Zootecnia a caccia di geni per resistere ai cambiamenti climatici

Pubblicato il: 10 Novembre 2022|

È aperta la caccia ai cosiddetti “geni di resilienza”. Mutazioni comparse in razze di animali costretti a vivere in condizioni climatiche estreme, come alti tassi di umidità e calore, che hanno permesso loro di adattarsi e sopravvivere. Condizioni che stanno diventando la norma anche nel resto del Pianeta a causa dei cambiamenti climatici e che rischiano di inficiare la resa degli animali da allevamento. Per tali motivi la Commissione europea da diverso tempo sta finanziando studi di genomica che possano favorire il benessere animale. Lo scopo è individuare le mutazioni coinvolte nell’adattamento a calore e umidità, per poterle poi trasferire nelle razze nostrane di bovini e ovini, rendendo queste più forti di fronte al cambiamento climatico e scongiurando perdite economiche ingenti. Lo stress da caldo è deleterio per tutte le specie animali, ma lo è particolarmente per i ruminanti e le bovine da latte ad alta produzione. Il tutto considerando anche che le proiezioni sul clima non sono tra le più rosee e indicano che il clima estivo sarà sempre più secco e caldo, anche in Italia. Spiega Paolo Ajmone Marsan, professore Ordinario di Miglioramento genetico animale presso la Facoltà di Agraria dell’Università Cattolica del S. Cuore di Piacenza: “La perdita di produzione dovuta al caldo dipende dalle condizioni ambientali, valutate dall’indice temperatura/umidità. Dipende dalla razza e dal management degli allevamenti, ma da diversi lavori che si riferiscono quasi sempre alla Frisona emergono stime preoccupanti dell’ordine di milioni di euro per costi diretti (perdita di produzione) e indiretti (costo degli interventi veterinari, dei foraggi, etc.)”.

L’impatto dello stress da caldo sulla produzione

Secondo un lavoro pubblicato lo scorso marzo su Lancet Planetary Health (“Impacts of heat stress on global cattle production during the 21st century: a modelling study”) entro la fine del secolo (2085) la perdita di produzione globale da stress da caldo potrebbe oscillare tra i 34 e i 45 miliardi di dollari l’anno, pari a circa il 10% del valore di carni e latte del 2005. Come ricordano gli autori del lavoro, le temperature troppo elevate sono infatti tra i principali fattori che incidono sul benessere e la resa del bestiame domestico allevato in sistemi di produzione sia intensivi che estensivi. A temperature superiori alla zona di termoneutralità di un animale, lo stress da calore può influenzare l’aumento di peso vivo, la produzione di latte e la fertilità. Anche il benessere degli animali può risentire negativamente dello stress da caldo anche in assenza di effetti sulla produttività, almeno nel breve termine. Oltre allo scenario ad alte emissioni di gas serra già menzionato, i ricercatori hanno stimato anche che le perdite di produzione potrebbero aggirarsi intorno ai 15 miliardi di dollari (12,62–16,95 miliardi) all’anno, ovvero il 3,7% del valore del 2005, in uno scenario a basse emissioni. In entrambi gli scenari i ricercatori hanno previsto che le perdite nella maggior parte delle regioni tropicali sarebbero molto maggiori di quelle delle regioni temperate.

Il ruolo della genomica

Oltre alle ingenti perdite economiche per la filiera produttiva c’è anche il rischio che i cambiamenti climatici causino la scomparsa di molte razze locali e favoriscano l’arrivo di nuove malattie che possono colpire seriamente il bestiame. Che fare quindi? Secondo gli esperti del lavoro già citato per combattere gli effetti dello stress termico sulla produzione di bestiame sarà necessario supportare l’adattamento degli animali, il che include il passaggio a razze più resistenti al calore e la fornitura di sistemi di ombra, ventilazione e raffreddamento. “La genomica può aiutare a salvare gli allevamenti dai cambiamenti climatici” precisa Ajmone Marsan, coinvolto con il suo gruppo di genetisti del Dipartimento di Scienze animali, della nutrizione e degli alimenti (DiANA) dell’Università Cattolica, campus di Piacenza in tre progetti che hanno come obiettivo la ricerca di geni per rendere le razze di bovini e ovini italiani resistenti al cambiamento climatico, al caldo torrido e alla siccità. Racconta Ajmone Marsan: “Utilizziamo le nuove tecnologie, come il sequenziamento di nuova generazione (Ngs), per esaminare il genoma degli animali sottoposti a condizioni climatiche estreme e cercare eventuali mutazioni esistenti. Dopodiché tramite modelli statistici cerchiamo un’associazione tra le variazioni del Dna e le variabili climatiche. Queste si traducono infatti in indicatori dell’adattamento: con il clima cambia anche il tipo di alimento a disposizione degli animali, le malattie a cui sono esposti e i vettori che le veicolano. Gli animali, come bovini, suini, capre e pecore, sono stati addomesticati diecimila anni fa in zone del Pianeta circoscritte, come la Mezzaluna Fertile, e poi hanno seguito le migrazioni e nei millenni e si sono adattati a diverse condizioni ambientali. Di conseguenza la natura, il clima e gli esseri umani li hanno selezionati e hanno favorito gli animali che portavano alcuni geni adatti alla vita e alla produzione in un determinato luogo. Sono proprio quei geni che stiamo cercando ora, confrontando il genoma di razze adattate a condizioni molto diverse, cercando le differenze nel Dna e cercando di interpretarle”.

Mutazioni caraibiche favorevoli

Attraverso la genomica sono state già individuate alcune varianti che aiutano gli animali ad adattarsi meglio a climi ostili. Ad esempio, in alcune razze bovine locali dei Caraibi (Senepol, Limoneiro e Carora) è stata scoperta la mutazione “slick” che determina l’accorciamento del pelo e una serie di cambiamenti fisiologici che rendono gli animali estremamente resistenti allo stress da caldo. “La mutazione è stata introdotta nella razza Frisona in Florida e ha dimostrato di essere efficace anche in questi animali, importantissimi per la produzione di latte. Un obiettivo potrebbe essere inserire il gene negli allevamenti italiani e utilizzarlo nei programmi di selezione” afferma Ajmone Marsan. “Però si trova in razze locali che producono molto poco, per cui il problema è introdurla non solo nelle razze più produttive, ma anche in quelle ad alto valore genetico che vengono utilizzate per la riproduzione, cosa che in Florida non è stata fatta”. Ancora, in un lavoro pubblicato nel 2021 su Frontiers in Genetic (“Methylome patterns of cattle adaptation to heat stress”) il gruppo di Ajmone Marsan ha identificato nuovi geni e percorsi coinvolti nelle risposte allo stress e nella risposta immunitaria regolatoria. I risultati in particolare hanno evidenziato come un meccanismo di demetilazione attivo può migliorare la capacità delle razze di “Bos indicus”, noto anche come zebù, di far fronte allo stress da caldo, al contrario delle nostre razze taurina che ne soffrono passivamente. Nel 2021, infine, il team italiano ha pubblicato una review su Animals che ha fatto il punto proprio sull’adattamento degli allevamenti al cambiamento climatico (“The Quest for Genes Involved in Adaptation to Climate Change in Ruminant Livestock”).

Lo studio Scala–Medi

I progetti di ricerca in corso per cercare varianti genetiche favorevoli associate all’adattamento all’ambiente in razze e specie differenti sono diversi. Tre in particolare vedono coinvolto il gruppo di Ajmone Marsan di cui uno, il progetto Scala- Medi (www.scala-medi.eu) coordinato proprio dal genetista dedicato all’area mediterranea. Finanziato dalla Commissione Europea nell’ambito del programma Prima di Horizon 2020 l’iniziativa studia la genetica dell’adattamento in ovini e avicoli Nord Africani e coinvolge cinque paesi, Italia, Francia, Tunisia, Algeria e Marocco, 18 partner e più di cento ricercatori. L’obiettivo principale è lo studio e la valorizzazione della capacità di adattamento delle razze locali nordafricane a climi estremi, in particolare molto caldi e secchi, come quelli sahariani. “La comprensione dei meccanismi genetici ed epigenetici di adattamento al clima è importante per pianificare programmi di miglioramento genetico e genomico che aumentino l’efficienza delle produzioni delle razze locali, senza comprometterne le caratteristiche adattative” chiarisce l’esperto.

Lo studio Image

Un secondo progetto europeo appena terminato è Image (https://www.imageh2020.eu) coordinato dall’Inrae francese. “Aveva come obiettivo primario la caratterizzazione e la valorizzazione delle biobanche di Dna e di seme e ovociti animali delle specie zootecniche” spiega Ajmone Marsan. “Il nostro gruppo è stato incaricato di identificare geni associati all’adattamento al clima negli ovini europei. Ne sono stati trovati diversi, con varianti associate alle variabili ambientali (come temperatura, umidità, etc) e attivi nel sistema immunitario e nel metabolismo, soprattutto dei grassi”. I geni del metabolismo lipidico sono infatti associati spesso al clima caldo e secco. Gli animali che si sono adattati a tali condizioni accumulano il grasso nella coda, come gli ovini, o nella gobba come i cammelli. “Sono tipici adattamenti a condizioni ambientali nelle quali per lungo tempo non c’è una quantità sufficiente di alimenti, come nel deserto. Il grasso viene accumulato nella stagione favorevole in riserve che poi vengono utilizzate al bisogno” sottolinea Ajmone Marsan.

Lo studio Prin

Un ultimo progetto da menzionare è finanziato dal Miur nell’ambito dei progetti di interesse nazionale Prin. Si chiama “A multi-species genomic approach to assess pre- and post-Columbian population dynamics in South America”, che studia in parallelo il genoma di uomo, fagiolo e bovini del continente sud-americano. In particolare obiettivo della ricerca è la ricostruzione delle vie di migrazione umana durante la colonizzazione paleolitica del continente. Per questo motivo sono stati presi come riferimento il fagiolo, coltivato in Sud America e il cui Dna traccerà i movimenti umani post-neolitico e i bovini, importati principalmente dalla penisola iberica dopo la scoperta dell’America e il cui genoma traccerà i movimenti umani post-colombiani. Precisa Ajmone Marsan: “È un progetto di interesse nazionale, coordinato da Alessandro Achilli, docente dell’Università di Pavia. Noi siamo coinvolti perché abbiamo il compito di studiare i bovini sudamericani. In Sudamerica infatti il gradiente climatico è estremamente vario: si va dai tropici alla Patagonia estremamente fredda, dal livello del mare al Perù dove ci sono animali che vivono a oltre tremila metri di altezza. Sono questi gli adattamenti che ci interessa studiare”.

È solo l’inizio

Nonostante l’ingente mole di lavoro tutto poi si racchiude in poche decine di geni che hanno un ruolo più importante nell’adattamento. Il passo seguente come spiega il genetista è essere sicuri dei geni responsabili e utilizzarli per capire più a fondo quali sono i meccanismi che guidano l’adattamento. Oggi i ricercatori sanno che esistono pezzi di Dna associati a variabili ambientali. Devono studiare i geni vicini, trovare le varianti causative, misurare l’effetto che hanno e poi infine pensare a come utilizzarli. Per il miglioramento genetico delle razze invece è ancora presto. L’utilizzo dei geni in tale senso è reso complicato dal fatto che spesso si trovano in razze locali che vivono in climi estremi e che sono poco produttive come già ricordato. In più come chiarisce l’esperto non le utilizzeranno direttamente loro, perché il miglioramento genetico in Italia è a carico per decreto ministeriale delle associazioni di allevatori. “Le renderemo pubbliche come già stiamo facendo – dice Ajmone Marsan – in modo che portino a un progresso non solo delle nostre razze, ma generale, verso un adattamento di efficienza delle produzioni animali, necessaria per la sostenibilità del settore”.

Editing genetico

In futuro poi ci sarà da sciogliere il nodo della strategia da utilizzare per migliorare geneticamente le razze. Il sistema classico, quello del reincrocio tra razze è lungo e non sempre preciso. Anche quando assistito da marcatori del Dna, infatti, c’è il rischio che oltre alla mutazione desiderata, il reincrocio porti con sé all’interno del genoma della razza ricevente altri geni vicini che possono controllare caratteristiche sfavorevoli. L’ideale sarebbe utilizzare l’editing del genoma, tecnica innovativa che permettere un cambiamento “chirurgico” del Dna in grado di inserire solo le varianti volute e nient’altro. C’è inoltre c’è la possibilità di sequenziare completamente il genoma prima e dopo l’editing per verificare che effettivamente sia stato modificato solo il gene desiderato. Ma la strada è lunga e complessa come ricorda Ajmone Marsan: “È una tecnologia che in alcuni paesi del mondo è accettata, ma in Italia e in Europa in generale c’è ancora molto dibattito, anche per le piante, sul regolamento da applicare agli organismi “’ditati’”.

Benessere animale

La genomica insomma è uno strumento potente e faciliterà la selezione di animali più resistenti ai cambiamenti climatici, ma è solo uno dei fattori in grado di garantire il benessere animale in caso di climi estremi e deve agire in sinergia con strutture aziendale, management dell’allevamento e alimentazione di precisione. Per questo l’Unione europea sta investendo molto anche sullo studio del benessere animale. Oggi gli animali in produzione sono sempre più monitorati con telecamere, sensori e sistemi di analisi dati intelligenti che avvertono gli allevatori non appena manifestano i primi segni di stress, permettendo la messa in atto immediata di misure di mitigazione. Conclude Ajmone Marsan: “All’Università Cattolica abbiamo un’azienda agro-zootecnica sperimentale che si chiama Cerzoo, recentemente ristrutturata grazie a un finanziamento della Fondazione “Romeo ed Enrica Invernizzi”. È un’azienda agricola 4.0 dove gli animali sono monitorati in continuo quasi più di quanto non facciamo noi con la nostra salute. Ci sono sensori che, per esempio, valutano quanto mangiano gli animali e la produzione di metano, mentre la dieta viene calcolata su misura giorno per giorno in funzione di quello che producono. Anche il loro latte è una fonte di informazioni sullo stato di salute, viene monitorato con sistemi all’infrarosso per avvisare l’allevatore nel caso in cui l’animale stia in qualche modo soffrendo. Il benessere animale è una sensibilità di tutti, ma in particolare dell’allevatore perché da esso dipende la produzione”.

Tag: inrae / magazine / paolo ajmone marsan / università cattolica del sacro cuore piacenza /

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