Studio delle risposte comportamentali, produttive e sanitarie di bovine in lattazione esposte a diversi regimi dietetici

L'unifeed a secco è il più diffuso nell'areale del Parmigiano Reggiano. In questa situazione, la peNDF deve essere ridotta per evitare selezione. Di conseguenza spesso presenta valori sotto la soglia minima. In più, spesso i fieni utilizzati sono di scarso valore nutritivo e si rendono necessari elevati livelli di concentrati nella razione. Tutto questo può portare alla diminuzione del tempo di ruminazione e produzione di saliva, aumentando il rischio di SARA. Dopo queste brevi premesse, due prove sono state effettuate presso la stalla sperimentale dell'università di Bologna. La prima con lo scopo di studiare il comportamento alimentare di vacche in lattazione sottoposte a regimi ad libitum/razionato con assenza/presenza di fieno lungo. La seconda si svolse con un improvviso cambio di stabulazione, dalla libera alla fissa, e quota di concentrati nell'unifeed. Da queste prove un grande mole di dati è stata registrata, grazie ai collari della ruminazione, boli reticolari e mangiatoie automatiche. I risultati ottenuti ci hanno permesso di confermare le interconnessioni tra comportamento alimentare, ruminazione e pH. Abbiamo anche verificato l'importanza di costanza di preparazione dell'unifeed e la grande capacità di adattamento delle bovine. Infatti la variabilità nelle gestione della mandria può provocare importanti sanitari. Quindi suggeriamo la supplementazione di fieno lungo in mangiatoia e lo sviluppo di tecnologia NIR in linea sul carro miscelatore. Infine sono state registrate importanti differenze individuali nel far fronte agli stati di stress alimentare. Uno studio più approfondito di questi aspetti sicuramente avrebbe risvolti positivi nella gestione della mandria e aprile la possibilità all'introduzione di nuovi indici di selezione.

Ruolo del gene umano CYYR1: dallo studio funzionale dell'ortologo in Danio rerio alla potenziale implicazione in processi tumorigenici

Il locus CYYR1 identificato e clonato sul cromosoma 21 umano è stato caratterizzato dal punto di vista molecolare come un sistema multitrascritto, esclusivo dei vertebrati che ad oggi è orfano di una funzione specifica. Dati presenti in lettura e rintracciati mostrano una possibile relazione tra il gene CYYR1 e il pathway di Sonic Hedgehog (SHH). In questo progetto di tesi è stato utilizzato il modello animale Danio rerio per indagare il ruolo funzionale dell’ortologo (cyyr1), attraverso esperimenti di gain e loss of function che hanno permesso di dimostrare un suo coinvolgimento nello sviluppo del sistema nervoso centrale, del cuore e del tessuto muscolare. Lo studio dell’ortologo in zebrafish è stato associato all’utilizzo di linee cellulari di rabdomiosarcoma umano. I risultati ottenuti dall’induzione al differenziamento miogenico di queste linee, insieme ai dati ottenuti in Danio rerio, confermano il possibile coinvolgimento del gene CYYR1 nella miogenesi. Lo studio delle relazione tra il pathway di SHH e l’espressione del gene CYYR1 è stato condotto in entrambi i modelli con l’utilizzo di differenti inibitori della via di segnalazione. I risultati ottenuti mostrano che sistemi inibitori agenti direttamente sul recettore SMO riducono l’espressione del gene. Un dato inaspettato in Danio rerio ottenuto durante questi esperimenti di inibizione, ha aperto una nuova linea di ricerca in collaborazione con l’Università di Warwick tesa a verificare la relazione tra il gene cyyr1 e il gene lefty1. Gli esperimenti condotti presso il laboratorio della Prof.ssa Sampath hanno dimostrato la localizzazione del prodotto proteico cyyr1 in Danio rerio e indagato co-localizzazioni con la proteina lefty1. Infine, in collaborazione con Dr. Deflorian e della Prof.ssa Pistocchi, è stato generato un mutante di Danio rerio deleto per il gene cyyr1 con la tecnica CRISPR/Cas9. La caratterizzazione del mutante cyyr1 -/- ha confermato alcuni dei dati ottenuti attraverso esperimenti di loss of function.

Viticoltura virtuosa e resiliente in un faro Agroecologico della Romagna

L’elaborato sperimentale è stato condotto in un giovane vigneto di Grechetto Gentile in fase di allevamento, presso il Faro Agroecologico Cantina Bulzaga (Brisighella, RA), un’azienda biologica che adotta strategie di gestione agroecologiche. Il lavoro ha messo in luce i molteplici vantaggi della gestione agroecologica in un contesto pedoclimatico caratterizzato dalla scarsità di risorse idriche, accentuata dai cambiamenti climatici. I riscontri sperimentali hanno fatto emergere quanto sia importante il ricorso a specifiche consociazioni, incentrate sulla biodiversità funzionale, per la creazione di ecosistemi resilienti ai cambiamenti climatici e il miglioramento dell’acquisizione delle risorse naturali dal suolo. La presenza di trifoglio brachicalicino (leguminosa annuale autoriseminante) lungo il filare ha determinato un significativo aumento della produzione e della crescita vegetativa delle giovani viti. Gli effetti riscontrati sono riconducibili alla maggiore disponibilità di azoto nel suolo e al miglioramento dello stato idrico, un aspetto già evidenziato in vigneti adulti. Un altro importante risultato emerso dal lavoro di tesi è la polifunzionalità del Faro Agroecologico, che ha suscitato molto fascino e curiosità in viticoltori, studenti e cittadini, offrendo un forte impulso all’enoturismo local,e attratto anche dalla biodiversità vegetale, animale ed enologica che distingue con originalità questo Faro della Romagna.

Feeding the Gut Microbiome and Immune Maturation to Manage Weaned Piglets

This thesis reports five studies that may contribute to understand how weaning affects the immune and intestinal microbiota maturation of the piglet and proposes some possible nutritional strategies to attenuate its negative effects. The first study showed that weaning is associated in Payer’s patches with the activation of MHC response against class I antigens and that related to the stimulation to IFN-γ and showed, for the first time, that their blood at weaning remains dominated by immature blood cells. In the second study we tested if the use of a live vaccine against a conditionally but also genetically based intestinal disease, like PWD, could have an impact on the growth performance of pigs and their intestinal microbiota and if it could provide a model to test the response to nutritional strategies under conditions of an immune and intestinal stimulation for animals susceptible to ETEC type. In this study, we demonstrated how a vaccinal strain of F4/F18 E. coli can affect the gut microbial composition of piglets, regardless of their genetic susceptibility to ETEC infection. In the third study we evidenced how a nucleotide supplementation can favor the proliferation of jejunal Peyer patches and anticipate the maturation of the fecal microbiota. In the fourth study we reported how xylanase can favor the proliferation of Lactobacillus reuteri. Finally, we showed some first results on the muscles fiber development in fast- and slow-growing suckling pigs and the relationship with the intestinal microbiota. Taken together, the results presented in this thesis provide new insight about the interplay between the host-genetics, gut microbial composition, and host physiological status. Furthermore, it provides confirmation that the use of known genetic markers for ETEC F4 and F18 could represent a potential tool to stratify the animals in the trials both in healthy or challenge-based protocols.

Multifactorial analysis and food safety issues of edible marine gastropods intended for human consumption

The present thesis aims to evaluate a method to assess the viability; estimate the bacterial and viral (Hepatitis A and Norovirus) contamination; describe how some parameters change during a week in refrigerated condition and after 24 hours of immersion; estimate indole-producing bacteria and biogenic amines; evaluate the presence of saxitoxin and tetrodotoxin. The method to assess the viability using sea salt is easy to apply. Marine gastropods did not accumulate fecal contaminants, but vibrios due to their feeding. The Vibrio spp. load was even higher than the one registered on Ruditapes philippinarum belonging to the same area For what to concern the evaluation during a week in refrigerated condition and after 24 hours of immersion, non-re-immersed gastropods exceeded the acceptable mortality (10%) after three days in refrigerated conditions, but the Vibrio spp. load did not show a significant increase within three days. The TVC was already high from the beginning and its major part consisted of SSOs, which could be explained by gastropods’ feed, such as the Pseudomonas spp. load and the abundance of IPB. The BAs amount was also correlated with viability and had a statistically significant difference within a week on refrigerated conditions, principally because putrescine, tyramine, spermidine, and cadaverine rise in non-re-immersed samples. It also should be noted that the BAs amount was higher on average than the recommendation of literature. Moreover, re-immersed batches showed acceptable viability even after 3 days, and the Vibrio spp. load, TVC, SSOs, and biogenic amines remained almost constant within a week contrary to non-re-immersed samples. Finally, T. mutabilis and B. brandaris did not accumulate NoVs and TTX. We obtained only one positivity of the HAV sample and traces of STX (not at levels toxic to humans). Our results contribute to identifying food-borne hazards for T. mutabilis and B. brandaris.

Il benessere del suino pesante italiano: esperienze di ricerca in allevamento, durante il trasporto e nella percezione dei consumatori

Questo elaborato contiene studi riguardanti il benessere del suino pesante italiano ed in particolare si sofferma su alcuni aspetti particolarmente significativi per il miglioramento del benessere. Gli aspetti in esame hanno riguardato la percezione da parte del consumatore italiano del benessere in azienda; inoltre sono stati studiati gli effetti sul benessere di alcune caratteristiche dell'allevamento e di aspetti multifattoriali riguardanti il trasporto al macello. Alla luce dei lavori contenuti in questo lavoro, emerge come una revisione della normativa, anche considerando la categoria dei suini pesanti, possa migliorare notevolmente le loro condizioni di benessere. I consumatori italiani, infatti, hanno confermato di essere attenti e interessati al benessere animale, oltre che disposti a spendere di più per gli animali derivanti da pratiche innovative e più rispettose del benessere, come l'immunocastrazione. Un altro criterio importante, soprattutto in questa categoria di prodotti, è la disponibilità di spazio. Le nostre evidenze sperimentali dimostrano che garantire a questa categoria di suini requisiti di spazio superiori a quelli richiesti dalla normativa migliora il comportamento degli animali e i parametri di produzione. Infine, in termini di trasporto, lo studio da noi condotto ha permesso di identificare parametri da utilizzare come indicatori del livello di stress degli animali, risultando in una buona correlazione con i parametri di stress ematobiochimico. A conclusione di queste variegate esperienze di ricerca, si evidenzia quindi come investire in ulteriori impegni da parte del settore suinicolo, perseguendo l'obiettivo di ridurre al minimo gli stress a cui sono sottoposti i suini pesanti nel corso della loro vita, dall'adozione di tecniche di castrazione meno invasive, il miglioramento delle condizioni di allevamento e di trasporto, dovrebbe essere l'obiettivo comune di tutti i protagonisti della filiera, anche con l’obiettivo di ottenere un prodotto finale con un valore etico che soddisfi le aspettative implicite del consumatore.

Microbiome and resitome and foods of animal origin

To ensure food safety and to prevent food-borne illnesses, rapid and accurate detection of pathogenic agents is essential. It has already been demonstrated that shotgun metagenomic sequencing can be used to detect pathogens and their antibiotic resistance genes in food. In the studies presented in this thesis, the application shotgun metagenomic sequencing has been applied to investigate both the microbiome and resistome of foods of animal origin in order to assess advantages and disadvantages of shotgun metagenomic sequencing in comparison to the cultural methods. In the first study, it has been shown that shotgun metagenomics can be applied to detect microorganisms experimentally spiked in cold-smoked salmon. Nevertheless, a direct correlation between cell concentration of each spiked microorganism and number of corresponding reads cannot be established yet. In the second and third studies, the microbiomes and resistomes characterizing caeca and the corresponding carcasses of the birds reared in the conventional and antibiotic free farms were compared. The results highlighted the need to reduce sources of microbial contamination and antimicrobial resistance not only at the farm level but also at the post-harvest one. In the fourth study, it has been demonstrated that testing a single aliquot of a food homogenate is representative of the whole homogenate because biological replicates displayed overlapping taxonomic and functional composition. All in all, the results obtained confirmed that the application of shotgun metagenomic sequencing represents a powerful tool that can be used in the identification of both spoilage and pathogenic microorganism, and their resistome in foods of animal origin. However, a robust relationship between sequence read abundance and concentration of colony-forming unit must be still established.

Risk assessment to improve food safety along different food chains

The great challenges of today pose great pressure on the food chain to provide safe and nutritious food that meets regulations and consumer health standards. In this context, Risk Analysis is used to produce an estimate of the risks to human health and to identify and implement effective risk-control measures. The aims of this work were 1) describe how QRA is used to evaluate the risk for consumers health, 2) address the methodology to obtain models to apply in QMRA; 3) evaluate solutions to mitigate the risk. The application of a QCRA to the Italian milk industry enabled the assessment of Aflatoxin M1 exposure, impact on different population categories, and comparison of risk-mitigation strategies. The results highlighted the most sensitive population categories, and how more stringent sampling plans reduced risk. The application of a QMRA to Spanish fresh cheeses evidenced how the contamination of this product with Listeria monocytogenes may generate a risk for the consumers. Two risk-mitigation actions were evaluated, i.e. reducing shelf life and domestic refrigerator temperature, both resulting effective in reducing the risk of listeriosis. A description of the most applied protocols for data generation for predictive model development, was provided to increase transparency and reproducibility and to provide the means to better QMRA. The development of a linear regression model describing the fate of Salmonella spp. in Italian salami during the production process and HPP was described. Alkaline electrolyzed water was evaluated for its potential use to reduce microbial loads on working surfaces, with results showing its effectiveness. This work showed the relevance of QRA, of predictive microbiology, and of new technologies to ensure food safety on a more integrated way. Filling of data gaps, the development of better models and the inclusion of new risk-mitigation strategies may lead to improvements in the presented QRAs.

Stayability in Italian Simmental dual-purpose cows: phenotypic and genetic associations

In recent years, dairy farmers have observed a substantial decrease in cows’ survival, with a direct negative consequence on the profitability. Shorter lifespan raises questions about animal welfare and farming conditions at which cows are exposed to. However, the length of productive life depends also on voluntary culling due to low productivity and, in dual-purpose breed, to low price of carcasses (meat). The general aim of the thesis was to investigate the genetic and phenotypic relationship of functional longevity with morphological features like muscularity and body condition score (BCS) and productive traits within Italian Simmental dual-purpose dairy cattle raised in Emilia-Romagna herds.

Role of bioactive compounds in the gastrointestinal host-pathogen interaction of poultry and swine

The better understanding of mechanisms at the basis of host-pathogen interaction can represent a valid tool to increase productivity and contain economic losses in animal production through the maintenance of intestinal homeostasis. With this project, three preliminary in vitro studies were conducted with the aim of investigating how bioactive compounds could influence mechanisms of host-pathogen interaction in poultry and swine. Different panels of nature identical compounds, medium chain fatty acids, and plant extracts were employed against strains of Salmonella Typhimurium, Brachyspira hyodysenteriae, and Salmonella Enteritidis, respectively. When bacterial field strains were tested, the comparison between natural compounds and antibiotics was examined, with the aim of evaluating the role of the substances in the antibiotic-resistance context. Results demonstrate that bioactive compounds have positive effects on the host, the pathogen, or both in different experimental conditions. Additionally, when compared to antibiotics, bioactive compounds have proven to be valid alternatives to address the phenomenon of antibiotic resistance.

Nutritional strategies to modulate metabolism and heat stress resilience in dairy cattle

Physiological and environmental stressors can disrupt barrier integrity at epithelial interfaces (e.g., uterine, mammary, intestinal, and lung), which are constantly exposed to pathogens that can lead to the activation of the immune system. Unresolved inflammation can result in the emergence of metabolic and infectious diseases. Maintaining cow health and performance during periods of immune activation such as in the peripartum or under heat stress represents a significant obstacle to the dairy industry. Feeding microencapsulated organic acids and pure botanicals (OAPB) has shown to improve intestinal health in monogastric species and prevent systemic inflammation via the gut-liver axis. Feeding unsaturated fatty acids (FA) such as oleic acid (OA) and very-long-chain omega-3 (VLC n-3) FA are of interest in dairy cow nutrition because of their potential to improve health, fertility, and milk production. In the first study, we evaluated the effects of heat stress (HS) conditions and dietary OAPB supplementation on gut permeability and milk production. In parallel with an improved milk performance and N metabolism, cows supplemented with OAPB also had an enhanced hepatic methyl donor status and greater inflammatory and oxidative stress status compared to the HS control group. In a second study, we evaluated the relative bioavailability of VLC n-3 in cows fed a bolus of rumen-protected (RP) fish oil (FO). In a third study, we proved the interaction between RPFO and RP choline to promote the synthesis of phosphatydilcholines. Lipid forms that support hepatic triglyceride export and can prevent steatosis in dairy cows. The last study, demonstrated that algae oil outperforms against a toxin challenge compared to FO and that feeding RPOA modulates energy partitioning relative to n-3 FA-containing oils. Overall, this thesis confirms the need and the effectiveness of different strategies that aimed to improve dairy cows’ health and performance under heat stress, inflammation or metabolic disease.

Artisanal food productions of animal origin: exploring food safety in the age of Whole Genome Sequencing

The artisanal food chain is enriched by a wide diversity of local food productions with delightful organoleptic characteristics and valuable nutritional properties. Despite their increasing worldwide popularity and appeal, several food safety challenges are addressed in artisanal facilities context suffering from less standardized processing conditions. In such scenario, recent advances in molecular typing and genomic surveillance (e.g., Whole Genome Sequencing [WGS]) represent an unprecedent solution capable of inferring sources of contamination as well as contributing to food safety along the artisanal food continuum. The overall objective of this PhD thesis was to explore potential microbial hazards among different artisanal food productions of animal origins (dairy and meat-derived) typical of the food culture and heritage landscape belonging to Mediterranean countries. Three different studies were then carried out, specifically focussing on: 1) compare the seasonal variability of microbiological quality and potential occurrence of microbial hazards in two batches of Italian artisanal fermented dairy and meat productions; 2) Investigate genetic relationships as well as virulome and resistome of foodborne pathogens isolated within dairy and meat-derived productions located in Italy, Spain, Portugal and Morocco; 3) investigate the population structure, virulome, resistome and mobilome of Klebsiella spp. isolates collected from study 1, including an extended range of public sequences.

Role of organic acids and phytonutrients as natural alternatives to antibiotics in supporting intestinal functionality

The gastrointestinal tract (GIT) represents the major portion of the body that interfaces with the external environment, with the double function of food processing and line of defense of the body. Numerous components support and regulate the barrier function of the GIT, such as tight junctions (TJs), cytokines, commensal and pathogenic microorganisms, and other systems of the organism, as the endocannabinoid system (ECS). The ECS can control several gastrointestinal functions, as well as the regulation of intestinal inflammation. Failure of the intestinal barrier function triggers an increase of the concentration of pro-inflammatory cytokines and leads to a reduction in intestinal functionality. This thesis aimed to explore the potential of natural compounds as a new alternative approach to antibiotics not only as antimicrobial, but also supporting intestinal maturation and integrity, and as immune-boosting agents. Different experiments were performed to evaluate the potential of nature-identical compounds (NICs), organic acids (OAs), and essential oils (EOs) to support and fight various stressful stimuli. In vitro, a well characterized blend of NICs and OAs were able to improve TJs and transepithelial electrical resistance (TEER) in an intestinal cell line, exerting an anti-inflammatory potential. EOs enhanced TEER and TJs mRNA levels, with a reduction of paracellular permeability, showing antioxidant and antimicrobial properties. In vivo, thymol modulates the gene expression of ECS and gut chemosensing in the GIT of piglets, where the precise localization of the cannabinoid receptors was immunohistochemically confirmed, suggesting an anti-inflammatory potential. In conclusion, natural alternative molecules represent an effective alternative to support or replace the classical pharmacological prophylaxis. These alternative molecules act not only as antimicrobial agents, but also exerted a crucial role in supporting the intestinal barrier function, preventing oxidative stress, and reducing inflammation. Moreover, thymol seems able to modulate the ECS, representing a novel frontier to support animal health and productivity.

Sostenibilità degli allevamenti di bovini da latte: valutazione degli impatti ambientali di un'azienda emiliana.

Il surriscaldamento globale è un fenomeno preoccupante ed è accertato che le attività umane sono responsabili di questa crisi climatica causata dall’aumento dei gas serra immessi nell’atmosfera. L’agricoltura contribuisce per il 23% delle emissioni planetarie di gas serra, che derivano per quasi l’80% dalla gestione degli allevamenti. L’allevamento è responsabile di diversi impatti ambientali, quali le emissioni enteriche delle bovine, le emissioni dalla fase di gestione delle deiezioni, e quelle che avvengono nella fase di coltivazione dei terreni aziendali, quali le emissioni di protossido di azoto dovute alle fertilizzazioni azotate e le emissioni derivanti dall’uso dei combustibili per le macchine agricole utilizzate per la gestione del bestiame, il consumo idrico, il consumo di energia per la climatizzazione estiva dell’allevamento e la produzione e lo smaltimento dei rifiuti plastici. Il rapporto però tra produzione di bestiame e cambiamento climatico è bilaterale. Infatti, i cambiamenti climatici influiscono negativamente sulla produzione zootecnica, con effetti diretti sulla salute animale e sull'efficienza riproduttiva, ma anche effetti indiretti derivanti dai cambiamenti nella qualità e quantità dei mangimi, disponibilità di acqua, alterazioni dell'ecosistema che portano a cambiamenti nella distribuzione di agenti patogeni e malattie. Proprio alla relazione, biunivoca, tra allevamento del bestiame ed impatto ambientale è dedicata la presente tesi. È stato infatti condotto uno studio con l'obiettivo di valutare gli impatti ambientali degli allevamenti di bovini da latte, sulla base di un modello di valutazione del ciclo di vita (Life Cycle Assessment) per un allevamento campione di un’azienda emiliana. I risultati emersi mostrano la possibilità di identificare gli impatti più rilevanti nell'allevamento bovino nei mangimi, negli imballaggi in plastica, nel consumo di energia e carburante.

Ecologia, attivismo e traduzione: proposta di traduzione del saggio “Violence linguistique” di Marie-Claude Marsolier

L’obiettivo del presente elaborato è quello di proporre la traduzione dal francese all’italiano del saggio “Violence linguistique” di Marie-Claude Marsolier, tratto dal libro La pensée végane. 50 regards sur la condition animale, a cura di Renan Larue. Il primo capitolo dell’elaborato presenta l’analisi dell’opera nonché la relazione tra l’attività di traduzione e gli ambiti dell'ecologia e dell'attivismo, in particolar modo in riferimento al tema della condizione animale, argomento centrale nel saggio tradotto. Il contributo analizza infatti il ruolo del nostro linguaggio nel contribuire a rafforzare la distinzione tra animali ed esseri umani, ponendo questi ultimi in una posizione di superiorità rispetto ai primi. Segue, nel secondo capitolo, la proposta di traduzione del saggio, accompagnata da una nota prefativa che introduce la presenza di adattamenti rispetto al testo originale. Il terzo capitolo, infine, illustra le principali strategie traduttive adottate, ovvero le strategie che si sono rivelate più efficaci nella traduzione del testo in relazione ai temi trattati.