молока в образцах анализировали с помощью инфракрасной спектрометрии. Норвежские молочные заводы регулярно берут такие образцы у всех коров.
После отёла у этих же коров брали анализы крови, чтобы выяснить, развился ли у них субклинический кетоз. Затем исследовательская группа проанализировала состав жирных кислот в образцах молока, чтобы найти признаки, которые могли бы выявить болезнь.
«Отпечатки пальцев» в молоке
Сопоставив данные молочных проб с другой информацией по каждой корове, исследователи обнаружили паттерн или «отпечаток пальцев», который коррелировал с наличием субклинического кетоза в анализах крови.
«Это означает, что мы можем применять математические методы к данным стандартных образцов молока, чтобы определить, заболела ли корова субклиническим кетозом, — говорит Рексен. — Это также означает, что нам больше не нужно брать анализы крови».
«Как только мы доработаем метод, фермеры смогут получать от молочного завода обратную связь о том, есть ли у их коровы эта болезнь, — объясняет Рексен. — Фермер сможет принять меры для устранения дефицита энергии на ранней стадии, что позволит корове оставаться здоровой и плодовитой, а также сохранить высокие надои».
Много математики
Амира Рашах, научный сотрудник SINTEF Industry, координировала математическую работу, а также аспекты проекта, связанные с большими данными и машинным обучением. Машинное обучение используется для анализа больших объёмов данных. Исследователям удалось построить модели, которые выявили систематические изменения свойств и состава жирных кислот в образцах молока у коров, подверженных риску субклинического кетоза.
«Я считаю, что если у фермеров будет доступ к данным в реальном времени по каждой корове, у нас есть потенциал произвести революцию в производстве молока, — говорит Рашах. — Фермеры смогут принимать обоснованные решения о питании и уходе за стадом, что, в свою очередь, защитит благополучие животных и одновременно повысит их прибыльность».
Прогнозирование болезни
Исследовательской группе ещё не удалось выявить «отпечаток» субклинического кетоза в образцах молока, взятых до отёла. Однако уже начато новое исследование с целью расширения существующей модели. Половина коров в Норвегии в настоящее время доится роботами, которые собирают индивидуальные данные, включая время доения и количество произведённого молока.
«Когда мы объединим данные о составе образцов с данными от роботов, у нас будет лучшая основа для создания алгоритмов, которые смогут выявлять признаки, указывающие на будущее развитие субклинического кетоза, — говорит Рексен. — Наша цель — уметь предсказывать начало болезни до того, как корова действительно заболеет».
Рексен подчёркивает, что нет двух одинаковых коров.
«Переход к более крупным стадам означает, что фермерам становится ещё сложнее следить за благополучием отдельных животных, — объясняет он. — Все коровы разные, со своими индивидуальными характеристиками. Вот почему нам нужны данные от каждой отдельной коровы».
Другие болезни
Рексен считает, что метод, разработанный для обнаружения субклинического кетоза, можно применять и к другим заболеваниям.
«Пока мы исследовали только раннее выявление субклинического кетоза, — говорит он. — Однако модель также способна выявлять другие заболевания и проблемы со здоровьем, такие как мастит, который также влияет на качество молока. Алгоритмы машинного обучения также можно использовать для разработки моделей прогнозирования вероятности распространения болезней в коровнике».
Рексен также считает, что лучший мониторинг здоровья скота является ключевым инструментом в борьбе с изменением климата.
«Здоровые молочные коровы помогают сдерживать климатический след Норвегии. У норвежских коров углеродный след вдвое меньше, чем в среднем по миру».