Il latte al tempo della genomica

Il Professor Emerito Giovanni Ballarini ci racconta lo sviluppo della genomica e la sua importanza nella valutazione qualitativa del latte.

Sicurezza del latte alimentare

La genomica, nata negli anni ottanta del secolo scorso, può essere paragonata alle increspature che si formano dopo il lancio di un sasso in un lago, che colpiscono ed agitano ogni aspetto della nostra società. Nata come branca della biologia molecolare, la genomica si occupa dello studio del genoma degli organismi viventi, della sua struttura, contenuto, funzione ed evoluzione. Basandosi sulla bioinformatica, permette inoltre l’elaborazione e la visualizzazione di un’enorme quantità di dati, in moltissimi ambiti diversi, arrivando ad interessare anche il latte.

L’uomo inizia ad usare il latte come alimento circa undicimila anni fa, quando in Medio Oriente l’agricoltura e l’addomesticamento degli animali iniziano a sostituire la caccia e la raccolta, e quando circa settemila anni fa, nei territori dell’attuale Polonia, i pastori iniziano a produrre formaggi per integrare la loro dieta. Da allora il latte di capre, pecore, cerve, mucche, renne, bufale, cammelle e altri ruminanti diviene una preziosa fonte di nutrienti. Inoltre, i prodotti a base di latte fermentato possono essere conservati a lungo, divenendo indipendenti dalle variazioni stagionali e dai raccolti, e aiutando nei periodi di carestia.

Il latte e le sue caratteristiche fin dall’inizio sono apprezzate basandosi su valutazioni sensoriali. Colore, aroma, aspetto e sapore vengono posti al vaglio dei sensi umani. Così continua ad avvenire fino alla metà del XIX secolo quando la chimica, e soprattutto la nascente microbiologia, scopre nuovi parametri di qualità e sicurezza, indipendentemente dagli aspetti organolettici, e si accorge che il latte non è solo un ottimo nutriente per l’uomo, ma anche un eccellente substrato di crescita per i microrganismi. È nel XX secolo che si sviluppano i sistemi di controllo del latte e si realizzano i metodi di sanificazione per tutta la catena produttiva, dagli animali lattiferi al consumo umano; un processo che oggi inizia ad essere meglio lumeggiato e per certi aspetti rivoluzionato grazie all’avvento degli studi metagenomici che stanno aumentando le nostre conoscenze sul microbiota del latte e dei prodotti lattiero-caseari (soprattutto l’influenza dell’ambiente, della produzione e dei parametri di conservazione).

Microbiota mammario

L’interno di una ghiandola mammaria sana era ritenuto un ambiente sterile, specialmente negli animali in età prepuberale con capezzoli intatti, prima della colostrogenesi e dell’inizio della secrezione di latte con il primo parto. Si credeva che solo dopo il parto e con la prima colostrogenesi la ghiandola mammaria, divenendo un sistema aperto, fosse colonizzata da microrganismi derivati dalla contaminazione ambientale, dalla pelle della ghiandola mammaria o dal cavo orale della prole, dando origine ad un microbiota mammario. Oggi, però, si ritiene che quest’ultimo abbia anche un’origine endogena, derivante da microrganismi provenienti da organi diversi. Eccetto i patogeni che possono colonizzare la mammella giungendo per via ematica o linfatica, come quelli della brucellosi, tubercolosi e altri, oggi gli studi di metagenomica danno importanza alla via entero-mammaria. I microrganismi deriverebbero, dunque, dal microbiota digestivo passando per i linfonodi mesenterici e giungendo infine alla ghiandola mammaria, stabilendo una presenza condivisa entero-mammaria dei generi Ruminococcus, Bifidobacterium e Peptostreptococcaceae. Inoltre, il latte, oltre al microbiota endogeno, può contenere microrganismi provenienti dal canale del capezzolo, dalla pelle della mammella, dalle mungitrici, dai serbatoi e dai contenitori usati per immagazzinarlo, che nel loro insieme riflettono l’ambiente della stalla, degli alimenti e dei pascoli; da un punto di vista microbiologico, quindi, la sicurezza e la qualità del latte sono questioni rilevanti, che non riguardano solo la mungitura. Per questo, della massima importanza è la valutazione della composizione e dell’evoluzione del microbiota del latte crudo e la conoscenza del suo impatto sulla composizione e qualità del latte. Va considerato il latte e i suoi derivati dalla mungitura fino al trasporto, stoccaggio, trasformazione in prodotti lattiero-caseari e lungo le fasi che consentono l’elaborazione di tali prodotti secondari.

Sicurezza del latte nell’era genomica

Il latte è un mondo microbiologico estremamente complesso. Sono disponibili diversi metodi per rilevare e caratterizzare i microrganismi presenti nel latte e nei prodotti lattiero-caseari. I metodi convenzionali, la sierotipizzazione, i test di suscettibilità antimicrobica e la spettrometria di massa richiedono tempo e hanno una bassa capacità di risoluzione tassonomica. Questi inconvenienti sono stati superati dalla tipizzazione basata sul sequenziamento dell’intero genoma (WGS), che fornisce un gran numero di informazioni da cui è possibile ricostruire l’identificazione, la filogenesi, l’epidemiologia, la distribuzione, la virulenza e la resistenza multipla di un singolo ceppo.

Il Whole Genome Sequencing (WGS) serve a determinare, mediante una singola analisi del genoma, la sequenza completa del DNA. Oggi è la tecnologia più avanzata per decifrare e conoscere un individuo mediante l’esecuzione di un singolo test. Fortunatamente, data la sua rilevanza, i costi di WGS sono diminuiti nel tempo. Va considerato che il latte è uno dei maggiori serbatoi di patogeni, e questo metodo di genotipizzazione dei microrganismi e la sua applicazione è determinante per definire variazioni genomiche o caratteristiche epidemiologiche tra gli isolati associati a malattie trasmesse dai microrganismi del latte. Anche l’OMS (2018), in un documento panoramico, mette in evidenza l’importanza del WGS nella sorveglianza delle malattie di origine alimentare. L’analisi WGS permette anche il monitoraggio e la previsione delle minacce emergenti legate all’aumento di nuovi cloni virulenti potendo accelerare la sorveglianza e la gestione delle minacce emergenti. Con particolare riferimento al latte, l’uso di WGS ha migliorato l’accertamento nel caso di un focolaio di Escherichia coli O157 produttore della tossina Shiga associata al latte crudo da bere.

Latte, nuovi problemi per un alimento antico

La genomica sta dimostrando che il microbiota del latte è molto più complesso di quanto si pensasse: non è solo legato all’ambiente ma anche al microbiota intestinale, con un’elevatissima diversità e con strette relazioni con la sicurezza alimentare e le fermentazioni casearie; per questo il latte crudo deve essere valutato per nuovi aspetti.

Il consumo di latte crudo e formaggio a latte crudo è in aumento in tutto il mondo, con una crescente domanda di alimenti poco lavorati, sostenibili, sani e locali. In questo contesto, i patogeni emergenti e riemergenti rappresentano ancora una volta un’importante sfida per la sicurezza alimentare.

Il latte crudo viene venduto, come alimento, con l’istruzione, legalmente richiesta, di bollirlo; in questo caso, quindi, la responsabilità di eventuali infezioni ricade sul consumatore, poichè quella del produttore è solo di indicare chiaramente al consumatore che deve bollire il latte. Per il latte pastorizzato la responsabilità è invece del produttore, che deve garantire un sicuro processo di pastorizzazione. Anche microrganismi patogeni emergenti come Arcobacter butzleri, Yersinia parahaemolyticus, Corynebacterium pseudotuberculosis, stafilococchi coagulasi negativi e specie di Campylobacter sono motivo di preoccupazione per la sicurezza del latte.

Le preoccupazioni oggi aumentano anche in relazione ai cambiamenti climatici. L’aumento della temperatura influisce infatti sui sistemi alimentari, sui metodi di raccolta del latte, sulla disponibilità di mangime, sulla produzione, sul raffreddamento, e quindi sulla sicurezza del latte. In questi casi, i metodi diagnostici di metagenomica sono indispensabili per diagnosi precoci e precise. C’è da considerare che tali pratiche sono necessarie anche considerando la velocità di trasporto delle merci di questi tempi, e di conseguenza la possibilità che i prodotti a base di latte crudo che contengono batteri patogeni provenienti da paesi endemici entrino nell’UE e rappresentino un rischio per i suoi consumatori.

Per quanto riguarda la qualità del latte crudo non è da sottovalutare la presenza nel microbiota di batteri pseudomonadi e acinetobatteri che producono enzimi psicrofili che degradano proteine e grassi. Per i prodotti caseari nei quali si usa latte crudo, il microbiota è un importante indicatore non solo dell’ambiente nel quale vivono gli animali, ma anche della loro alimentazione. Trova quindi giustificazione la regola imposta da alcuni consorzi di produzione di formaggi DOP che gli animali abbiano un’alimentazione con almeno in parte foraggi locali.

Cambiamenti climatici e genomica lattiero-casearia

Come conseguenza del riscaldamento globale, è ipotizzabile che aumenteranno i rischi microbiologici e anche i rischi chimici legati alla presenza di micotossine o tossine vegetali nel latte, anche se non si può prevedere in che misura il cambiamento climatico influirà sulla sua qualità. Si può solo ipotizzare che le temperature nel nord Europa aumenteranno e che i periodi con piogge brevi e abbondanti potrebbero causare lo sviluppo di micotossine sui foraggi, in particolare micotossina B1, che possono passare nel latte. Non sono da escludere cambiamenti nei pascoli; ad esempio, con il cambiamento climatico è stata anche segnalata l’espansione del genere Datura, contenente alcaloidi che possono passare nel latte, e probabilmente anche altre tossine vegetali potranno diffondersi e contaminare i mangimi, portando a nuovi problemi per quanto riguarda la sicurezza del latte.

Come rilevano anche Vincenzina Fusco e collaboratori (Vincenzina Fusco V., Chieffi D., Fanelli F., Logrieco A. F. – Microbial quality and safety of milk and milk products in the 21st century – Comprehensive reviews in food science and food safety, 23 May 2020), l’umanità e il latte sono uniti da una storia plurimillenaria con problemi di sicurezza e qualità che sono stati superati nonostante i cambiamenti nell’agricoltura, i sistemi di allevamento, l’alimentazione degli animali, i metodi di lavorazione del latte e i cambiamenti climatici. In questo plurimillenario rapporto l’uomo ha sempre usato metodi e tecnologie per rendere sicuro questo alimento altamente nutriente e pertanto userà anche la genomica per migliorare la qualità e la sicurezza del latte a causa del cambiamento climatico.