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La fenomica del latte: usare le tecnologie dell'infrarosso per valutare lo stato nutrizionale e di salute degli animali


Negli ultimi decenni le Scienze Zootecniche si sono concentrate nel ricercare il perfezionamento delle prestazioni e attitudini produttive degli animali da allevamento. Tuttavia, questa specializzazione ha presentato anche degli effetti negativi sugli animali in alcune fasi della loro vita. Un recente studio ha esaminato come l'analisi a infrarossi del latte possa aiutare a prevenire le problematiche di salute degli animali allevati e migliorarne il benessere e le capacità produttive. Di seguito l'approfondimento.


Negli ultimi decenni, la gestione e le prestazioni produttive del bestiame si sono trasformate e sviluppate drasticamente, soprattutto nel settore dei bovini da latte. Negli ultimi 40 anni la produzione di latte per vacca è più che raddoppiata nelle razze specializzate, come la Holstein, ed è ora circa sei volte superiore a quella di 100 anni fa. Le vacche ad alta produzione oggi possono facilmente fornire 12.000 kg di latte all'anno.



In considerazione di ciò, è evidente che nei moderni animali in lattazione la produzione di latte rappresenta la priorità metabolica attorno alla quale tutte le altre attività fisiologiche sono coordinate e, per certi aspetti, ridotte al minimo (ad esempio, la fertilità).


Questo fenomeno, noto come omeoresi, è particolarmente evidente negli animali appartenenti a razze cosmopolite e altamente selezionate, che soffrono regolarmente di un bilancio energetico negativo all'inizio della lattazione e spesso presentano importanti disturbi metabolici come chetosi e ipocalcemia.


Questo è particolarmente il caso di razze o popolazioni sottoposte a forte pressione selettiva come le vacche Holstein e Brown Swiss, le pecore Frisone Orientali e le capre Saanen dove l'attività più cruciale è il rifornimento della ghiandola mammaria di nutrienti energetici prelevati dal flusso sanguigno: glucosio circolante, acidi grassi volatili dal rumine (e in misura minore dall'intestino crasso), acidi grassi a catena medio-lunga, zuccheri, minerali e vitamine provenienti dal processo di digestione e assorbimento nell'intestino tenue, acidi grassi non esterificati (NEFA) dal tessuto adiposo, calcio dalle ossa e aminoacidi dal tessuto muscolare.


Nei sistemi di allevamento intensivo, una transizione efficiente da un periodo non produttivo (asciutta) alla lattazione è fondamentale per limitare il rischio di malattie e aumentare la durata della vita produttiva degli animali da latte. Sebbene la maggior parte degli allevatori presti molta attenzione alla dieta e agli integratori somministrati agli animali al momento del parto, sul campo continuano a verificarsi adattamenti omeorici e omeostatici inadeguati ed economicamente rilevanti, che incidono negativamente sulla salute degli animali e sul reddito degli allevatori. Questo problema sta emergendo progressivamente anche in alcune razze a duplice attitudine.


L'attuale elevato livello di produttività degli animali da latte, in particolare dei bovini, è stato accompagnato da un significativo aumento dei problemi nutrizionali, metabolici e di fertilità, che per anni sono stati trascurati dai principali stakeholder, allevatori compresi. Infatti, gli effetti indesiderati pleiotropici e/o latenti hanno fatto sì che circa un terzo delle vacche abbia almeno una malattia clinica (metabolica e/o infettiva) nel corso della carriera e più della metà delle vacche da latte abbia almeno un evento subclinico entro i primi 90 giorni di lattazione.


In altre specie da latte, la situazione è abbastanza simile. Secondo Bertoni e Trevisi, migliorare la resilienza e l'adattamento degli animali allo stress metabolico è una strategia efficace per aumentare i profitti riducendo i costi indiretti, come quelli associati alla cattiva salute degli animali e alla scarsa fertilità.

Il monitoraggio dello stato nutrizionale e sanitario degli animali in lattazione è di particolare interesse in questo contesto, con l'obiettivo principale di prevenire e individuare precocemente problemi metabolici ed eventi sanitari.


Nella pratica, la disponibilità di strumenti diagnostici automatizzati, non invasivi ed economici a livello di mandria è fondamentale nel settore lattiero-caseario contemporaneo. Inoltre, i diversi attori della filiera lattiero-casearia possono trarre vantaggio da proxy nuovi e facilmente interpretabili per identificare i problemi di salute che possono estendersi a tutto il periodo della lattazione, monitorando gli effetti collaterali delle alterazioni metaboliche.


Durante la lattazione, la ghiandola mammaria dei mammiferi produce il latte, che è una matrice disponibile su base giornaliera negli animali da latte, facile da campionare e manipolare, e in parte un potenziale specchio delle condizioni dell'animale. I componenti lordi e dettagliati del latte, infatti, sono riconosciuti come una fonte di informazioni facilmente accessibile.


Ad esempio, le variazioni nella concentrazione nel latte di alcuni minerali o metaboliti possono riflettere le fluttuazioni della salute, dello stato nutrizionale, del benessere generale e del comportamento.

Questo accade perché la barriera sangue-latte regola il passaggio di molecole dal flusso sanguigno al lume alveolare (latte) e viceversa. Considerando che la concentrazione di alcune molecole specifiche aumenta nel sangue in presenza di una malattia/disturbo, risulta evidente come il latte possa essere un mezzo altamente informativo disponibile a basso costo e senza necessità di procedure di campionamento invasive.



La raccolta e il campionamento del latte, infatti, sono già integrati nelle routine di mungitura standard degli allevamenti commerciali e le analisi vengono effettuate regolarmente per il monitoraggio della qualità del latte.


Per la maggior parte delle caratteristiche tradizionali della composizione del latte, la determinazione puntuale viene effettuata mediante la spettroscopia a infrarossi, una tecnica rapida, non inquinante ed economica che utilizza la luce infrarossa per scansionare la materia e rilevare la vibrazione di specifici legami chimici, producendo un profilo di assorbimento con valori di assorbanza per i singoli waven della luce infrarossa. All'interno dello spettro, esistono regioni note associate a specifici componenti del latte, ad esempio per le proteine del latte, i carboidrati (zuccheri) o i lipidi.


Sebbene gli articoli di revisione sulle applicazioni della spettroscopia infrarossa per la previsione di vari tratti nel latte siano numerosi, attualmente non esiste un rapporto completo sulla capacità predittiva della spettroscopia infrarossa per la salute e lo stato metabolico degli animali. Pertanto, la presente rassegna si propone di:


  1. esplorare la letteratura sul ruolo della matrice del latte come specchio dello stato nutrizionale e di salute degli animali da latte;

  2. riassumere lo stato attuale dell'uso degli spettri del latte per il monitoraggio preciso degli animali da latte, evidenziando le sfide e le prospettive in termini di agricoltura di precisione, alimentazione personalizzata e allevamento selettivo.


Conclusioni e possibili sviluppi dello studio

La complessità della matrice del latte racchiude un immenso potenziale come fonte di importanti biomarcatori per gli animali da latte, fungendo da specchio per vari disturbi nutrizionali e di salute. Tuttavia, nonostante la loro utilità, gli attuali metodi analitici sono costosi, lunghi e poco pratici per essere eseguiti e adottati su larga scala.


Queste sfide hanno stimolato l'esplorazione di tecnologie alternative (a basso costo, ad alta tecnologia e rapide), con FTIR e NIR in prima linea. Tuttavia, persistono degli ostacoli, tra cui la necessità di definire obiettivi adeguati per i tratti legati alle malattie metaboliche e di comprendere a fondo il ruolo di specifici biomarcatori ematici. Nonostante queste sfide, il potenziale delle previsioni a infrarossi nelle applicazioni su larga scala rimane significativo.


Infine, in un contesto di riproduzione selettiva, sarà indispensabile uno sforzo collaborativo e collettivo per ottenere banche dati internazionali estese e uniformi senza i vincoli della protezione brevettuale. Tale sforzo collettivo faciliterebbe la definizione completa di nuovi marcatori di resilienza nelle razze da latte cosmopolite, ponendo solide basi per il miglioramento genetico della salute e del benessere degli animali.


 

Fonti:

Il presente articolo è un estratto della pubblicazione intitolata "Enhancing the socio-cultural valuation of ecosystem services in Mountain animal production: a case study from piedmont’s alpine valley (North-west Italy)" presente sull'Italian Journal of Animal Sciences e consultabile in versione integrale al seguente link:

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