Use of functional fatty acids in animal nutrition to improve animal health status and derived products

The aim of the present thesis is to evaluate the effects of different dietary fatty acid sources on animal health and product quality, in addition, the possible beneficial effects on human health from animal product consumption was also a central motivation for this evaluation. With this purpose, two different trials were performed in dairy goats and laying hens respectively. Accounted for, were: (i) The expression of selected lipid metabolism and inflammation-related genes, and miRNA in the liver and adipose tissue of small ruminants around kidding which were fed saturated (SFA) or polyunsaturated (PUFA) fatty acid supplements in their diets from stearic acid or fish oil, (ii) The performance and egg quality of laying hens fed PUFA from Camelina sativa dietary supply. In the last decades PUFA supply, especially EPA and DHA among others, was reported to be effective in both the improvement of animal health, through the modulation of the metabolism and immune systems, and the enrichment of animal products with essential fatty acids that can lead to positive effects on human health. The first trial considered twenty-three second-parity twin-diagnosed alpine dairy goats that were either fed from one week before (30 g/head/d fatty acids) to three weeks after kidding (50 g/head/d fatty acids) calcium stearate (ST, n= 7) or fish oil (FO, n= 8), and were compared to a control group fed a basal diet (CON, n= 8). Liver and adipose biopsies were collected on day -7, 7 and 21 from kidding. Quantitative PCR was used to measure mRNA and microRNA expression of 38 targets. Dietary treatments up-regulated (ST) and down-regulated (FO) Stearoyl-CoA desaturase (SCD) alone. Time around kidding strongly affected most of the target genes for lipid metabolism in liver, being mostly up-regulated from -7 to 7 DIM and down-regulated in the third week of lactation, while in adipose tissue a gradual down-regulation was observed throughout the trial. Acute-phase proteins were increased in adipose tissue in the two weeks around kidding and decreased from 7 to 21 DIM. Pro-inflammatory interleukins (IL6 and IL8) peaked in the first week after parturition, while IL10 was up-regulated in the last two weeks of the trial. With the exception of an up-regulation of miR-155 from -7 to 7 d from kidding, no effects of time were observed on miRNA expression in adipose tissue. Liver ACOX1 was greater in ST than CON on day 7 while SCD showed a higher expression from 7 to 21 DIM in ST compared to FO. Then, dealing with adipose tissue, LPIN1 had increase values in FO at 7 days after kidding (compared to ST) and FASN had the highest expression in stearate group 7 days before parturition, if compared to CON and FO. The expression of IL6 in adipose tissue had a down regulation in ST compared to control group at 7 DIM. The present trial revealed limited effects of dietary saturated or polyunsaturated supply around kidding on fatty acid metabolism - and inflammation - related genes in the liver and adipose tissue of dairy goats. At the same time, a physiological trend was observed in the two weeks around kidding with increased β-oxidation in the liver, and decreased fatty acid synthesis together with the higher inflammation processes in adipose tissue. The second trial involved a total number of 32 laying hens that were randomly allocated to two experimental groups, with eight replicates per group. Animals were fed a common basal diet with (T) or without (C) inclusion of 7.5% Camelina meal for a total period of 63 days. Performance was evaluated weekly, while egg quality was determined at days 0, 28, 56 and shelf-life/TBARS at days 0, 9, 21, 28. Camelina meal supplementation improved feed conversion rate in laying hens (P<0.05). Moreover, reduced saturated fatty acids (SFA) content was observed in the yolk of T hens (33.18 vs. 32.45 g/100g total fatty acids; P˂ 0.01), with a concomitant enrichment in α-linolenic acid (1.05 vs. 1.47 g/100g total fatty acids; P< 0.01). Results of the present study show that it is possible to improve yolk quality by feeding Camelina sativa meal to laying hens, reducing egg SFA content and providing increased amount of beneficial n-3 fatty acids. As a result, PUFA can exert a duplicate effect: on animal health and, indirectly, on human health. Indeed, they can act not just as a source of energy but also as an integral part of animal feed during stressing events such as peripartum. As a consequence, these nutritional strategies can also improve FA composition of animal products, with the decrease of SFA and increase of monounsaturated FA (MUFA) and PUFA contents, and a fortification of human diet.

Lo scopo della presente ricerca è stato quello di valutare degli effetti della somministrazione di differenti fonti di acidi grassi sulla salute animale e sulla qualità dei prodotti derivati; non di meno, sono stati oggetto di analisi i possibili effetti benefici sulla salute umana. A tale scopo, sono state effettuate due distinte prove sperimentali, una su capre da latte e l’altra su galline ovaiole. La prima prova ha preso in considerazione lo studio dell’espressione di geni e miRNA coinvolti nel metabolismo lipidico e nel processo infiammatorio a livello di tessuto epatico e adiposo sottocutaneo di nella capra da latte in transizione a seguito della somministrazione di fonti grassate apportanti acidi grassi saturi (SFA) o polinsaturi (PUFA) della serie omega 3 e 6 quali acido stearico e olio di pesce. La seconda sperimentazione ha preso in considerazione le performance e la qualità dell’uovo prodotto in galline ovaiole la cui dieta è stata supplementata con Camelina sativa. Negli ultimi decenni l’integrazione della dieta con PUFA, in particolare con l’acido eicosapentaenoico (EPA) e docosaesaenoico (DHA), si è dimostrata efficace in termini di salute sia a livello animale, attraverso la modulazione del metabolismo e del sistema immunitario, sia a livello dell’uomo, con il consumo di alimenti animali arricchiti di acidi grassi essenziali. Il primo caso di studio ha preso in esame 23 capre da latte di razza Alpina diagnosticate per un parto gemellare. La sperimentazione ha previsto l’integrazione della dieta da una settimana prima (30 g/head/d di acidi grassi) a tre settimane dopo il parto (50 g/head/d di acidi grassi) di calcio stearato (ST, n= 7) o olio di pesce (FO, n= 8), e il confronto di questi due gruppi sperimentali con un gruppo di controllo (CON, n= 8), alimentato con una dieta base. Sono state effettuate biopsie di fegato e tessuto adiposo sottocutaneo a -7, 7 e 21 giorni dal parto al fine di determinare l’espressione mRNA e miRNA di 38 geni implicati nel metabolismo lipidico di fegato e tessuto adipose e nella risposta infiammatoria a livello adiposo, mediante Polymerase Chain Reaction (PCR). Ad eccezione di Stearoyl-CoA desaturasi (SCD) (fegato), non abbiamo riscontrato variazioni significative nell’espressione dei geni oggetto di studio a seguito della somministrazione dei trattamenti (FO e ST). Specificatamente, la supplementazione lipidica ha portato ad un aumento dell’espressione di SCD nel gruppo ST e una riduzione nel FO. L’effetto del tempo ha influenzato l’andamento della maggior parte dei geni target per il metabolismo lipidico del fegato, vedendone l’espressione aumentata da -7 a 7 giorni di lattazione e ridotta nella terza settimana di lattazione mentre, a livello di tessuto adiposo, è stata osservata una down regulation per tutta la durata della prova. Per quanto riguarda l’andamento dell’espressione dei geni implicati nei fenomeni di infiammazione nel tessuto adiposo, i risultati del presente studio hanno evidenziato una up-regulation delle proteine di fase acuta nelle due settimane in prossimità del parto, diminuita poi da 7 a 21 giorni di lattazione. Le interleuchine pro-infiammatorie (IL6 and IL8) hanno raggiunto un picco nella prima settimana dopo il parto, mentre abbiamo osservato una up-regulation di IL10 nelle ultime due settimane di prova. Considerando i microRNA, ad eccezione dell’aumento dell’espressione del miR-155 da -7 a 7 die dal parto, non è stato osservato nessun effetto del tempo. Analizzando l’effetto interazione dieta*tempo nel metabolismo del fegato, Acyl-CoA Ossidasi 1 (ACOX1) ha visto aumentata la sua espressione nel gruppo ST, rispetto al CON al giorno 7 mentre SCD ha evidenziato una maggiore espressione da 7 a 21 giorni nel gruppo ST, se comparato al gruppo FO. Passando poi al tessuto adiposo, Lipin1 (LPIN1) ha mostrato valori di espressione maggiori per il FO a 7 giorni di lattazione (rispetto a ST) e l’espressione di FASN ha raggiunto valori più elevati nel gruppo stearato a -7 DIM rispetto al controllo e al FO. L’espressione di IL6 nel tessuto adiposo ha mostrato una down-regulation nel gruppo stearato rispetto al gruppo controllo al giorno 7. Il presente studio ha evidenziato limitati effetti dell’espressione dei geni considerati, coinvolti nel metabolismo lipidico e nell’infiammazione in fegato e tessuto adiposo, a seguito dell’integrazione di acidi grassi saturi e polinsaturi in capre da latte vicine al parto. Nel contempo, è stato osservato un trend fisiologico nelle due settimane in prossimità del parto, caratterizzato da un aumento della β-ossidazione nel fegato e da una diminuzione nella sintesi di acidi grassi, accompagnata da più intensi processi infiammatori, a livello di tessuto adiposo. La successiva prova sperimentale si svolta con un numero totale di 32 galline ovaiole, assegnate in modo casuale a due gruppi oggetto di studio, con otto replicati per gruppo. Gli animali sono stati alimentati con una dieta base con (T) o senza (C) l’inclusione del 7.5% di farina di camelina per un totale di 63 giorni. Le performance degli animali sono state valutate settimanalmente, mentre la qualità dell’uovo è stata determinata a 0, 28, 56 giorni e la shelf-life/TBARS a 0, 9, 21, 28 giorni. Si è visto come l’integrazione della farina di camelina abbia migliorato il tasso di conversione dell’alimento nelle galline (P<0.05). Inoltre, è stata osservata una riduzione del contenuto di acidi grassi saturi (SFA) nel tuorlo delle galline appartenenti al gruppo T (33.18 vs. 32.45 g/100g di acidi grassi totali; P˂ 0.01), concomitante ad un arricchimento in acido α-linolenico (1.05 vs. 1.47 g/100g di acidi grassi totali; P< 0.01). I risultati così ottenuti mostrano come sia possibile, integrando la dieta di galline ovaiole con farina di Camelina sativa, migliorare la qualità del tuorlo, agendo sulla riduzione del contenuto in SFA e apportando un aumento di acidi grassi essenziali n-3. Ne consegue che i PUFA possano avere un duplice impatto: sulla salute animale e, indirettamente, sulla salute del consumatore. Infatti, questi acidi grassi non solo si sono dimostrati essere una fonte energetica ma anche una valida integrazione alla dieta animale durante i periodi più stressanti, quale, ad esempio il periparto. Di conseguenza, questo tipo di strategie alimentari possono agire su due fronti: da un lato migliorare la composizione acidica dei prodotti di origine animale, con un decremento nel contenuto di SFA e un aumento di acidi grassi monoinsaturi (MUFA) e PUFA, e, dall’altro, arricchire la dieta del consumatore.