Ceppi di Escherichia coli isolati da sedimenti marini: diversità

UNIVERSITÀ POLITECNICA DELLE MARCHE
DIPARTIMENTO SCIENZE DELLA VITA E DELL’AMBIENTE
Corso di Laurea Magistrale in Biologia Marina
Ceppi di Escherichia coli isolati da sedimenti marini:
diversità genetica, metallo-resistenza e produzione di
biofilm
Tesi di Laurea Magistrale di:
Relatore:
Daniele Ancillai
Dott.ssa Carla Vignaroli
Sessione straordinaria - Febbraio 2014
Anno Accademico 2012/2013
Cap. 1
Introduzione
1. INTRODUZIONE
Nella famiglia delle Enterobacteriaceae possiamo annoverare la
maggior parte degli organismi comunemente definiti enterobatteri. In
questo raggruppamento troviamo bacilli Gram negativi, asporigeni,
mobili per flagelli peritrichi o immobili (come i generi Shigella e
Klebsiella), di norma provvisti di pili, capsulati o acapsulati, che hanno
come habitat prevalente l’intestino dell’uomo e degli altri animali a
sangue caldo (uccelli e mammiferi).
Tra le specie sicuramente più
note troviamo il batterio Escherichia
coli,
facente
Escherichia,
parte
così
del
genere
denominato
in
quanto principale membro della flora
batterica aerobia intestinale. Infatti, E.
coli è in grado di colonizzare il tratto
gastrointestinale dei neonati già dopo
poche ore dalla nascita e, solitamente,
rappresenta per l’ospite umano (o animale) un innocuo commensale
localizzato nello strato mucoso dell’epitelio del colon (Kaper J. B. et al.,
2004). Questo rapporto di commensalismo può venire meno quando si ha
a che fare con pazienti immunocompromessi o in soggetti con peritoniti,
nei quali le normali barriere gastrointestinali sono alterate. Il batterio E.
coli è dunque un normale commensale associato all’uomo e agli animali,
dall’altro lato è uno dei maggiori responsabili di infezioni umane
intestinali ed extraintestinali (Rasko et al., 2008). Nei diversi ospiti, la
prevalenza e la densità di E. coli nel microbiota intestinale è variabile e
dipende da diversi fattori, tra cui la morfologia intestinale, la dieta, il
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Cap. 1
Introduzione
tempo di ritenzione del contenuto intestinale, ecc. (Tenaillon et al.,
2010). Nell’uomo la prevalenza di E. coli è del 90%, nei mammiferi
selvatici del 56%, negli uccelli del 23% e nei rettili del 10%. Inoltre,
essendo un normale membro della flora batterica intestinale, è molto
elevata la possibilità che esso contamini, tramite le feci, acqua, cibo,
suolo e sedimenti. Attraverso le feci che possono contenere in media 10 8
cellule batteriche/g, E. coli transita quindi in habitat secondari. Recenti
studi hanno messo in evidenza che questi ambienti transitori in alcuni
casi possono sostenere la crescita di specifici ceppi, in base alla
disponibilità di nutrienti e ai livelli di temperatura (Byappanahalli et al.,
2006, Walk et al., 2007) .
La contaminazione di un’importante risorsa come i corpi idrici
rappresenta una tra le maggiori cause di stati patologici e mortalità nel
mondo intero: solo nei paesi sviluppati, le patologie diarroiche, causano
fino a 1 milione e 800 mila decessi ogni anno (Ishii et al., 2008). A
complicare il quadro è il fatto che molti di questi organismi, immessi
tramite le acque reflue nei corpi idrici, posseggono geni di resistenza agli
antibiotici che possono eventualmente essere trasferite tra le comunità
batteriche di acqua e suolo mediante elementi genetici mobili (quali
plasmidi, trasposoni e integroni). L’introduzione e l’accumulo
progressivo
nell’ambiente
di
agenti
antimicrobici,
detergenti,
disinfettanti, residui di inquinamento industriale e metalli pesanti,
contribuisce all’evoluzione e alla diffusione di tali organismi resistenti in
ambiente acquatico (Baquero et al., 2008).
Per tutti questi motivi, la Direttiva Europea 2006/7/CE prevede
che per il monitoraggio delle acque costiere, inclusa l’area di spiaggia
adibita alla balneazione, vengano presi in considerazione campioni
d’acqua nei quali ricercare microrganismi come E. coli e gli enterococchi
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Cap. 1
Introduzione
intestinali, che rappresentano degli indicatori di contaminazione fecale
(FIB – Fecal Indicator Bacteria). Il rilevamento di questi microrganismi
è molto importante per la salute dell’uomo, per poter segnalare la
presenza di eventuali patogeni enterici. Inoltre la loro presenza in acqua
rappresenta di per sé un rischio in quanto ceppi di E. coli, come pure di
enterococchi, virulenti e multiresistenti, potenzialmente patogeni,
possono persistere in acqua e formare dei veri e propri serbatoi di
infezione nel comparto sedimentario, adattandosi alla nuova tipologia di
nicchia (Vignaroli et al., 2013). Un’eventualità da tenere in
considerazione è che fenomeni che portano alla risospensione dei
sedimenti, che può essere dovuta ad attività di dragaggio, alle correnti
marine o alla semplice attività ricreativa, possono causare un aumento
significativo dei FIB nella colonna d’acqua e quindi un potenziale
rischio per la salute umana. Nonostante ciò, le normative tutt’ora vigenti
sembrano accantonare la possibilità di valutare questo comparto, anche
se dati provenienti da studi recenti riferiscono che i FIB non solo
riescono a sopravvivere in un nuovo ambiente come quello marino, ma
che addirittura riescono a moltiplicarsi nei sedimenti, evolvendo come
popolazioni naturalizzate (Ishii et al., 2006). Alcuni ceppi possono
inoltre acquisire nuovi e specifici fattori di virulenza (VFs), che
conferiscono una ulteriore e maggiore capacità di adattamento a nuove
nicchie ecologiche, permettendo loro di causare un ampio spettro di
malattie. Sono proprio questi fattori di virulenza che, inizialmente
codificati da elementi mobili, con il tempo si fissano e si bloccano nel
genoma, andando a decretare quelle combinazioni di maggior successo
che a loro volta definiscono gli specifici patotipi di E. coli, i quali
saranno in grado di causare malattie anche in soggetti sani (Kaper et al.,
2004).
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Cap. 1
Introduzione
1.1 Classificazione, patogenesi e manifestazioni cliniche
Escherichia coli è in grado di causare un’ampia gamma di
infezioni: intestinali ed extraintestinali. Queste ultime comprendono
meningiti neonatali, batteriemie, pielonefriti, cistiti e prostatiti. In genere
i ceppi patogeni differiscono in base al loro gruppo di appartenenza
filogenetico e ai fattori di virulenza presenti. Ceppi patogeni di E. coli
derivano principalmente dal gruppo filogenetico B2 e in misura minore
dal gruppo D e la loro attività si esplica in tre fasi distinte: la
colonizzazione,
l’elusione
delle
difese
dell’ospite
e
infine
la
moltiplicazione e il danno tissutale. I ceppi di E. coli commensali,
invece, sono tipicamente appartenenti al gruppo filogenetico A (Johnson
et al., 2000).
Sulla base delle caratteristiche antigeniche, si riconoscono più di
700 sierotipi di E. coli. La sierotipizzazione un tempo era considerata
importante per riconoscere quei ceppi patogeni responsabili d’infezione:
essa avveniva tramite il riconoscimento di una complessa struttura
antigene: O, K e H. Oggi i ceppi patogeni sono classificati e identificati
sulla base di specifiche ed uniche caratteristiche di virulenza codificate
da particolari determinanti, i quali ci permettono di raggruppare i
sierotipi di E. coli in otto patotipi: sei per quanto riguarda i ceppi
patogeni intestinali (EPEC, ETEC, EHEC, EIEC, EAEC e DAEC) e
due per quelli patogeni extraintestinali (UPEC e NMEC). Una rapida
visione del loro insieme è riepilogata nella Tabella 1.1 (Lanciotti, 2000;
Kaper et al., 2004; Croxen et al., 2010).
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