Aspergillus oryzae e stress da caldo

Tutti sappiamo quanto lo stress da caldo influenzi negativamente il benessere dell’animale e di conseguenza le produzioni. I ruminanti tendono in questo periodo a mangiare meno e sono maggiormente soggetti a turbe del tratto gastro-intestinale.

Il caldo e l’umidità elevata possono ridurre l’efficienza dell’allevamento, la produzione di latte, l’assunzione degli alimenti, l’aumento di peso e talvolta portare a morte.

Nel caso della vacca in lattazione, temperature oltre i 25°C possono essere considerate critiche, in quanto costringono l’animale ad un notevole sforzo di adattamento metabolico. Da non trascurare, inoltre, gli effetti dell’umidità dell’aria, che costituiscono un fattore aggravante lo stato di disagio dell’animale.

La vacca da latte produce, come conseguenza del suo metabolismo, una notevole quantità di calore, pertanto è evidente come l’esposizione alle elevate temperature rappresenti la condizione climaticamente più critica per le performance produttive ed il benessere della bovina. Se le condizioni di stress perdurano, il processo fisiologico della termoregolazione può non essere sufficiente a contrastare questa situazione di disagio.

Le percentuali di acidosi ruminali in questi casi sono maggiori e si ripercuotono sull’intero stato di salute degli animali. I bovini tendono a mangiare meno e, di conseguenza, a produrre una minore quantità di saliva la quale conterrà meno bicarbonato che normalmente svolge una funzione tampone di fondamentale importanza. Tutto questo durante un clima caldo ed umido contribuisce a ridurre il pH del rumine con prevedibili conseguenze negative sotto il profilo della produzione di Acidi Grassi Volatili (AGV) e quindi su quello delle produzioni finali, senza dimenticarci dell’enorme stress ossidativo a cui va incontro l’animale.

Le caratteristiche del latte sono fortemente influenzate dallo stress da caldo (Bernabucci et al., 2010). Durante la stagione calda, si osserva un cambiamento delle principali proprietà casearie (Calamari e Mariani, 1998); in particolare, la riduzione dell’acidità titolabile ed il peggioramento delle proprietà di coagulazione del latte (MCP) lo rendono meno adatto alla produzione di formaggi a pasta dura a lunga maturazione (Calamari e Mariani, 1998; Malacarne et al., 2005). Tra le caratteristiche del latte che incidono sull’MCP, il contenuto e la composizione di caseine (CN) sono 2 fattori importanti (Bertoni et al., 2001, 2005).

Aspergillus oryzae ha la soluzione?

Aspergillus oryzae ha la capacità, come già detto in precedenza nella nostra rubrica, di produrre un’ampissima gamma di metaboliti che valorizzano ed aumentano la capacità di utilizzo delle razioni, anche quelle meno nobili.

Se durante questo periodo l’animale di per sé mangia meno, diventa di fondamentale importanza che i nutrienti apportati dall’alimentazione siano utilizzati e sfruttati al meglio, per questo motivo la possibilità di offrire un pool enzimatico così ampio come quello prodotto da Aspergillus oryzae è un’ottima strategia.

Aspergillus oryzae viene inoltre ampiamente utilizzato nei periodi estivi per mantenere elevata l’assunzione di sostanza secca, lavorando anche sulla capacità di regolare la temperatura corporea. Questa capacità è probabilmente dovuta alle produzioni nel corso della fermentazione di peptidi attivi sull’ipotalamo tramite specifici recettori intestinali.

Già molti anni fa è stato suggerito che alimentare con colture fungine vacche da latte in lattazione esposte a temperature ambientali elevate può ridurre i segni di stress da caldo, come la temperatura rettale e la frequenza respiratoria, e migliorare quindi le prestazioni della lattazione (Huber et al., 1994).

Tutto ciò offre la possibilità di aumentare la digeribilità della fibra ed allo stesso tempo di poter includere nella dieta una maggiore percentuale di grassi, caratterizzati rispetto ad altri nutrienti da un minor heat increment. Questi dati sono confermati da quanto osservato da Yu et al. (1997), che hanno osservato una diminuzione della temperatura rettale durante le ore calde della giornata nelle bovine che assumevano un estratto di A.O. Questo dato era già stato osservato precedentemente da diversi autori (Higgimbotham et al.,1993; Gomez-Alacorn et al.,1990; Huber et al.,1985).

Lo stress da caldo influenza la composizione batterica ruminale ed il metabolismo e porta ad avere una maggior presenza di lattato non smaltito, accompagnata da una minor presenza di batteri acetogeni (Zhao et al., 2019).

Aspergillus oryzae mostra un’attività di stimolo della crescita del metabolismo dei batteri lattici ruminali, come il Megasphaera elsderii ed il Selenomonas ruminantium (Chiou et al., 2001), abbassando così la concentrazione di acido lattico nel rumine e stabilizzandone il pH che altrimenti tenderebbe a scendere durante il periodo di stress da caldo.

Higginbotham et al. (1993) hanno evidenziato la possibilità che alcuni metaboliti di questo fungo possano agire sul centro di controllo della temperatura corporea. Questo meccanismo è dovuto alla sovra-espressione della proteina 2 disaccoppiante nei neuroni dell’ipocretina (Hcrt-UCP2), che innalza la temperatura ipotalamica, costringendo così l’ipotalamo ad abbassare la temperatura corporea. Questo non sarebbe l’unico effetto positivo poiché le proteasi dell’Aspergillus oryzae hanno dimostrato di essere in grado di creare peptidi con la capacità di abbassare la pressione sanguigna e quindi di avere un’azione antiipertensiva (Mizuno et al., 2004). Lo stress da calore è una delle “minacce fisiche all’omeostasi di un organismo” ed evoca risposte adattive che servono a difendere la stabilità dell’ambiente interno e a garantire la sopravvivenza. La percezione di stimoli stressanti porta, ad esempio, all’attivazione del sistema ipotalamo-ipofisi-surrene (HPA), che a sua volta provoca il rilascio di una varietà di peptidi, principalmente ormoni di rilascio di corticotropina (CRH) e vasopressina dall’ipotalamo. L’attivazione di questi sistemi adattivi potrebbe essere alterata a causa di diversi fattori.

Ricerche scientifiche hanno suggerito che le alternazioni della funzionalità gastro-intestinale legate allo stress da caldo sono mediate dall’attivazione della via di segnale del Fattore di Rilascio della Corticotropina, il Corticotropin Relasing Factor (CRF), peptide di 41 aminoacidi che funge da neurormone ipotalamico. La via del segnale del CRF nel cervello e nell’intestino è coinvolta nei meccanismi attraverso i quali lo stress determina alternazioni della funzione motoria e mucosale intestinale. CRF stimola il rilascio dell’ormone adrenocorticotropo (ACTH) e altri peptidi derivati dalla propiomelanocortina (POMC), come la β-endorfina dal lobo anteriore della ghiandola pituitaria. L’ACTH agisce sulle ghiandole surrenali e causa la secrezione degli ormoni glucocorticoidi, ad es. cortisolo. Lo stress comporta anche l’attivazione del sistema nervoso simpatico e del midollo surrenale. Ciò provoca il rilascio di catecolamine nel flusso sanguigno, portando ad un aumento dell’apporto di glucosio e accelerando la degradazione del glicogeno nel fegato. I glucocorticoidi stimolano anche la lipolisi e la gluconeogenesi (la conversione degli aminoacidi in glucosio), il che porta ad un aumento del metabolismo che promuove la capacità di far fronte allo stress. Riuscire a controllare il sistema di segnale del CRF rappresenta un intrigante potenziale di target terapeutico di vari disturbi intestinali legati allo stress ed all’infiammazione.

Bibliografia:

• Huber, J.T., Higginbotham, G., Gomez-Alarcon, R.A., Taylor, R.B., Chen, K.H., Chan, S.C., Wu, Z., 1994. Heat stress interactions with protein, supplemental fat, and fungal cultures. J. Dairy Sci. 77, 2080–2090.
• Higginbotham, G. E., D. L. Bath, and L. J. Butler. 1993. Effect of feeding Aspergillus oryzae extract on milk production and related responses in a commercial dairy herd. J. Dairy Sci. 76: 1484.
• Huber, J. T., and G. E. Higginbotham. 1985. Influence of feeding Vitaferm, containing an enzyme-producing culture from Aspergillus oryzae, on performance of lactating cows. J. Dairy Sci. 68(Suppl. 1):122.(Abstr.)
• Gomez-Alarcon, R. A., C. Dudas, and J. T. Huber. 1990. Influences of cultures of Aspergillus oryzae on rumen and total tract digestibility of dietary components. J. Dairy Sci. 73: 703–710
• Yu P., J. T. HUBER, C. B. THEURER, K. H. CHEN, L. G. NUSSIO,and Z. WU. 1997. Effect of Steam-Flaked or Steam-Rolled Corn with or Without Aspergillus oryzae in the Diet on Performance of Dairy Cows Fed During Hot Weather.
• Zhao et al., 2019. Effect of Heat Stress on Bacterial Composition and Metabolism in the Rumen of Lactating Dairy Cows
• Bernabucci et al., 2010. Metabolic and hormonal acclimation to heat stress in domesticated ruminants. Pubmed 4(7):1167-83.
• Calamari L. and Mariani P. 1998. Effects of hot environment conditions on the main milk cheesemaking characteristics. Zootecnica e Nutrizione Animale 24, 259–271.
• Bertoni et al., 2001. Producing specific milks for speciality cheeses. Proceedings of the Nutrition Society (2001), 60, 231–246.
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• Mizuno et al., 2004. Release of Short and Proline-Rich Antihypertensive Peptides from Casein Hydrolysate with an Aspergillus oryzae Protease. Journal of Dairy Science Volume 87, Issue 10, October 2004, Pages 3183-3188.
• Malacarne et al., 2005. Seasonal variations of the rennet-coagulation properties of herd milks in Parmigiano-Reggiano cheese manufacture: comparison between Italian Friesian and Italian Brown cattle breeds. Journal Italian Journal of Animal Science Volume 4, 2005.