Effetto della temperatura ambientale sulla produzione di biofilm in ceppi di Escherichia coli patogeni aviari (APEC)

Avian pathogenic Escherichia coli (APEC) are the etiological agents of avian colibacillosis, a common disease in poultry farms that can cause severe economic losses due to high morbidity and mortality rates. Some APEC strains have the ability to produce biofilms, which are complex and structured communities of microorganisms embedded within a matrix of extracellular polymeric substances. In poultry farms, biofilms primarily develop within water line systems; this ability is correlated with bacterial virulence and confers increased tolerance to disinfectants and antibiotics. Because biofilm is a survival mechanism, the ability to produce biofilms and the amount of biomass formed are closely linked to environmental temperature, as well as to the characteristics of the surface (biotic or abiotic) colonized by the microorganisms. The aim of this thesis was to evaluate how an environmental temperature of 25 °C influences in vitro biofilm production across a collection of 74 Italian and European APEC strains, which had been previously tested at 37 °C and 42 °C. To quantify the biofilm biomass produced, the strains were incubated at 25 °C in technical triplicate in 96-well microtiter plates. Subsequently, a crystal violet staining assay was performed, and the optical density was measured at 570 nm using a spectrophotometer. The results obtained at 25 °C revealed significant phenotypic heterogeneity within the collection: 46% of the strains were classified as moderate (23%) or strong (23%) producers, while 51.4% were weak producers; only 2.7% were non-producers. This phenotypic characterization lays the groundwork for the subsequent identification of genetic determinants potentially involved in virulence and biofilm production. Ultimately, this will provide a better understanding of APEC environmental persistence mechanisms and help to optimize biosecurity strategies.

Escherichia coli patogeni aviari (APEC) sono gli agenti eziologici della colibacillosi aviaria, una patologia comune negli allevamenti avicoli che può portare a gravi perdite economiche a causa dell'elevata morbilità e mortalità. Alcuni ceppi APEC hanno la capacità di produrre biofilm, una comunità complessa e strutturata di microrganismi immersi in una matrice di sostanze polimeriche extracellulari. Il biofilm si sviluppa principalmente all’interno degli impianti idrici degli allevamenti, è correlato alla virulenza batterica e conferisce una maggiore tolleranza nei confronti di disinfettanti ed antibiotici. Essendo un meccanismo di sopravvivenza, la capacità di produrre biofilm e la quantità di biomassa prodotta sono strettamente legate alla temperatura ambientale, nonché alle caratteristiche del supporto (biotico o abiotico) in cui risiedono i microrganismi. L’obiettivo di questo lavoro di tesi è stato valutare in che modo una temperatura ambientale di 25 °C possa influenzare la produzione di biofilm in vitro in una collezione di 74 ceppi APEC italiani ed europei, precedentemente testati a temperature di 37 °C e 42 °C. Per quantificare la biomassa di biofilm prodotta, i vari ceppi sono stati incubati a 25 °C in triplicato tecnico in piastre da 96 pozzetti e successivamente è stato utilizzato un saggio di colorazione con cristal violetto e misurazione della densità ottica a 570 nm allo spettrofotometro. I risultati ottenuti a 25 °C hanno evidenziato una significativa eterogeneità fenotipica all’interno della collezione: il 46% dei ceppi è risultato moderato (23%) o forte (23%) produttore, mentre il 51,4% debole produttore; solo il 2,7% non ha prodotto biofilm. Questa caratterizzazione fenotipica pone le basi per una successiva identificazione dei determinanti genetici potenzialmente coinvolti nella virulenza e nella produzione di biofilm, al fine di ottenere una migliore comprensione dei meccanismi di persistenza ambientale di APEC e ottimizzare le strategie di biosicurezza.