Executive Programme of Scientific and Technological Cooperation

between Italy and China for the years 2024-2025

Investigation of crosstalking between rumen microbiome, liver and immune system in regulating energy metabolism from dry off to early lactation in dairy cows.

Scientific Coordinator for Italy: Prof. Erminio Trevisi (Università Cattolica del Sacro Cuore).  Scientific Coordinator for China: Prof. Guowen Liu (Jilin University)

This project will integrate expertise and technologies from Italy (Università Cattolica del Sacro Cuore, UNICATT) and China (Jilin University, JLU) to advancing current knowledge on the most relevant phases of the lactation cycle in dairy cows, improving animal welfare, efficiency, and sustainability in the dairy sector. The project will exploit multi–omics technologies to understand how cow ruminal and mammary gland microbiomes are controlled by the host animal, and how these impacts on health status, efficiency and product quality. In particular, the role of liver and immune system functionality in the regulating energy metabolism and in the development of metabolic disorders will be investigated. Since metabolic disorders occurring after calving (i.e. ketosis) can take origin long time before the event, the nonlactating period (i.e. dry period) before calving will be deeply characterized with the aforementioned techniques. Microbiome, transcriptome, and metabolome of several tissues will be investigated, and resulting information will be integrated with a system biology approach to provide an improved understanding of the crosstalking between rumen, mammary gland, liver and immune system. The project will also evaluate and provide strategies to prevent or mitigate the adverse effects of metabolic disorders and their consequences on immune response, milk quality and cheese-making properties, with positive implications on the whole dairy industry. Transversal work packages include collaboration and dissemination of results to the sector in both countries.

The aim of the project is to improve knowledge on the prolonged transition period (TP), since the onset of some metabolic diseases such as ketosis is not well understood and could possibly start before calving. Therefore, the study of metabolic and immune changes at dry-off (DO) is crucial to predict the changes that will occur at the beginning of lactation. Consequently, the inflammatory response and behavioral alterations evidenced at dry-off represent a stressful event. Using a multi-omics approach, we aim to characterize the changes that occur from DO to the beginning of lactation, focusing on the rumen, liver, immune system and mammary gland. Understanding these mechanisms will improve animal management and welfare, with a high impact on the dairy sector. The in vivo experiment is started in September 2024 in CERZOO and in overall will include 26 healthy multiparous cows from DO to 60 days in milk. Diets of the cows before the DO will receive or not a restricted diets. Cows will be followed untill 60 days in milk to study the effects on rumen, mammary gland, plasma with a multiomics approach combined with the conventional physiological parameters (as feed intake and rumination, milk yield, fatty acids volatile in rumen, immuno-metabolic profile in plasma, milk composition).

Progetti Congiunti di Ricerca, Approvati nei Protocolli Esecutivi di Cooperazione Scientifica e Tecnologica Bilaterale (Es. Fin. 2024)

Meccanismi di comunicazione tra microbioma ruminale, fegato e sistema immunitario nella regolazione del metabolismo energetico dall'asciutta all'inizio della lattazione nelle vacche da latte

Coordinatore Scientifico per l’Italia: Prof. Erminio Trevisi (Università Cattolica del Sacro Cuore).  Coordinatore Scientifico per la Cina: Prof. Guowen Liu (Jilin University)

Questo progetto integrerà competenze e tecnologie provenienti dall'Italia (Università Cattolica del Sacro Cuore, UNICATT) e dalla Cina (Jilin University, JLU) per far progredire le attuali conoscenze sulle fasi più importanti del ciclo di lattazione delle vacche da latte, migliorando il benessere degli animali, l'efficienza e la sostenibilità del settore lattiero-caseario. Il progetto sfrutterà le tecnologie multi-omiche per capire come i microbiomi ruminali e della ghiandola mammaria delle vacche sono controllati dall'animale ospite e come questi impattino sullo stato di salute, sull'efficienza e sulla qualità del prodotto. In particolare, si studierà il ruolo della funzionalità del fegato e del sistema immunitario nella regolazione del metabolismo energetico e nello sviluppo di disturbi metabolici. Poiché i disordini metabolici che si verificano dopo il parto (ad esempio, la chetosi) possono avere origine molto tempo prima dell'evento, il periodo di non allattamento (ad esempio, il periodo di asciutta) prima del parto sarà caratterizzato in modo approfondito con le tecniche sopra menzionate. Saranno studiati il microbioma, il trascrittoma e il metaboloma di diversi tessuti e le informazioni ottenute saranno integrate con un approccio di biologia dei sistemi per fornire una migliore comprensione delle interazioni tra rumine, ghiandola mammaria, fegato e sistema immunitario. Il progetto valuterà e fornirà strategie per prevenire o mitigare gli effetti negativi dei disturbi metabolici e le loro conseguenze sulla risposta immunitaria, sulla qualità del latte e sulle proprietà casearie, con implicazioni positive per l'intera industria lattiero-casearia. I pacchetti di lavoro trasversali comprendono la collaborazione e la diffusione dei risultati al settore in entrambi i Paesi.

Lo scopo del progetto è quello di migliorare le conoscenze sul periodo di transizione prolungato (TP), poiché l'insorgenza di alcune malattie metaboliche come la chetosi non è ben compresa e probabilmente potrebbe iniziare prima del parto. Pertanto, lo studio dei cambiamenti metabolici e immunitari al momento dell'asciutta (DO) è fondamentale per prevedere i cambiamenti che si verificheranno all'inizio della lattazione. Di conseguenza, la risposta infiammatoria e le alterazioni comportamentali evidenziate al momento del dry-off rappresentano un evento stressante. Utilizzando un approccio multi-omico, ci proponiamo di caratterizzare i cambiamenti che avvengono dalla DO all'inizio della lattazione, concentrandoci su rumine, fegato, sistema immunitario e ghiandola mammaria. La comprensione di questi meccanismi migliorerà la gestione e il benessere degli animali, con un elevato impatto sul settore lattiero-caseario. L'esperimento in vivo è iniziato in CERZOO a settembre 2024 e complessivamente includerà 26 mucche multipare sane da DO a 60 giorni di latte. Le diete delle mucche prima del DO riceveranno o meno una dieta ristretta. Le mucche saranno seguite fino a 60 giorni di lattazione per studiare gli effetti sul rumine, sulla ghiandola mammaria e sul plasma con un approccio multiomico combinato con i parametri fisiologici convenzionali (come assunzione di cibo e ruminazione, produzione di latte, acidi grassi volatili nel rumine, profilo immunometabolico nel plasma, composizione del latte).