Focus su Benessere animale, tra contrasto e prevenzione dell’antibiotico resistenza e zootecnia di precisione, senza dimenticare sostenibilità e qualità e sicurezza garantite al consumatore 

Introduzione 

Cosa significa avere un approccio One Health? Questo termine indica la necessità di affrontare i problemi legati alla salute globale considerando simultaneamente la salute umana (Human Health, HH), la salute animale (Animal Health, AH) e la salute dell’ecosistema (Ecosystem Health, EH). 

Di fronte alla sfida di alimentare una popolazione in continuo aumento, che richiede un accesso sostenibile ad alimenti con adeguati apporti di proteine di alto valore biologico, la ricerca in campo zootecnico sta promuovendo un approccio di “intensificazione sostenibile”, che mira a produrre più efficientemente, riducendo gli sprechi e limitando il consumo di suolo (EH). Al centro di questa concezione vi è l’attenzione a rispettare gli equilibri ambientali e lo stato di salute degli animali allevati all’interno dei sistemi produttivi zootecnici (AH), fino ad arrivare al consumatore (HH). Le produzioni animali (e la relativa AH) si trovano al centro delle relazioni tra il sistema suolo-vegetazione (EH) e l’alimentazione umana (HH). 

Benessere animale, consumo di antibiotici e approccio One Health 

Attualmente, l’antibiotico resistenza (ABR) è considerata la più grave minaccia per la salute pubblica e la sanità animale a livello globale, insieme alla sfida del cambiamento climatico e della crescita della popolazione mondiale. Gli antibiotici sono farmaci (prodotti naturalmente da certi microrganismi o per via sintetica) in grado di uccidere i batteri o inibirne la moltiplicazione. Da quando sono stati scoperti, studiati e immessi in commercio (da metà del ‘900) hanno rivoluzionato la medicina. Il loro utilizzo “massiccio” ha contribuito a ridurre enormemente la mortalità associata alle malattie infettive e a migliorare la qualità della vita sia dell’uomo (HH) che degli animali (AH). Il consumo, però, eccessivo (abuso), inappropriato, indiscriminato (non clinico) nel tempo ha influenzato l’insorgenza del fenomeno dell’ABR, un meccanismo naturale di difesa dei batteri. Sotto la “pressione selettiva” degli antibiotici, i batteri, che esprimono o acquisiscono mutazioni favorevoli, possono sopravvivere e trasferire i geni di resistenza ad altri microrganismi. La rapida emergenza di batteri (sia patogeni che commensali) insensibili a uno o più antibiotici (multi-resistenti) e la loro diffusione nei diversi habitat (umani, animali e ambientali), oltre a causare l’aumento della mortalità per infezioni (anche comuni) incurabili, ha un forte impatto economico.  

A livello europeo e nazionale sono in atto da anni attività di sorveglianza dell’ABR e azioni politiche strategiche per regolare l’impiego (uso prudente e consapevole) degli antibiotici disponibili al fine di garantirne l’efficacia nel tempo, secondo l’approccio multidisciplinare One Health. Per contrastare la trasmissione dei patogeni resistenti attraverso la catena alimentare, dalla stalla alla tavola (dagli animali, all’ambiente, fino all’uomo e viceversa), sono stati finanziati progetti e linee di ricerca intersettoriali. 

Lo studio dei batteri e dell’antibiotico resistenza tramite la genomica 

Lo sviluppo delle tecnologie di sequenziamento di ultima generazione e di complessi approcci bioinformatici consente di identificare tutti i microrganismi presenti nei diversi habitat partendo dal loro DNA, inclusi quelli non coltivabili. È possibile caratterizzare le comunità microbiche presenti negli allevamenti, come nella lettiera, nell’acqua utilizzata, ma anche nell’apparato digerente, nelle feci, nelle urine e nel latte degli animali. 

Così come esistono varie categorie di antibiotici, ciascuna con un diverso meccanismo d’azione, altrettanto numerosi sono i tipi di resistenza. Lo studio dei ceppi batterici dotati di complessi meccanismi di detossificazione degli antibiotici può costituire una potente arma per combattere la diffusione delle resistenze. Diversamente dai metodi fenotipici, che testano la resistenza dei batteri a specifici antibiotici, la genomica permette di individuare i fattori genetici di ABR e di produzione di metaboliti (anche con effetto antimicrobico), favorendo così un uso mirato e ponderato degli antibiotici. 

L’impiego delle tecnologie digitali a supporto del benessere animale 

Nonostante i notevoli progressi raggiunti in campo zootecnico, grazie al miglioramento delle strutture di allevamento, all’applicazione di rigorose normative e ai numerosi controlli veterinari sullo stato sanitario degli animali e sui residui (farmaci, sostanze vietate o contaminanti ambientali) nei prodotti di origine animale (il 99,9% dei campioni analizzati annualmente rispetta i requisiti) e il netto calo dell’impiego di antibiotici in campo veterinario, i consumatori sono comunque preoccupati sui temi della sicurezza degli alimenti e del benessere degli animali negli allevamenti intensivi. 

Per garantire al consumatore prodotti sicuri e di elevata qualità nutrizionale, provenienti da aziende sostenibili da un punto di vista ambientale, economico e sociale, occorre adottare buone pratiche di allevamento e attuare azioni di prevenzione, controllo e cura delle patologie infettive, la cui insorgenza dipende dall’interazione tra animali, ambiente e microrganismi e ha un forte impatto economico per gli allevatori (costi dei trattamenti  e perdite quali-quantitative degli alimenti prodotti). 

A tal fine, specialmente negli allevamenti di medie e grandi dimensioni, si utilizza già da diversi anni un approccio tecnologico per la gestione degli aspetti produttivi, riproduttivi e sanitari, attraverso l’impiego di sensori, che consentono di misurare numerosi indicatori dello stato di salute degli animali. Le tecnologie usate per monitorare gli animali sono simili a quelle impiegate dagli sportivi o dai soggetti a rischio (es. gli orologi “smart”) per controllare parametri come frequenza cardiaca e respiratoria, pressione, saturazione dell’ossigeno, attività motoria e riposo. Negli animali, il monitoraggio delle principali attività (movimento, alimentazione, riposo) o dei parametri del latte, aiuta ad assicurare alti livelli di benessere, prevenendo o riconoscendo precocemente le patologie (non solo quelle infettive), con importanti risvolti etici, economici e ambientali per la sostenibilità. 

I progetti in corso   

I ricercatori del CREA-Zootecnia e Acquacoltura (CREA-ZA) conducono progetti di ricerca e di divulgazione con l’obiettivo di supportare gli allevatori a ridurre l’uso sistematico degli antibiotici e a sensibilizzare tutta la filiera sul problema dell’ABR. Adottando un approccio “preventivo”, promuovono una gestione igienico-sanitaria ottimale degli allevamenti e forniscono assistenza nell’uso e nell’interpretazione delle informazioni disponibili, come le analisi del latte e il monitoraggio del comportamento animale tramite tecnologie digitali, per controllare lo stato di salute degli animali. 

Nell’ambito del progetto AgriDigit, sottoprogetto PLF4Milk, finanziato dal MASAF, al CREA-ZA  hanno testato come i sistemi di preparazione e distribuzione automatizzata degli alimenti possano migliorare l’ingestione nelle ore più favorevoli, evitando il deterioramento degli alimenti durante le ore più calde della giornata. I risultati sono promettenti, soprattutto per il benessere delle bovine da latte ad alta produzione, in relazione allo stress da caldo. Utilizzando sensori per monitorare l’attività fisica e il tempo di ruminazione, hanno identificato la riduzione della ruminazione come un segnale precoce di scarso benessere, consentendo possibili interventi tempestivi di condizionamento ambientale e/o eventuali interventi sul singolo capo. Hanno anche osservato una significativa variabilità individuale nella risposta, con una più o meno spiccata attitudine a recuperare tempo alla ruminazione nelle ore notturne, indicando diverse capacità di adattamento delle bovine. 

Progetti come PLFNoDrug e Ctrl-C-Mast, finanziati dalla Regione Lombardia, stanno fornendo le basi scientifiche per una gestione integrata dei dati sulla salute e funzionalità della mammella, con l’obiettivo di ridurre l’uso degli antibiotici per trattare e prevenire le patologie mammarie (mastiti). I dati raccolti durante la lattazione, provenienti da controlli di produttività e da tutti i sensori presenti in allevamento, soprattutto da quelli connessi ai sistemi di mungitura, aiutano a determinare la probabilità di problemi di salute della mammella della bovina, permettendo a veterinari e allevatori di decidere quali animali necessitano di trattamenti farmacologici mirati. Lo studio in atto dei microrganismi presenti nel latte e la caratterizzazione delle fonti di resistenza agli antimicrobici, tramite approccio tradizionale, ma anche attraverso l’uso di tecnologie avanzate di sequenziamento dei genomi batterici, aumentano le informazioni disponibili per un uso consapevole e mirato dei farmaci in stalla. 

Acquacoltura (Domitilla Pulcini e Fabrizio Capoccioni) 

Che cos’è l’Acquacoltura? È quell’insieme di attività, differenti dalla pesca, finalizzate alla produzione controllata di specie acquatiche, tra cui pesci, molluschi, crostacei, micro- e macroalghe e piante acquatiche.  

Presso la sede di Monterotondo del Centro di Ricerca Zootecnia e Acquacoltura lavora dal 2013 il gruppo di Ricerca di Acquacoltura, costituito da sei tra ricercatori, tecnologi, assegnisti – tutti di età inferiore ai 45 anni – e da uno studente di dottorato in collaborazione con l’Università di Stirling (Scozia). Il background del gruppo spazia dalle scienze biologiche ed ecologiche a quelle naturali e veterinarie.  

Le attività, seppur molto diversificate, hanno il loro comune denominatore nell’obiettivo finale: il trasferimento tecnologico alle imprese del settore, per aumentarne, attraverso ricerca e innovazione, la sostenibilità e la produttività. Inoltre, il gruppo di acquacoltura collabora attivamente con la Direzione Generale della pesca marittima e l’acquacoltura del MASAF in tutte le sedi istituzionali nazionali e internazionali di propria competenza. 

L’acquacoltura a livello nazionale è un settore molto diversificato, con oltre trenta specie prodotte in acque dolci, marine e salmastre, con numerosi sistemi di allevamento, caratterizzato da una forte segmentazione, costituito prevalentemente da piccole e medie imprese.  

Nel prossimo decennio, l’acquacoltura, che negli ultimi anni ha visto una sostanziale stagnazione, dovrà assumere un ruolo sempre più importante per la costruzione di un sistema alimentare efficiente e moderno, contribuendo al contempo alla sostenibilità ambientale e alla conservazione della biodiversità. È infatti riconosciuto l’elevato potenziale dei prodotti d’acquacoltura come fonte di proteine nobili e acidi grassi polinsaturi con una bassa impronta di carbonio. Nonostante l’acquacoltura si considerata uno tra i sistemi di produzione zootecnica più sostenibili in termini di uso di risorse naturali, emissione di nutrienti, uso di superfici e consumo d’acqua dolce, è necessario migliorarne le performance ambientali attraverso la quantificazione e la mitigazione degli impatti. Inoltre, è fondamentale misurare e dare risalto ai servizi ecosistemici offerti dal settore, con particolare riferimento al potenziale effetto di contenimento dei cambiamenti climatici da parte dell’acquacoltura estensiva.  

In questo contesto, i ricercatori del CREA, insieme ai colleghi di 7 diversi paesi (Italia, Spagna, Portogallo, Polonia, Brasile, Finlandia e Svezia), con il progetto europeo BLUEBOOST puntano a dimostrare che il co-allevamento di specie di diverso livello trofico, tra cui pesci di alto valore commerciale (spigola, orata, cefalo), molluschi filtratori (mitilo, vongola, ostrica), invertebrati detritivori (oloturia) e specie autotrofe (macroalghe)  può contribuire a incrementare e diversificare le produzioni dell’attuale acquacoltura europea, riducendone al contempo l’impronta ambientale verso un’economia blu a zero emissioni. Questo modello di acquacoltura, detta multitrofica (Integrated MultiTrophic Aquaculture – IMTA), sarà studiato sia dal punto di vista tecnico (struttura ed operatività degli impianti su scala commerciale), che sotto l’aspetto della sostenibilità economica ed ambientale, attraverso la valutazione del ciclo di vita (LCA) dei prodotti ottenuti in sei sistemi IMTA realizzati durante lo svolgimento del progetto. 

In particolare, il CREA contribuirà al progetto fornendo conoscenze tecniche e scientifiche per confrontare gli impatti ambientali delle attuali monocolture (l’allevamento monospecifico delle specie ittiche) con i nuovi sistemi in cui saranno integrate le specie a basso livello trofico che potranno utilizzare, per la loro crescita, l’azoto e il fosforo emessi dai pesci, diminuendo i rischi di eutrofizzazione nei siti di allevamento. 

Siti web:
https://acquacolturacrea.fish/
https://blueboost.eu/

Research centre for Animal Production and Aquaculture. Livestock management as one health approach

Focus on animal welfare: addressing and preventing antibiotic resistance and precision livestock farming, while ensuring sustainability, quality, and consumer safety.  

Introduction 

What does it mean to have a One Health approach? This term indicates the need to address global health issues by simultaneously considering human health (HH), animal health (AH), and ecosystem health (EH). 

Faced with the challenge of feeding an ever-increasing population that requires sustainable access to food with adequate supplies of high biological value protein, research in livestock production is promoting an approach termed “sustainable intensification.” This approach aims to produce more efficiently, reducing waste and limiting land consumption (EH). Central to this concept is a focus on respecting environmental balances and the health status of animals raised within livestock production systems (AH), all the way to the consumer (HH). Animal productions (and related AH) lie at the center of the relationships between the soil-vegetation system (EH) and human nutrition (HH). 

Animal welfare, antibiotic consumption and the One Health approach  

Currently, antibiotic resistance (ABR) is considered the most serious threat to public and animal health globally, along with the challenge of climate change and global population growth. Antibiotics are drugs (naturally or synthetically produced by some microorganisms) that can kill bacteria or prevent their multiplication.  Since they were discovered, studied and put on the market (since the mid-1900s), they have revolutionized medicine. Their “massive” use has helped to greatly reduce mortality associated with infectious diseases and improve the quality of life for both humans and animals. However, excessive (abuse), inappropriate, indiscriminate (non-clinical) consumption over time have influenced the emergence of the   ABR phenomenon, a natural defense mechanism of bacteria. Under the “selective pressure” of antibiotics, bacteria that express or acquire favorable mutations can survive and transfer resistance genes to other microorganisms. The fast emergence of bacteria (both pathogens and commensals) that are insensitive to one or more antibiotics (multi-resistant) and their spread in different habitats (human, animal, and environmental), in addition to causing increased mortality from (even common) incurable infections, has a major economic impact. 

At the European and national level, ABR surveillance activities and strategic policy actions to regulate the use (prudent and informed use) of available antibiotics to ensure their efficacy over time have been ongoing for years, according to the multidisciplinary One Health approach. To counteract the transmission of resistant pathogens through the food chain, from the stable to the table (from animals to the environment to humans and vice versa), cross-sectoral projects and lines of research have been funded.  

The study of bacteria and antibiotic resistance through genomics 

The development of the latest sequencing technologies and complex bioinformatics approaches allow us to identify all microorganisms present in different habitats from their DNA, including those that cannot be cultivated. It is thus possible to characterize the microbial communities present on farms, such as in litter, in the water used, but also in the digestive tract, feces, urine, and animal milk.  

Just as there are various categories of antibiotics, each with a different mechanism of action, so are their numerous types of resistance too. The study of bacterial strains with complex antibiotic detoxification mechanisms can be a powerful weapon to fight resistance. In contrast to phenotypic methods, which test the resistance of bacteria to specific antibiotics, genomics allows the identification of genetic factors of antibiotic resistance and metabolite production (including those with antimicrobial effect), thus facilitating targeted and thoughtful use of antibiotics.  

The use of digital technologies to support animal welfare 

Despite the significant progress achieved in animal husbandry through improved breeding facilities, the enforcement of strict regulations and numerous veterinary checks on animal health status and residues (drugs, banned substances or environmental contaminants) in animal products (99.9% of samples analyzed annually meet the requirements), and the sharp decline in antibiotic use in veterinary medicine, consumers are still concerned about   food safety issues and animal welfare on intensive farms.  

 To guarantee consumers safe products of high nutritional quality, and from farms that are environmentally, economically and socially sustainable, it is necessary to adopt good animal husbandry practices and implement actions for the prevention, control and treatment of infectious diseases, the occurrence of which depends on the interaction between animals, the environment and microorganisms and has a strong economic impact on farmers (treatments costs and qualitative-quantitative losses of animal products). 

To this end, especially in medium- and large-scale livestock farms, a technological approach to managing production, reproductive and health facets has been used for several years now, using sensors that enable the measurement of numerous indicators of animal health status. The technologies used to monitor animals are like those used by athletes or at-risk individuals (e.g., “smart” watches) to monitor parameters such as heart and respiratory rate, blood pressure, oxygen saturation, motor activity, and rest. In animals, monitoring key activities (movement, feeding, resting) or milk parameters helps to ensure high levels of well-being, preventing or recognizing diseases (not only infectious ones) early, with important ethical, economic and environmental implications for sustainability. 

Current projects at CREA-Animal Production and Aquaculture 

Researchers at CREA-Animal Production and Aquaculture in Lodi conduct research projects and scientific dissemination to support farmers reducing the systematic use of antibiotics and to raise awareness throughout the supply chain on the antibiotic resistance issue. Adopting a “preventive” approach, they promote optimal herd hygiene management and assist in the use and interpretation of available information, such as milk analysis and animal behavior monitoring using digital technologies, to monitor the health status of animals.  

As part of the AgriDigit project, subproject PLF4Milk, funded by MASAF, at CREA- Animal Production and Aquaculture in Lodi, they tested how automated feed preparation and distribution systems can improve ingestion at the most favorable times of day, preventing feed spoilage during the hottest hours of the day. The results are promising, especially for the welfare of high-producing dairy cows in relation to heat stress. Using sensors to monitor physical activity and rumination time, they identified reduced rumination as an early sign of poor welfare, allowing for possible early environmental conditioning and/or possible individual-head interventions. They also observed significant individual variability in response, with a fairly pronounced aptitude to recover time to rumination at night, indicating different adaptive capacities of cows. 

Projects such as PLFNoDrug and Ctrl-C-Mast, funded by the Lombardy Region, are providing the scientific basis for integrated data management of udder health and function, with the goal of reducing the use of antibiotics to treat and prevent udder diseases (mastitis). Data collected during lactation from productivity checks and from all sensors on the farm, especially those related to milking systems, help to determine the likelihood of udder health problems in cattle, allowing veterinarians and breeders to decide which animals need targeted drug treatments. Ongoing study of microorganisms in milk and characterization of sources of antimicrobial resistance, through traditional approaches, but also using advanced bacterial genome sequencing technologies, increase the information available for informed and targeted use of drugs in the barn. 

Not just animal husbandry… let’s discover CREA Aquaculture  

At the Monterotondo branch of the Animal Production and Aquaculture Research Center, the aquaculture group has been operative since 2013. Aquaculture encompasses a set of activities, distinct from fishing, aimed at the controlled production of aquatic species, including fish, mollusks, crustaceans, micro- and macroalgae, and aquatic plants.  

This is a group of young researchers, six researchers, technologists, and research fellows—all well under the age of 45 to be precise—and one PhD student in collaboration with the University of Stirling (Scotland). The team’s expertise spans across biological, ecological, natural, and veterinary sciences.  

Although the group’s activities are different from one another, they share a common goal: technology transfer to industry to enhance sustainability and productivity through research and innovation. Moreover, the aquaculture group collaborates with the Directorate-General for Maritime Fisheries and Aquaculture of MASAF in national and international institutional settings.  

At the national level, aquaculture is a highly diversified sector, with over thirty species produced in freshwater, marine, and brackish environments, using various farming systems. The sector is strongly segmented and is made up of small and medium-sized enterprises. In the next decade, aquaculture, which has been brought to a halt in recent years, must take a significant role in building an efficient and modern food system, contributing to environmental sustainability and biodiversity conservation. The high potential of aquaculture products as a source of high-quality proteins and polyunsaturated fatty acids with a low carbon footprint is well recognized. Although aquaculture is considered one of the most sustainable animal production systems, in terms of natural resource use, nutrient emissions, land use, and freshwater consumption, it is essential to improve its environmental performance through the quantification and mitigation of impacts. Moreover, it is crucial to measure and highlight the ecosystem services offered by the sector, particularly the potential climate change mitigation effects of extensive aquaculture.  

In this scenario, CREA researchers, together with other colleagues from seven different countries (Italy, Spain, Portugal, Poland, Brazil, Finland, and Sweden), are involved in the European project BLUEBOOST, aiming to demonstrate that co-cultivation of species from different trophic levels—including commercially valuable fish (seabass, gilthead seabream, mullet), filter-feeding mollusks (mussel, clam, oyster), detritivorous invertebrates (sea cucumber), and autotrophic species (macroalgae)—can contribute to increase and diversify production in European aquaculture while simultaneously reducing its environmental footprint, advancing towards a zero-emission blue economy. This aquaculture model, known as Integrated Multi-Trophic Aquaculture (IMTA), will be studied from both a technical standpoint (structure and operation of commercial-scale systems) and in terms of economic and environmental sustainability, through life cycle assessment (LCA) of products obtained from six IMTA systems implemented during the project.  

CREA will contribute to the project providing technical and scientific knowledge to compare the environmental impacts of current monocultures (single-species fish farming) with new systems integrating low trophic level species that can use the nitrogen and phosphorus emitted by the fish for growth, thereby reducing the risk of eutrophication at farming sites. 

Websites:
https://acquacolturacrea.fish/
https://blueboost.eu/

I suoi campi di interesse spaziano dalla fisiologia della bovina (dalla crescita alla lattazione) all’applicazione delle nuove tecnologie per una zootecnia di precisione in ogni aspetto dell’allevamento. 
È responsabile scientifico del sottoprogetto “PLF4Milk” nell’ambito del progetto AgriDigit finanziato dal MiPAAF e il presente articolo si inquadra nelle attività di comunicazione del progetto stesso.  

#lafrase Ricercare il giusto equilibrio in ogni applicazione del progresso scientifico e cercare di comunicarlo al meglio (anche se è difficile farsi ascoltare)

Svolge attività di ricerca in campo zootecnico per migliorare lo stato di salute e di benessere delle bovine da latte e contribuire alla riduzione dell’uso degli antibiotici negli allevamenti, valorizzando le informazioni delle tecnologie di zootecnia di precisione e delle analisi di laboratorio. Si occupa di divulgazione anche attraverso l’organizzazione di numerosi eventi informativi e visite tecniche, rivolti agli operatori del settore. 

#lafrase La frase più pericolosa in assoluto è: “Abbiamo sempre fatto così” 
(Grace Murray Hopper)

Specializzata in genetica applicata, negli ultimi anni si è appassionata allo studio dei microrganismi, utilizzando le tecniche molecolari più avanzate. I suoi interessi si estendono anche all’impiego delle nuove tecnologie in zootecnia (Precision Livestock Farming), considerate una fonte preziosa per l’identificazione di nuovi fenotipi. Inoltre, è membro della commissione ASPA sullo “Studio del microbioma nelle scienze animali: aspetti metodologici ed applicativi”. 

#lafrase Il piacere nel lavoro aggiunge perfezione al compito che svolgiamo (Aristotele)

Si occupa di sistemi di allevamento estensivi, soprattutto piccoli ruminanti e delle relazioni tra i fattori della produzione e la qualità dei prodotti tipici. 

#lafrase La ricerca ha il compito di fare chiarezza