Phenotypic and nosological factors affecting milk production and composition in serrana goats

This thesis was prepared as an original dissertation for the Doctoral Degree in Veterinary Sciences

The main objective of the present research work was to contribute to the scientific advance of mastitis diagnose in goats, namely for the Serrana goat breed, Transmontano ecotype. This research highlights the multiplicity of infectious and non-infectious factors, which influence somatic cells count (SCC), contributing to understand the conventional diagnostic methods and its limitations. Besides that, it supports the implementation of new technologies, including infrared thermography and ultrasonography as tools for sustainable mastitis control. Our first approach to the udder health status was in order to understand the extent to which microbiological contamination, and the consequent increase in somatic cells, interferes in the composition of milk used for cheese manufacture. High SCC has been observed, and the percentage of fat content and lactose has been negatively correlated with log10 SCC, both indicating severe udder health problems. The negative correlation value of the total bacterial count suggested environmental contamination and cooling problems in milk storage. Our second study aimed to evaluate the seasonal variation of milk composition and SCC of Serrana dairy goats reared in mountains along a year. The mean±SD percentage of milk protein, fat, lactose and solids-not-fat were 3.63±0.24, 5.22±0.70, 4.72±0.25 and 8.92±0.44, respectively. The mean fat/protein ratio, Log 10 SCC and Log 10 of total bacteria count per mL were 1.45±0.21, 3.39±0.19 and 2.55±0.53, respectively. A significant effect of month was found for all the parameters studied (P for production purposes and that an improvement of production system management can play an important role in mitigating milk yield losses. The mammary gland development is strictly related to the lactational performance. Being mastitis the main cause for decreased milk quality and quantity, our fourth study aimed to characterize the external morphological traits of the mammary gland and their relations with the presence of intramammary infection and SCC. It was observed that bifurcated pendular udders, with vertical loose teats and located close to each other, are more likely to have intramammary infection, and have the highest SCC. The udder shape, symmetry, degree of suspension and degree of separation parameters have shown to be significantly different depending on SCC. Considering SCC limitations, we wanted to explore diagnostic techniques already being used in cattle for mastitis diagnosis. Hence, the fifth study evaluated whether infrared thermography (IRT) and B-mode ultrasonography could become diagnosis tools to be used as first field techniques. Bacteriological examinations, SCC and California Mastitis Test (CMT) were performed on milk samples from both udder halves. Significant differences were found between bacterial groups according to lactation number and stage (p <0.005). SCC and CMT were significantly different according to the isolated bacterial species (p<0.005) Significant differences were found in the minimum (p <0.001) and mean (p <0.01) udder surface IRT temperatures and for the measured surface IRT temperature of teats (p <0.01), between control group (negative to microbiological evaluation; n=29) and the different isolated bacterial groups, such as Staphylococcus aureus (n=12) and Coagulase-negative staphylococci (n=12), but not with Streptococcus spp. (n=13) and yeasts (n=11). Regarding parenchyma ultrasonographic images, numerical pixel intensity analysis revealed that mean, standard deviation, minimum and maximum numerical pixel values did not differ of the control group neither depending on each bacteria or yeast group. In conclusion, a set of specific phenotypic factors were determined to be considered in mastitis control programs in Serrana dairy farms, the Transmontano ecotype. Infrared thermography appears to have the potential for diagnosing mastitis in situ, but further studies are needed to improve this technique.

O objetivo deste trabalho foi contribuir para o avanço científico e aprimoramento do diagnóstico e controlo de mastites em caprinos, envolvendo a raça Serrana, ecótipo Transmontano. Este trabalho destaca a multiplicidade de fatores que influenciam a contagem de células somáticas (CCS) e infeções intramamárias (IMI), contribuindo para um melhor conhecimento dos métodos diagnósticos convencionais e limitações. Apoia, ainda. a implementação de novas tecnologias como ferramentas para o controle sustentável de mastites. A nossa primeira abordagem ao estado de saúde do úbere, foi no sentido de compreender em que medida a contaminação microbiológica e aumento de células somáticas interfere na composição do leite. As elevadas CCS e a correlação negativa entre o percentual de gordura e lactose com o log10SCC, indicaram graves problemas de saúde da glândula mamária nas explorações desta raça. A correlação negativa da contagem bacteriana total sugeriu a possível contaminação ambiental e problemas no arrefecimento do leite armazenado, como problemas maiores. O segundo estudo teve como objetivo avaliar a variação sazonal da composição de leite e CCS durante um ano. A média da percentagem de proteína do leite, gordura, lactose e outros sólidos não gordurosos foram 3.3 ± 0.24 (±DP), 5.22 ± 0.70, 4.72 ± 0.25 e 8.92 ± 0.44, respetivamente. A proporção média de gordura / proteína, Log10 SCC e Log10 da contagem total de bactérias por mL foram 1.45 ± 0.21, 3.39 ± 0.19 e 2.55 ± 0.53, respetivamente. Encontrámos um efeito significativo do mês em todos os parâmetros (P < 0.001), e observámos correlações polinomiais entre os diferentes meses e a proteína (r = 0.61; R2 = 0.38; EPR = 0.19), a gordura (r = 0.63; R2 = 0.40; EPR = 0.53), a lactose (r = 0.68; R2 = 0.46; EPR = 0.14), os sólidos não gordurosos (r = 0.71; R2 = 0.51; EPR = 0.27) e o Log 10 SCC (r = 0.39; R2 = 0.15; EPR = 0.18). Estes resultados confirmam que a época do parto e o nível de produção estão relacionados com os componentes do leite. Tendo em conta a influência da sazonalidade na produção de leite e desempenho reprodutivo, um terceiro estudo foi realizado para compreender as interações entre os distúrbios reprodutivos, nº de parições e prolificidade, e a influência na produção de leite padronizado aos 150 dias. A produção de leite foi significativamente influenciada pelos fatores estudados e as interações entre si. A queda na produção devido aos distúrbios reprodutivos foi mais intensa nas primíparas do que nas multíparas e nas primíparas ou multíparas com múltiplos fetos que nas com um único. Este padrão de produção prova que após um aborto é viável manter os animais para fins produtivos e que uma melhoria no maneio pode ter um papel importante na produção de leite. O desenvolvimento da glândula mamária está estritamente relacionado ao desempenho na produção. Sendo a mastite a principal causa da diminuição da produção, o nosso quarto estudo teve como objetivo caracterizar a morfologia externa da glândula mamária e a relação com a IMI e CCS. Observámos que úberes pendulares bifurcados, com tetos soltos verticais e localizados próximo um do outro, apresentam maior probabilidade de IMI e maior CCS. A forma do úbere, simetria, grau de suspensão e grau de separação das metades foram significativamente diferentes dependendo da CCS. Considerando as limitações da CCS, num quinto estudo avaliámos se a termografia infravermelha e a ultrassonografia modo-B poderiam se tornar uma ferramenta de diagnóstico de IMI. Exames bacteriológicos, CCS e o Teste Californiano de Mastites (TCM) foram realizados em amostras de leite. Diferenças significativas foram encontradas entre os grupos bacterianos de acordo com o número e fase da lactação (P < 0.005). A CCS e o TCM diferiram significativamente de acordo com os grupos (P < 0.005). Diferenças significativas foram encontradas nas temperaturas mínima (P < 0.001) e média (P < 0.01) da termografia infravermelha da superfície do úbere e para a superfície dos tetos (P < 0.01), entre o grupo controlo (negativo à avaliação microbiológica; n = 29) e os diferentes grupos bacterianos isolados Staphylococcus aureus (n = 12) e estafilococos Coagulase-negativos (n = 12), mas não com Streptococcus spp. (n = 13) e com as leveduras (n = 11). As imagens ultrassonográficas não diferiram entre grupos. Em conclusão, foram determinados um conjunto de fatores fenotípicos específicos a considerar nos programas de controlo de mastites em explorações leiteiras da raça Serrana, ecótipo Transmontano. A termografia infravermelha parece ter potencial para diagnósticos de mastites in situ, mas são necessários mais estudos para aprimorar esta técnica.

Tese de doutoramento financiada pela Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), através dos projetos UID/CVT/00772/2013, UID/CVT/00772/2016 e UID/CVT/00772/2019, que permitiram a realização deste trabalho científico. Este estudo teve também o apoio da Associação Nacional de Caprinicultores da Raça Serrana (ANCRAS) e Cooperativa de Produtores de Leite de Cabra Serrana (LEICRAS).