Pet food: quality and quality improvement

Today’s pet food industry is growing rapidly, with pet owners demanding high-quality diets for their pets. The primary role of diet is to provide enough nutrients to meet metabolic requirements, while giving the consumer a feeling of well-being. Diet nutrient composition and digestibility are of crucial importance for health and well being of animals. A recent strategy to improve the quality of food is the use of “nutraceuticals” or “Functional foods”. At the moment, probiotics and prebiotics are among the most studied and frequently used functional food compounds in pet foods. The present thesis reported results from three different studies. The first study aimed to develop a simple laboratory method to predict pet foods digestibility. The developed method was based on the two-step multi-enzymatic incubation assay described by Vervaeke et al. (1989), with some modification in order to better represent the digestive physiology of dogs. A trial was then conducted to compare in vivo digestibility of pet-foods and in vitro digestibility using the newly developed method. Correlation coefficients showed a close correlation between digestibility data of total dry matter and crude protein obtained with in vivo and in vitro methods (0.9976 and 0.9957, respectively). Ether extract presented a lower correlation coefficient, although close to 1 (0.9098). Based on the present results, the new method could be considered as an alternative system of evaluation of dog foods digestibility, reducing the need for using experimental animals in digestibility trials. The second parte of the study aimed to isolate from dog faeces a Lactobacillus strain capable of exert a probiotic effect on dog intestinal microflora. A L. animalis strain was isolated from the faeces of 17 adult healthy dogs..The isolated strain was first studied in vitro when it was added to a canine faecal inoculum (at a final concentration of 6 Log CFU/mL) that was incubated in anaerobic serum bottles and syringes which simulated the large intestine of dogs. Samples of fermentation fluid were collected at 0, 4, 8, and 24 hours for analysis (ammonia, SCFA, pH, lactobacilli, enterococci, coliforms, clostridia). Consequently, the L. animalis strain was fed to nine dogs having lactobacilli counts lower than 4.5 Log CFU per g of faeces. The study indicated that the L animalis strain was able to survive gastrointestinal passage and transitorily colonize the dog intestine. Both in vitro and in vivo results showed that the L. animalis strain positively influenced composition and metabolism of the intestinal microflora of dogs. The third trail investigated in vitro the effects of several non-digestible oligosaccharides (NDO) on dog intestinal microflora composition and metabolism. Substrates were fermented using a canine faecal inoculum that was incubated in anaerobic serum bottles and syringes. Substrates were added at the final concentration of 1g/L (inulin, FOS, pectin, lactitol, gluconic acid) or 4g/L (chicory). Samples of fermentation fluid were collected at 0, 6, and 24 hours for analysis (ammonia, SCFA, pH, lactobacilli, enterococci, coliforms). Gas production was measured throughout the 24 h of the study. Among the tested NDO lactitol showed the best prebiotic properties. In fact, it reduced coliforms and increased lactobacilli counts, enhanced microbial fermentation and promoted the production of SCFA while decreasing BCFA. All the substrates that were investigated showed one or more positive effects on dog faecal microflora metabolism or composition. Further studies (in particular in vivo studies with dogs) will be needed to confirm the prebiotic properties of lactitol and evaluate its optimal level of inclusion in the diet.

Studio sulla perfusione di fegato e milza in animali non convenzionali mediante ecografia e tomografia computerizzata (TC) con mezzo di contrasto

Il presente studio rappresenta la prima applicazione della tecnica CEUS in alcune delle più diffuse specie non convenzionali, nonché la prima nei rettili. In particolare è stata investigata la perfusione di fegato e milza in 10 conigli, 10 furetti e il fegato in 8 iguane. Per quanto riguarda i mammiferi, la tecnica è risultata di facile attuazione e i risultati ottenuti erano equiparabili a quelli documentati per i piccoli animali. Maggiore variabilità si è messa in evidenza a livello splenico in entrambe le specie e nel coniglio rispetto al furetto. Nelle iguane è stata necessaria una modifica del protocollo a seguito dei tempi più lunghi delle fasi di wash in e di wash out. Le curve ottenute erano caratterizzate da picchi più bassi e TTP più lunghi, con wash out incompleto anche dopo 10 minuti di indagine. Nelle iguane l’indagine del fegato è stata approfondita grazie all’esecuzione di TC dinamiche con MDC, studio pioneristico per quanto riguarda la medicina dei rettili. L’esecuzione è avvenuta senza problemi in anestesia generale. Diffusione del MDC e conseguenti variazione di HU a livello aortico e epatico sono state considerate contemporaneamente, con costruzione di curve HU-tempo piuttosto ripetibili, entrambe caratterizzate da un wash in rapido, un picco, particolarmente alto a livello aortico, e da una fase di wash out più lento, anche qui incompleto dopo i 600 secondi di indagine. Una certa variabilità è stata notata in tre individui, risultato attendibile conseguentemente alla forte dipendenza da fattori intriseci ed estrinseci del metabolismo e della funzionalità epatica dei rettili. L’intero protocollo è stato applicato in un furetto e due iguane patologiche, al fine di evidenziare le potenzialità cliniche delle tecniche. Sebbene il numero esiguo di casi non permetta di trarre conclusioni a questo riguardo, l’ultimo capitolo della tesi vuole essere uno spunto per studi futuri.

Farmacocinetica della buprenorfina, e del suo metabolita norbuprenorfina, somministrata come infusione costante nel periodo post-operatorio in cagne sane sottoposte ad ovariectomia

Il dolore non è solo una conseguenza della malattia ma un fattore patogeno che è di per se stesso in grado di perpetuare il danno all’organismo. Il suo trattamento non è quindi solo un atto di umanità ma un contributo ad arrestare la malattia e restituire la salute al paziente. Tra i farmaci più popolari per la terapia del dolore negli animali da affezione si trova la buprenorfina. Questa molecola viene impiegata con successo da anni nel cane e nel gatto per motivi riconducibili, oltre che alla sua efficacia (la sua potenza è diverse volte quella della morfina), alla lunga durata d’azione e alla scarsità degli effetti collaterali. Nonostante l’ampia diffusione e longevità del suo utilizzo, però, sappiamo poco della farmacocinetica di questa molecola negli animali da affezione; i dosaggi clinicamente impiegati sono di fatto estrapolati dagli studi nell’uomo oppure basati su semplici osservazioni degli effetti; i pochi dati farmacocinetici ottenuti nel cane fanno riferimento a singoli boli di dosi che non sempre corrispondono a quelle clinicamente impiegate. Nonostante la buprenorfina trovi il suo principale impiego nelle somministrazioni protratte a lungo (durante il periodo post-operatorio o la degenza ospedaliera) non è mai stato indagato il profilo farmacocinetico della molecola somministrata a boli ripetuti o come infusione continua. Il nostro studio si pone come obiettivo di indagare la farmacocinetica della buprenorfina somministrata come bolo di carico seguito da un’infusione costante a dosaggi considerati clinici in cani sani nel periodo post operatorio. Lo scopo ultimo è quello di sviluppare un protocollo per la somministrazione di questa molecola in modo prolungato in pazienti degenti ed addolorati per poi, in futuro, confrontare la somministrazione come infusione continua con i tradizionali boli ripetuti. Per lo studio sono state utilizzate giovani cagne adulte di taglia media o grande sottoposte ad intervento di ovariectomia.

Studio longitudinale sulle capacità cognitive del cane: discriminazione di quantità ed apprendimento per imitazione in relazione all'attaccamento

Il presente studio ha indagato e valutato alcune abilità cognitive del cane: la capacità di discriminare quantità e le capacità di apprendimento mediante imitazione; quest’ultima è poi stata messa in relazione con l’attaccamento nei confronti del proprietario. Per l’esecuzione della prima indagine sono stati messi appunto due test: il primo si è basato esclusivamente sulla presentazione di uno stimolo visivo: diversi quantitativi di cibo, differenti tra loro del 50%, sono stati presentati al cane; la scelta effettuata dai soggetti testati è stata premiata con differenti tipi di rinforzo differenziale o non differenziale. Il secondo test è stato diviso in due parti: sono stati presentati al cane diversi quantitativi di cibo sempre differenti tra loro del 50% ma nella prima parte del test l’input sensoriale per il cane è stato esclusivamente uditivo mentre nella seconda parte è stato sia uditivo che visivo. Ove è stato possibile è stato applicato ai cani un cardiofrequenzimetro al fine di eseguire una valutazione delle variazioni della frequenza cardiaca nel corso del test. Lo scopo è stato quello di valutare se i soggetti testati erano in grado di discriminare la quantità maggiore. La seconda indagine ha analizzato le capacità di apprendimento di 36 soggetti che sono stati suddivisi in cani da lavoro e pet. I soggetti protagonisti dello studio hanno eseguito il Mirror Test per la valutazione dell’apprendimento per imitazione. I soggetti presi in considerazione, sono stati sottoposti a scansione termografica all’inizio ed al termine del test ed è stata rilevata la loro frequenza respiratoria nella fase iniziale e finale del test. In 11 soggetti che hanno eseguito il precedente test è stato possibile eseguire anche il Strange Situation Test per la valutazione dell’attaccamento al proprietario; i test in questione sono stati videoregistrati ed analizzati per mezzo di un software preposto (OBSERVER XT 10).

Phenotypic and genotypic characterisation of antimicrobial resistance in Escherichia coli indicator of animal, food and human origin.

This thesis presents AMR phenotypic evaluation and whole genome sequencing analysis of 288 Escherichia coli strains isolated from different sources (livestock, companion animal, wildlife, food and human) in Italy. Our data reflects general resistance trends in Europe, reporting tetracycline, ampicillin, sulfisoxazole and aminoglycosides resistance as the most common phenotypic AMR profile among livestock, pets, wildlife and humans. Identification of human and animal (livestock and companion animal) AMR profiles in niches with a rare (fishery, mollusc) or absent (vegetable, wild animal, wild boar) direct exposure to antimicrobials, suggests widespread environmental pollution with ARGs conferring resistance to these antimicrobials. Phenotypic resistance to highest priority critically important antimicrobials was mainly observed in food-producing animals and related food such as rabbit, poultry, beef and swine. Discrepancies between AMR phenotypic pattern and genetic profile were observed. In particular, phenotypic aminoglycoside, cephalosporin, meropenem, colistin resistance and ESBL profile did not have a genetic explanation in different cases. This data could suggest the diffusion of new genetic variants of ARGs, associated to these antimicrobial classes. Generally, our collection shows a virulence profile typical of extraintestinal pathogenic Escherichia coli (ExPEC) pathotype. Different pandemic and emerging ExPEC lineages were identified, in particular in poultry meat (ST10; ST23; ST69, ST117; ST131). Rabbit was suggested as a source of ST20-ST40 potential hybrid pathogens. Wildlife carried a high average number (10) of VAGs (mostly associated to ExPEC pathotype) and different predominant ExPEC lineages (ST23, ST117, ST648), suggesting its possible involvement in maintenance and diffusion of virulence determinants. In conclusion, our study provides important knowledge related to the phenotypic/genetic AMR and virulence profiles circulating in E. coli in Italy. The role of different niches in AMR dynamics has been discussed. In particular, food-producing animals are worthy of continued investigation as a source of potential zoonotic pathogens, meanwhile wildlife might contribute to VAGs spread.

Gross and Microscopic Morphological Anatomical Study of the Guinea Pig (Cavia porcellus) and the Capybara (Hydrochoerus hydrochaeris), Aimed at the Preparation of a Comparative Anatomical Atlas of the Different Systems

In recent years, there has been an exponential increase in the so-called “new pets���, including the domestic guinea pig (Cavia porcellus) and the capybara (Hydrochoerus hydrochaeris), two closely related Caviid rodents native to South America. Both historically bred for food purposes, they have more recently become increasingly popular as pets in the European and American continents, respectively. This led to an increasing veterinary interest in deepening the knowledge regarding their normal anatomy, as a basic contribution to other fields of veterinary medicine, including diagnostic imaging, surgery, and pathological anatomy. Being part of a bilateral framework co-tutelage agreement leading to a joint Doctoral Degree between the Alma Mater Studiorum of Bologna, Italy and the Universidad Nacional del Litoral of Santa Fe, Argentina, this research project was partly carried out in Italy (study of guinea pigs) and partly in Argentina (study of capybaras). It consisted in the macroscopic study, through anatomical dissections of carcasses of both species as well as the use of anatomical casts, and in the histological study of the various systems in the two species, and was aimed at creating a gross and microscopic comparative anatomical atlas. From the gross and microscopic morphological and morphometrical anatomical study of the different system of the guinea pig and capybara, several analogies and differences emerged. The creation of a comparative anatomical atlas of gross and microscopic anatomy of the capybara and the guinea pig might prove useful for clinical, zootechnical and research purposes.

Utilizzo integrato di metodiche molecolari per la ricerca e la caratterizzazione genetica degli agenti infettivi in carnivori domestici e selvatici

Nel periodo compreso tra il 2019 e il 2022 sono state testate differenti matrici biologiche di carnivori domestici e selvatici provenienti dall’Italia e da altri Paesi europei (Norvegia, Romania). Diversi saggi molecolari, tra cui real-time PCR, end-point PCR, semi-nested PCR, retrotrascrizione e rolling circle amplification, sono stati utilizzati per ricercare il DNA o l’RNA genomico di virus e batteri. Il sequenziamento dell’intero genoma o di geni informativi dei patogeni identificati ne ha inoltre consentito la caratterizzazione genetica e l’analisi filogenetica. Gli studi, svolti presso il Dipartimento di Scienze Mediche Veterinarie dell’Università di Bologna, erano focalizzati nei confronti di alcuni virus a DNA, come Carnivore protoparvovirus 1 in lupi dall’appennino italiano e cani dalla Romania, adenovirus canino di tipo 1 e 2 in cani e lupi provenienti dal territorio nazionale, circovirus canino in cani e lupi italiani e volpi rosse e artiche della Norvegia; virus a RNA, come il canine distemper virus in faine recuperate nel territorio italiano e il calicivirus felino in gatti con diagnosi di poliartrite; e batteri appartenenti alla specie Anaplasma phagocytophilum in gatti deceduti e sottoposti a necroscopia in Italia. Dai risultati ottenuti è emerso che gli agenti infettivi indagati circolano nelle popolazioni di carnivori domestici e selvatici in forma asintomatica o determinando talvolta sintomatologia clinica. In alcuni animali testati è stata rilevata la coinfezione con diversi agenti patogeni, condizione che può predisporre ad un aggravamento della sintomatologia clinica. Dall’analisi filogenetica sono emerse relazioni tra gli agenti infettivi rilevati nelle differenti specie animali suggerendone la trasmissione tra ospiti domestici e selvatici e confermando il ruolo epidemiologico svolto dei carnivori selvatici nel mantenimento dei patogeni nel territorio. Alla luce dei dati ottenuti, è importante sottolineare l’importanza delle misure di profilassi, in particolare la vaccinazione degli animali da compagnia, per ridurre la trasmissione e la diffusione degli agenti infettivi.