Capacità di Escherichia coli produttori di beta lattamasi a spettro esteso di formare biofilm

Escherichia coli is a ubiquitous bacterium that colonizes the intestinal tract of warm-blooded animals, including humans and livestock. Numerous studies have shown that E. coli is capable of forming biofilm, a structured microbial community that can promote both intra- and inter-species horizontal gene transfer. Genes conferring resistance to antimicrobials present in mobile genetic elements can be transferred from donor cells to recipient cells within the biofilm, contributing to the spreading of antimicrobial resistance and decreasing the effectiveness of many antimicrobial therapies. Among the various antimicrobials that are of critical importance for the treatment of bacterial infections in humans, cephalosporins play a fundamental role, especially against polymicrobial infections in humans. Resistance to these molecules is due to extended spectrum and AmpC-plasmid beta-lactamases, encoded by genes present on mobile genetic elements and identified in many E. coli strains. In this dissertation, we focused on the ability to develop biofilms by 102 strains of E. coli producers of extended-spectrum and AmpC-plasmid beta lactamases isolated from an integrated poultry farm in Northern Italy. The strains, previously genotyped by whole genome sequencing, were evaluated for their ability to form biofilms by using an in vitro microtiter assay, which involves fixation with methanol, staining with crystal violet and evaluation of optical density at the spectrophotometer at the wavelength of 570 ηm. Based on the comparison between the optical density of the sample and the negative control, strains were then classified into 4 categories: nonproducing, weak, moderate or strong biofilm producers. Except for one, all strains analyzed proved to be biofilm producers, of which 63 (61.77%) weak, 31 (30.39%) moderate, and 7 (6.86%) strong biofilm producers. Statistical analysis also highlighted possible associations between the ability to produce biofilms and some genotypic characteristics of the strains. In particular, strains characterized by the presence of blaCMY-2, conferring resistance to cephalosporins, and/or belonging to phylogroups A, B2, and C seem to be associated with a limited capacity to produce biofilms.

Escherichia coli è un batterio ubiquitario che colonizza il tratto intestinale di animali a sangue caldo, inclusi l’uomo e gli animali da reddito. Numerosi studi hanno dimostrato che E. coli è in grado di formare biofilm ovvero una comunità microbica strutturata che può promuovere il trasferimento genico orizzontale sia intra- che inter-specie. Geni di resistenza agli antimicrobici presenti su elementi genetici mobili possono essere trasferiti da cellule donatori a cellule riceventi all’interno del biofilm, contribuendo alla diffusione del fenomeno dell’antibiotico-resistenza e diminuendo l’efficacia di molte terapie antibiotiche. Tra i diversi antibiotici che risultano di rilevante importanza per il trattamento di infezioni batteriche in ambito umano, le cefalosporine hanno un ruolo fondamentale, specie nei confronti di infezioni polimicrobiche in ambito umano. La resistenza a tali molecole è dovuta a beta-lattamasi a spettro esteso e AmpC plasmidiche, codificate da geni presenti su elementi genetici mobili e identificati in ceppi di E. coli. In questo lavoro di tesi ci si è quindi focalizzati sulla capacità di sviluppare biofilm da parte di 102 ceppi di E. coli produttori di beta-lattamasi a spettro esteso e AmpC plasmidiche isolati da un’azienda avicola integrata del Nord Italia. I ceppi, precedentemente caratterizzati dal punto di vista genotipico (whole genome sequencing), sono stati valutati per la capacità di formare biofilm utilizzando un saggio in vitro in microtitolo, che prevede la fissazione con metanolo, la colorazione con cristal violetto e la valutazione della densità ottica allo spettrofotometro ad una lunghezza d’onda di 570 ηm. Sulla base del confronto tra densità ottica del campione e del controllo negativo, i ceppi sono stati quindi classificati in 4 categorie: non produttori, deboli, moderati o forti produttori di biofilm. Ad eccezione di uno, tutti i ceppi analizzati si sono dimostrati produttori di biofilm, di cui 63 (61,77%) deboli, 31 (30,39%) moderati e 7 (6,86%) forti produttori di biofilm. L’analisi statistica ha inoltre evidenziato delle possibili associazioni tra la capacità di produrre biofilm e alcune caratteristiche genetiche dei ceppi. In particolare, ceppi caratterizzati dalla presenza di blaCMY-2, gene codificante per la resistenza alle cefalosporine, e/o appartenenti ai filogruppi A, B2 e C sembrano essere associati ad una limitata capacità di produrre biofilm.