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CONTROLLARE IL MICROBIOTA RESISTENTE IN AMBIENTE OSPEDALIERO: IL SISTEMA “PCHS”
E. Caselli
CIAS Research Centre
Sezione Microbiologia & Genetica Medica
Dipartimento di Scienze Mediche
Università di Ferrara
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Le infezioni correlate all’assistenza (Healthcare Associated Infections, HAI) sono un problema globale (15% pazienti). La contaminazione microbica delle superfici nosocomiali contribuisce alla trasmissione delle HAI.
Metodi alternativi sostenibili → abbassare stabilmente la contaminazione (inibendo la ricontaminazione); garantire sicurezza d’uso e basso impatto ambientale; evitare selezione di resistenze
(metodi capaci di monitorare il fenomeno e di individuarne in modo preciso e veloce la comparsa).
I patogeni responsabili delle HAI sono spesso MDR o PanDR: MRSA, ESBL, KPC, Colistin…
Finora, il controllo della contaminazione superficiale è stato effettuato mediante sanificazione convenzionale. Limiti: non previene la ricontaminazione, può favorire la selezione di specie resistenti (i.e. clorexidina induce ColR in KPC), ha un forte impatto ambientale.
BACKGROUND
Oltre 4 milioni pazienti con HAI in Europa ogni anno. Almeno 37.000 decessi come diretta conseguenza di HAI.
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Salute ambientale «ripensata» alla luce delle acquisizioni sul microbioma: piuttosto della rimozione di tutti i patogeni, appare più efficace sostituire i patogeni con microrganismi benefici che ne ostacolano la colonizzazione (replacement)
PCHS (Probiotic Cleaning Hygiene System): sistema di sanificazione basato sull’uso di detergenti ecosostenibili contenenti spore di batteri probiotici del genere Bacillus
Microbiome project: i batteri «buoni» spiazzano quelli
«cattivi» ANTAGONISMO COMPETITIVO
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Preparazione cibi: Natto, Doenjang (cibi tradizionali giapponesi e coreani), ottenuti per fermentazione della soia da parte di B. subtilis, variante natto. Il prodotto finale contiene fino a 108 bacilli/gr!
Terapia: prevenzione disturbi GI o ripristino flora GI dopo trattamento antibiotico (Enterogermina, Bactisubtil, Biocult, Biosporin, Bispan, Fora-balance, ecc).
Uso sperimentale: ne1966 Esercito USA libero miliardi di spore di B. subtilis nella metropolitana di NY, per simulare un attacco batteriologico: nessun caso di infezione riportato.
Agricoltura: biofungicida (es. Serenade, Bayer)
Allevamenti: integratori per prevenzione malattie.
Le spore di Bacillus hanno una lunga storia di utilizzo «safe» nell’uomo
Genere Bacillus: batteri ubiquitari, presenti in suolo, acqua, intestino umano e animale. Tranne 2 specie (B. anthracis e B. cereus) tutte le specie del genere sono APATOGENE (EFSA risk class = 1)
BACKGROUND
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EFFICACIA on field
SICUREZZA EFFICACIA
in vitro
SCOPI RICERCA
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PCHS: attività antimicrobica in vitro
CTR PCHS
Inibizione crescita batteri e miceti
in co-coltura
PCHS-Bacilli vegetativi producono sostanze antibatteriche
EFFICACIA in vitro
Produzione composti antimicrobici (aloni di inibizione crescita a 24 h) da parte di B. subtilis (S), pumilus (P) e megaterium (M).
SPORE di PCHS-Bacilli germinano su superfici asciutte
A 24h dalla semina su superficie: solo il 20% resta spora, il restante 80% sono cellule vegetative
-ST +ST
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Studio multicentrico randomizzato controllato. 3 ospedali (1 Belgio, 2 Italia), analisi microbiota settimanali per 6 mesi.
1. PCHS vs sanificazione tradizionale
Superfici testate: pavimento, pediera letto e lavabo (ogni punto in duplicato). Analizzati circa 20.000 campioni microbiologici. METODI: Analisi contaminazione superficiale mediante CFU count (piastre Rodac).
EFFICACIA on field
2. Pre-post intervention
Studio monocentrico (1 ospedale, Ferrara).
Microbiota analizzato mensilmente PRIMA e
DOPO l’applicazione del PCHS.
ANALISI
MICROBIOLOGICHE
ANALISI MOLECOLARI
DNA → PCR e qPCR evidenziare:
carica batterica totale, presenza
di Bacillus, geni di farmaco-
resistenza (messi a punto 6
nuovi sistemi di analisi
molecolare)
Microbiologia
convenzionale:
conta CFU (4 patogeni)
+ Antibiogrammi
+
Superfici testate: pavimento, pediera letto e lavabo (ogni punto in duplicato). Analizzati circa 1.000 campioni. METODI: Analisi mediante CFU count (6 patogeni) + antibiogrammi + analisi molecolare.
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RISULTATI
• RIDUZIONE di tutti i patogeni HAI-associati analizzati fino a 90% più che con i disinfettanti tradizionali (cloro).
• Riduzione STABILE nel tempo.
PCHS abbatte stabilmente la carica patogena sulle superfici trattate (Vandini et al., PLoS One 2014; Caselli et al., PLoS One 2016).
PCHS
Detergenti chimici
• RIDUZIONE di tutti i patogeni HAI-associati analizzati fino a 99% rispetto al T=0.
• Riduzione STABILE nel tempo.
CFU
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I ceppi di Bacillus contenuti nel PCHS si sostituiscono gradualmente ai patogeni superficiali (75%):
replacement.
RISULTATI (Caselli E., et al., PLOS One 2016)
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T0 T1 T2 T3 T4
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SAMPLING TIME
Bacillus quote Tot Bacillus
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Induzione di resistenze? Analisi farmaco-resistenze nel microbiota residuo
qPCR microarray per geni di RESISTENZA: 84 diversi geni R (sensibilità ~ 10 copie/reazione).
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Antibiotico resistenze trovate nel microbiota superficiale a T0 (Caselli E., et al., PLOS One 2016)
T0: trovate resistenze ad almeno 12 classi di antibiotici.
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T1: Geni di resistenza evidenziati
(1 mese dopo l’applicazione del PCHS)
Decremento dei geni R fino a 100 volte rispetto a T0
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SICUREZZA D’USO
Le stesse analisi (resistoma) applicate anche ai Bacillus isolati dalle superfici trattate (fino a 4 anni):
nessuna acquisizione di resistenze rispetto ai ceppi originali
Stabilità genetica
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1. Implementazione sorveglianza microbiologica per Bacillus
2. Analisi molecolare di pazienti con HAI
Ricerca di Bacillus in tutti i campioni clinici
dei pazienti ospedalizzati in 7 strutture
trattate con PCHS (in 4 anni).
Oltre 32.000 campioni analizzati:
nessun campione positivo per Bacillus.
Sangue e urine di 6 pazienti, analizzati con 3
metodi diversi: 2 PCR (sensibilità 100 copie) e
qPCR (sensibilità 10 copie):
nessun campione positivo per Bacillus.
SICUREZZA D’USO
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1. Il PCHS induce l’abbattimeno stabile dei patogeni superficiali (i Bacillus rimpiazzano i patogeni sulle superfici)
2. Il PCHS non induce selezione di specie resistenti, ma anzi riduce la popolazione resistente (fino a 100 volte meno geni R rispetto a pre-PCHS)
3. I Bacillus del PCHS non causano infezioni nei pazienti ospedalizzati (analisi fino a 4 anni).
4. Le analisi molecolari sono importanti strumenti per monitorare la popolazione microbica ambientale e da paziente.
5. Ulteriore studio pre-post, multicentrico, 18 mesi, ultimato 30/06/2017, per verificare se la riduzione di contaminazione superficiale corrisponde ad una riduzione del numero di HAI (7 ospedali italiani). Trial registration n. ISRCTN58986947
CONCLUSIONI
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CIAS Laboratories
(Interdepartment
Research Center,
University of Ferrara):
Prof. S. Mazzacane
Dr. M. Coccagna
Tekne Hub Staff
Section of Microbiology
(University of Ferrara):
Dr. M. D’Accolti
Dr. M. Piffanelli
Dr. Irene Soffritti
S. Anna University-Hospital
(Ferrara):
Dr. P. Antonioli
RINGRAZIAMENTI