Sviluppo e ottimizzazione di sistemi biologici per il controllo e la prevenzione delle infezioni tramite rimodulazione stabile del microbioma ambientale

Introduzione della problematica nel contesto scientifico internazionale

Il microbioma dell’ambiente ospedaliero può contribuire significativamente alla trasmissione delle ICA (Infezioni Correlate all’Assistenza), rappresentando un reservoir di microrganismi patogeni1-3 . Gli ambienti costruiti e confinati, come quello ospedaliero, hanno un microbioma di origine antropica, dotato di minore biodiversità e maggiori resistenze. Ciò è particolarmente importante in ambiente ospedaliero, in quanto l’uso continuo ed elevato di farmaci antimicrobici e disinfettanti esercita una continua pressione selettiva che promuove la selezione e la diffusione di ceppi dotati di resistenza antimicrobica (AMR), che attualmente rappresenta una minaccia globale per la salute umana. La maggior parte delle ICA è infatti causata da microrganismi multi-drug resistant (MDR) o pan-drug resistant (panDR)4,5, tanto che l’OMS ha stilato liste di patogeni (“Dirty dozen, “ESKAPE”) ritenuti particolarmente pericolosi non tanto per la loro virulenza quanto per la loro farmaco-resistenza. Tali liste includono tutti i colonizzatori dell’ambiente ospedaliero.

Rilevanza del problema

Le ICA interessano a livello globale fino al 15% di tutti i pazienti ospedalizzati6 . Solo in Europa, oltre 4 milioni di pazienti all’anno sviluppano ICA, con oltre 37.000 decessi come diretta conseguenza7,8, di cui 10.000 solo in Italia9 . Le maggiori cause di ICA sono da un lato la persistente contaminazione microbica ambientale, e dall’altro l’AMR dei colonizzatori dell’ambiente ospedaliero. Il controllo della contaminazione microbica ospedaliera è stato finora affrontato mediante uso di disinfettanti chimici, che tuttavia: hanno un'azione temporanea, non essendo in grado di prevenire la ricontaminazione, hanno un elevato impatto ambientale e possono contribuire al peggioramento della AMR10 . L’aumentato uso di disinfettanti verificatosi nel periodo di pandemia COVID-19 ha ulteriormente aggravato il problema.

Metodo attraverso il quale il problema verrà affrontato

Il problema sarà affrontato con un approccio biologico e sostenibile in grado di superare i limiti della sanificazione chimica, basato sui principi della rimodulazione stabile del microbioma. Studi precedenti hanno già mostrato che l’uso di un sistema ecologico contenente spore di probiotici del genere Bacillus (Probiotic Cleaning Hygiene System, PCHS) può abbattere stabilmente i patogeni dell’80% in più rispetto alla disinfezione chimica11, riducendo anche la presenza di ceppi AMR (- 99.9%)12 e le ICA associate (-52%)13,14 . Il presente progetto di ricerca si propone di ottimizzare tale sistema per renderlo maggiormente rapido e specifico, mediante l’utilizzo combinato di fagi litici, virus esclusivi dei batteri, estremamente specifici e attivi anche contro ceppi MDR15-17 . Dopo messa a punto in campo controllato, il potenziale impatto del sistema combinato (PCHS/fagi) sarà valutato in campo, in uno studio multicentrico pre-post che coinvolgerà diversi ospedali pubblici Italiani, utilizzando come target il genere Stafilococcus, risultato essere prevalente negli ospedali finora monitorati. I batteriofagi saranno resi disponibili dall’Eliava Institute (Tbilisi, Georgia), con cui esiste una collaborazione pluriennale. La ricerca si svilupperà nelle seguenti fasi: 1. Monitoraggio della contaminazione stafilococcica originale nei setting selezionati; 2. Isolamento e identificazione dei ceppi stafilococcici presenti; 3. Test di suscettibilità degli isolati stafilococcici ai fagi litici e agli antibiotici (per rilevazione della frequenza di ceppi MDR); 4. Ottimizzazione dei metodi di applicazione e della m.o.i. ottimale per il trattamento dei setting selezionati; 5. Applicazione del sistema PCHS/fagi (a cura di Copma scrl) e monitoraggio della contaminazione microbiologica. Il monitoraggio della contaminazione sarà effettuato sia con metodi microbiologici (misura delle CFU/m2 ), che molecolari (analisi resistoma mediante microarray in PCR quantitativa real time).

Obiettivi e risultati attesi

L’obiettivo della ricerca è evidenziare se la sanificazione biologica PCHS/fagi possa essere uno strumento efficace per controllare la contaminazione patogena in ambiente ospedaliero, abbattendo rapidamente i target batterici e stabilizzando l’abbattimento nel tempo. Il sistema PCHS contenente i soli probiotici, essendo basato sul meccanismo di esclusione competitiva, è per sua natura graduale e aspecifico. In caso di outbreak di specifici batteri, o qualora sia necessario intervenire in modo specifico e rapido, i fagi litici potrebbero rappresentare uno strumento ideale, data la loro rapidità e specificità di azione, unite alla totale sicurezza d’uso, trattandosi di virus in grado di attaccare solo le cellule batteriche e non quelle eucariotiche. In caso di risultati positivi, analogamente a quanto osservato precedentemente, ciò potrebbe incidere significativamente nell’abbattimento dell’incidenza di ICA e di AMR. In prospettiva, ci si propone di studiare l’applicazione di questo sistema biologico combinato anche in altri campi (RSA, ambienti comunitari, trasporti pubblici, ma anche zootecnia e agricoltura), in un’ottica di sviluppo secondo il principio “One Health” indicato dall’OMS e dalla Comunità Europea, teso a considerare la salute umana come comprensiva di tutti gli ambienti di vita dell’uomo.

Bibliografia
1. Boyce J.M. doi: 10.1016/S0195-6701(07)60015-2.
2. Mitchell et al. doi: 10.1016/j.jhin.2015.08.005.
3. Hota B. doi: 10.1086/424667.
4. Caini et al. doi: 10.2807/ese.18.02.20352-en.
5. Cornejo-Juarez et al. doi: 10.1016/j.ijid.2014.12.022.
6. Allegranzi et al. doi: 10.1016/S0140-6736(10)61458-4.
7. ECDC. Available online: https://www.ecdc.europa.eu/en/publicationsdata/annual-epidemiological-report-2013-2011-data.
8. Brusaferro et al. doi: 10.1016/j.jhin.2014.12.005.
9. Messineo et al. doi: 10.7416/ai.2015.2073.
10. Vandini et al. doi: 10.1371/journal.pone.0108598.
11. Caselli et al. doi: 10.1371/journal.pone.0148857.
12. Caselli et al. doi: 10.1371/journal.pone.0199616.
13. Caselli et al. doi: 10.2147/IDR.S194670.
14. Abuladze et al. doi: 10.1128/AEM.01465-08.
15. Tomat et al. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.foodres.2014.01.013.
16. Sulakvelidze A. doi: 10.1016/S1359-6446(05)03441-0.
17. D’Accolti et al. doi: 10.2147/IDR.S170071.

COPMA Scrl - via Veneziani 32, Ferrara

Periodo: 6 mesi

Il progetto è coerente con i seguenti Ambiti di Ricerca e Innovazione del PNR 2021-2027:

5.1 Salute
5.1.1 Temi generali:
articolazione 2: Patogenesi, diagnosi, sorveglianza e terapia delle infezioni, comprese le infezioni emergenti

5.1.2 Tecnologie farmaceutiche e farmacologiche:
articolazione 1: Studio delle interazioni fra ospite, agente patogeno e fattori ambientali e comportamentali come concause delle malattie infettive

5.1.3 Biotecnologie:
articolazione 4: Interazioni microrganismi-ospite nella salute e nelle malattie umane e animali
articolazione 5: Biotecnologie microbiche