Towards the post-antibiotic era: The role of antibiotic resistant enterococci in different sources

The explosive spread of antibiotic resistance (AR) phenomenon has a global dimension. In the past, AR bacteria were predominantly associated with hospitals and care settings, but over the last decade, they were always more frequently found in aquatic environment and in food. Among AR bacteria, enterococci are important nosocomial pathogens and their clinical importance is directly related to AR, which contributes to increase risk of colonization and infection. The main objective of the present PhD thesis was to investigate the occurrence and the diversity of AR enterococci in two different settings, such as food and aquatic environments. In particular, two traditional cheeses (Chapter 1) and an urban wastewater treatment plant (Chapter 2) were considered. To our knowledge, this is the first evidence of AR enterococci isolated from Ragusano PDO cheese and from an urban wastewater treatment plant located in Sicily. Results obtained from cheese indicated the presence of a specific population, mostly referred to E. durans, for which less information on AR is available. High incidence of resistance was detected and numerous isolates exhibited multidrug-resistant phenotypes with strains resistant to vancomycin. Moreover, the multimodal distribution of MIC in enterococcal isolates permits to distinguish two sub-populations, suggesting an acquiring AR mechanism. Regarding water associated enterococci, results highlighted the dominance of E. faecium species in all analysed sites and a high incidence of AR against several antibiotics. Furthermore, numerous pulso-types with a unique PFGE pattern were distinguished and the presence of the same clone, in different sites, with different phenotypic resistance patterns was observed. In conclusion, results here obtained reinforced the need of a constant monitoring and an active surveillance of the presence of antibiotic resistant enteroccci in both cheeses and water, in order to contain the risk to human health.

L esplosione del fenomeno dell antibiotico resistenza (AR) si configura come un fenomeno globale. Sebbene i batteri AR sia stati per lungo tempo esclusivamente associati ad ambienti ospedalieri e/o sanitari, nell ultimo decennio sono stati isolati sempre più frequentemente, in numerosi altri ambienti e persino negli alimenti. La diffusione dell antibiotico resistenza tra gli enterococchi, noti come patogeni nosocomiali, ha contribuito a innalzarne il rischio di colonizzazione e infezione, incrementandone l importanza clinica. L'obiettivo principale della presente tesi di dottorato è stato quello di indagare la presenza e la struttura della popolazione enterococcica AR sia in matrici alimentari sia ambientali. In dettaglio, sono stati presi in considerazione due formaggi siciliani (Capitolo 1) e un impianto di depurazione urbano (Capitolo 2). Ad oggi, questa rappresenta la prima evidenza scientifica di AR in enterococchi isolati da formaggio Ragusano DOP e da un impianto di trattamento delle acque reflue urbane siciliano. I risultati ottenuti dal formaggio hanno evidenziato la presenza di una specifica popolazione, per lo più riferita alla specie E. durans, per la quale meno informazioni sull AR sono disponibili in letteratura. In particolare, è stata rilevata un elevata prevalenza di multi-resistenza e alcuni ceppi hanno evidenziato resistenza alla vancomicina. Inoltre, la distribuzione multimodale dei valori di MIC, all interno della specie, ha consentito la distinzione di due sottopopolazioni, suggerendo meccanismi di acquisizione genica di AR. Per quanto riguarda gli enterococchi isolati dal sistema di depurazione di acque urbane, i risultati hanno evidenziato la dominanza di E. faecium in tutti i siti analizzati e un'alta prevalenza di AR nei riguardi di numerosi antibiotici. Attraverso l analisi PFGE numerosi profili unici sono stati ottenuti e la presenza dello stesso clone con differenti profili di resistenza, in differenti siti, è stata osservata. In conclusione, i risultati ottenuti rafforzano la necessità di un monitoraggio costante e di una sorveglianza attiva sulla presenza di enterococchi AR sia nei formaggi che in ambienti acquatici, al fine di contenere il rischio per la salute umana.