Questo studio intende indagare sulle implicazioni nutrizionali e fisiologiche dello stress nei riproduttori, sulla risposta epigenetica della progenie e di come questa possa essere alterata grazie alla nutrizione perinatale, tramite tecnologie in ovo e di alimentazione precoce.
Sulla base della teoria dell’evoluzione adattiva di Darwin e delle leggi di Mendel sull’ereditabilità, la selezione genetica per i tratti di crescita e resa in carne ha migliorato notevolmente l’efficienza produttiva del pollo negli ultimi 50 anni e verosimilmente tale andamento proseguirà anche in futuro. Il periodo di sviluppo embrionale e neonatale conta oggi per quasi il 50% della vita produttiva del pollo moderno. Anche se la selezione genetica detta il modo in cui i geni materni e paterni vengono ereditati dalla progenie, si è sempre più consapevoli che la nutrizione e la gestione possono influenzare il modo in cui sono espressi tali geni ereditati.
L’epigenetica è la scienza emergente della programmazione dell’espressione genetica – soprattutto durante il periodo critico di sviluppo -, che consente di adattare la fisiologia e il metabolismo animale a condizioni specifiche, sia ambientali che alimentari. Negli avicoli la programmazione epigenetica può avvenire durante due periodi critici: quello della gametogenesi, quando i riproduttori sono adolescenti, e quello della formazione dell’uovo, quando i nutrienti nelle uova vengono consumati dall’embrione tramite i fluidi amniotici prima di schiudere e il tuorlo nei giorni successivi alla schiusa. Il condizionamento adattivo può essere ottenuto tramite imprinting nutrizionali e fisiologici nei primi giorni dopo la schiusa.
La maggior diffusione della ricerca sulla programmazione epigenetica tramite nutrizione perinatale è stata resa possibile anche grazie alle nuove tecnologie di biologia molecolare oggi sempre più a buon mercato e affidabili. Inoltre, le nuove metodologie in materia di nutrizione perinatale, utilizzabili in incubatoio, renderanno la nutrizione programmata una realtà commerciale in futuro, di pari passo con i progressi della selezione genetica, al fine di ottenere prestazioni migliori.
Efficienza, profitto, sostenibilità e benessere animale
L’agricoltura moderna cerca costantemente di migliorare le rese biologiche di produzione alimentare con lo scopo di ottimizzare l’efficienza economica, i profitti e la sostenibilità. La produzione avicola rappresenta uno dei settori produttivi più efficienti e sostenibili. Quali sono i fattori la rendono così efficiente? La giusta genetica, una buona gestione e un programma nutrizionale ottimizzato. L’efficienza e la sostenibilità dipendono dalla capacità della produzione di raggiungere gli indici produttivi competitivi, tra cui l’accrescimento medio giornaliero, il giusto peso alla macellazione, la conversione del mangime (calorica), la vivibilità, l’uniformità del gruppo e le rese alla macellazione. La redditività delle aziende dipende molto, tuttavia, dall’incontro fra l’offerta produttiva e la richiesta di mercato, che vuole un alimento completo, sano ed economico. I consumatori sono sempre più esigenti e desiderano comprare solo da aziende che sostengono sia l’ambiente che il benessere animale. Dopo una corretta gestione della genetica, l’alimentazione e la formulazione restano le principali variabili legate all’efficienza economica e alla redditività e rappresentano il 70-80% dei costi di produzione. La selezione genetica sta costantemente modificando il potenziale produttivo dell’industria avicola, ma è l’espressione del potenziale genetico che guida l’accrescimento, la salute e infine la redditività della produzione. Le rese in crescita e in carne sono migliorate, in maniera lineare, di circa 1% l’anno; l’85% di tale miglioramento è da attribuirsi alla selezione genetica. Si potrebbe obiettare che i progressi nutrizionali non sono andati di pari passo con la selezione genetica, poiché i problemi metabolici e le carenze nutrizionali apparenti continuano ad aumentare, il che comporta una costante revisione dei vincoli di formulazione. Comunque, è giunto il momento di colmare questo divario ed è possibile farlo utilizzando le potenzialità del condizionamento adattativo e dell’imprinting della nutrizione perinatale al fine di programmare l’espressione dei geni associati a tratti importanti sotto l’aspetto socioeconomico.
La genetica ha seguito i concetti basilari di Mendel per oltre un secolo, supportati dalla scoperta del sequenziamento del DNA. La genetica descrive l’ereditarietà dell’informazione sulla base della sequenza del DNA. I ricercatori hanno iniziato a capire l’importanza dell’espressione genetica quando i frammenti della sequenza del DNA sono stati associati scientificamente a determinati tratti biologici. Lo studio dell’epigenetica e dell’imprinting condizionativo sono entrati in scena con l’introduzione della biologia molecolare. Oggi, l’espressione genetica può essere studiata tramite la sovraregolazione del RNAm, la proteomica e la metabolomica. Molti genetisti concordano sul fatto che l’espressione genetica in risposta a fattori ambientali venga trasferita alle generazioni successive. Attualmente, vi è una sempre maggiore evidenza che nutrizione e stimoli ambientali nei riproduttori e nella loro progenie, soprattutto durante il periodo perinatale, possano letteralmente programmare i modi dell’espressione dei geni come risposta adattativa per aumentare le possibilità di sopravvivenza. Questa nuova scienza di programmazione dell’espressione genetica è l’epigenetica: l’ereditabilità delle informazioni sulla base dell’espressione genetica o dell’adattamento ereditario.
Cosa è l’epigenetica, o il condizionamento adattativo?
L’epigenetica si riferisce a tutte le modificazioni sui geni oltre alle variazioni delle sequenza del DNA. Il DNA all’interno di ogni cellula è avvolto intorno a proteine, dette istoni. Sia il DNA che gli istoni sono coperti da etichette chimiche che formano il cosiddetto epigenoma. Tali etichette chimiche reagiscono ai segnali del mondo circostante come dieta e stress. Alcune parti dell’epigenoma sono ricoperte e illeggibili, mentre altre sono più evidenti. L’imprinting epigenetico dei geni avviene spesso tramite metilazione differenziale del DNA nelle regioni promotrici dei geni specifici che sono in grado di modulare, in maniera permanente, la risposta adattativa di un organismo verso stimoli avversi nei periodi critici dello sviluppo. In particolare, la programmazione della vita perinatale può influenzare geni che riprogrammano, in maniera permanente, la risposta fisiologica normale per sopravvivere a fattori di stress ambientali, incluse moderate carenze nutrizionali, e aumentare così le possibilità di passare i propri geni alle successive generazioni. Sei si prende in considerazione come viene gestito il peso del pollo o del tacchino riproduttore, prima o durante l’ovodeposizione, si può notare come ciò avvenga nel periodo epigenetico della gametogenesi. La nutrizione e la gestione delle formulazioni dei riproduttori giocano verosimilmente un ruolo epigenetico importante sulla progenie. Se si valuta poi la gestione dell’incubazione, questa fase avviene nel periodo critico epigenetico di metilazione de novo di cellule somatiche dell’embrione. Le condizioni ambientali, temperatura e concentrazione di ossigeno in incubatoio possono programmare le risposte epigenetiche che successivamente influenzano il metabolismo. Infine, si consideri come vengono gestiti i pulcini nei primi giorni dopo la schiusa: il comportamento alimentare, nutritivo e le condizioni di pulcinaia possono influenzare lo sviluppo del muscolo pettorale maschile, dello scheletro e del sistema immunitario.
L’alimentazione in ovo rafforza lo sviluppo perinatale
Le caratteristiche fenotipiche, che sono programmate o impresse per essere utili in un determinato ambiente o con una certa alimentazione, si esprimono con maggiore efficacia se i soggetti sono giovani e sono proprio i primi pasti che fanno la differenza. Gli avicoli potrebbero essere programmati per avere i tratti fenotipici desiderati tramite modifiche nutrizionali nel periodo perinatale: ovvero 3 giorni prima e 3 giorni dopo la schiusa. Il primo pasto del pulcino avviene direttamente nell’uovo prima della schiusa, e quindi questa rappresenta la prima occasione per programmare una nutrizione in ovo, tramite la quale può essere modificato l’equilibrio dei nutrienti e dei co-fattori metabolici chiave dell’amnion, andando a influenzare i tratti fenotipici di rilevanza economica per il settore avicolo.
I benefici della alimentazione in ovo sulla crescita precoce e lo sviluppo di polli e tacchini sono stati messi in evidenza da vari test di laboratorio. La nutrizione in ovo ha aumentato l’accrescimento dei pulcini dal 3 al 7% rispetto ai controlli, e tale vantaggio è spesso prolungato per almeno i primi 14 giorni di vita. Il grado di risposta alla nutrizione in ovo dipende dalla genetica, dall’età della madre, dalla dimensione dell’uovo, e dalle condizioni di incubazione (per esempio l’epigenotipo). La formulazione della soluzione iniettabile in ovo (IOF) ha un effetto notevole sul neonato. Risultati positivi sono stati rilevati utilizzando una soluzione IOF contenente NaCl, sucrosio, maltosio, destrina, beta-idrossi-beta metilbutirrato, proteine dell’albume e carboidrati, arginina, zincometionina, acido butirrico, IGF-1 e L-glutamina. Oltre al maggior peso corporeo tipicamente osservato alla schiusa, l’effetto positivo della nutrizione in ovo può comprendere anche una maggiore schiudibilità, miglior sviluppo morfometrico del tratto intestinale, della barriera mucinica e dell’espressione degli enzimi sucrasi, isomaltasi, leucine e aminopeptidasi e delle loro attività biologiche, migliore assimilazione dei nutrienti SGLT-1, PEPT-1 e NaK ATpasi, incremento dello stato del glicogeno epatico, miglior comportamento iniziale nel consumo del mangime, maggior dimensione del muscolo pettorale alla schiusa e poi in crescita e alla resa e miglior sviluppo scheletrico. La nutrizione in ovo aumenta la capacità digestiva, lo stato energetico e lo sviluppo di tessuti critici dei neonati di circa 2 giorni al momento della schiusa. Usando il microscopico elettronico a scansione, si è visto che la nutrizione in ovo ha aumentato significativamente la maturazione funzionale e la secrezione di muco delle cellule caliciformi mucipare dei villi dell’ ileo e del cieco nei tacchinotti. Associato al muco delle cellule caliciformi mucipare, si è notato un aumento dei lattobacilli. Quindi, nei pulcini e tacchini appena schiusi, la nutrizione in ovo può favorire la resistenza alla colonizzazione di patogeni enterici. La nutrizione in ovo ha evidenziato vari benefici se somministrata senza compromettere la schiusa, come evidenziato nel crescente numero di pubblicazioni scientifiche sull’argomento diffuse in tutto mondo. Sebbene la selezione per i tratti di crescita e resa in carne abbiano favorito lo sviluppo del broiler moderno, una corretta alimentazione precoce e in ovo può aiutare ulteriormente i soggetti ad adattarsi a una dieta a base di carboidrati e al metabolismo tipico di un pulcino con schiusa precoce.
Potenzialità della nutrizione dopo la schiusa sull’imprinting nutrizionale
I primissimi giorni dopo la schiusa costituiscono la seconda parte del periodo perinatale che può imprimere i tratti produttivi tramite il condizionamento adattivo dell’espressione dei geni. I pulcini possono ricevere un imprinting per aumentare la tolleranza immunologica, ambientale, o allo stress ossidativo. La programmazione nutrizionale durante il periodo perinatale può influenzare anche l’utilizzazione di energia e di minerali o il loro fabbisogno, mentre altri componenti bioattivi della dieta possono “programmare” la colonizzazione della microflora enterica che influenza la salute intestinale. Per esempio si è visto che il condizionamento dei polli a una dieta povera in calcio e fosforo per 90 ore dopo la schiusa, è in grado di migliorare l’assorbimento di calcio e fosforo intestinali a 32 giorni e aumentare l’espressione del gene per le proteine di trasporto dei minerali per tutta la vita del pollo. Sulla base del concetto dell’epigenetica, dell’imprinting e del condizionamento adattativo, sono stati effettuati vari test per verificare diversi programmi e strategie nutrizionali. Valutando i modelli espressivi di gruppi di geni chiave funzionali si è scoperta la quota del mangime che influenza l’equilibrio omeostatico, che dipende dalla forma dei nutrienti, dai livelli e dall’interazione tra essi e dal tempo di somministrazione. Nutrire i soggetti con diete formulate specificamente durante le prime 72 ore dopo la schiusa è un modo per “condizionare” l’intestino a un migliore utilizzo dei nutrienti e per programmare il metabolismo che influenza l’efficienza della produzione, la composizione della carcassa e la qualità della carne. I pulcini alimentati con una dieta correttamente condizionata, seguita da una di tipo complementare e poi di finissaggio, hanno migliorato al momento del carico le rese in crescita e la conversione, con un livello superiore del 70% di calcio e fosforo digeriti rispetto ai controlli.
Resa ottimizzata e migliore qualità della carne
Una strategia di nutrizione programmata può letteralmente cambiare il fabbisogno di nutrienti e l’efficienza produttiva, offrendo una risposta più consistente rispetto a qualsiasi altro singolo additivo alimentare disponibile in commercio. La nutrizione programmata non solo incrementa l’efficienza produttiva, il che è basilare per i produttori avicoli, ma è comprovato che migliori anche la qualità della carne come richiesto dai consumatori e comporti quindi un maggior profitto ricavato dai prodotti avicoli. I polli allevati con una nutrizione programmata presentano una percentuale inferiore di grasso della carcassa e una maggiore resa in petto con un colore migliore, meno perdita di acqua durante la conservazione, migliore stabilità all’ossidazione e minori perdite in cottura.
Recentemente le tecnologie di schiusa e pulcinaia offrono diversi strumenti pratici per somministrare diete formulate proprio nei primi 2-3 giorni dopo la schiusa, nell’ambiente controllato dell’incubatrice. L’incubatrice del futuro rappresenterà dunque il luogo dove sarà possibile, oltre che schiudere e vaccinare i pulcini, anche procedere al loro condizionamento per renderli più forti, in grado di affrontare le sfide della crescita, e per programmarli a una efficienza alimentare ottimale. La nutrizione non si occuperà più solo di fornire i nutrienti necessari nell’ottica ideale di ottenere il target produttivo e gli obiettivi di benessere, ma sarà un processo da programmare tramite la nutrizione in ovo e subito dopo la schiusa.
From the The Proceedings of XXV World’s Poultry Congress
