Biblioteca Istituto Zooprofilattico Sperimentale dell'Umbria e delle Marche
Sanità Pubblica Veterinaria: Numero 135, Dicembe 2022 [http://www.spvet.it/] ISSN 1592-1581
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Avanzamenti nel Controllo biologico delle filiere alimentari:
l'impiego dei Bdellovibrio and like-organisms (BALOs) per il miglioramento della salubrità
dei prodotti alimentari e dell'ambiente


Advances in biological control of food supply chains:
The use of Bdellovibrio and like-organisms (BALOs) to improve the healthiness
of foodstuff and the environment

[Ver. 1.0]

Donatella Ottaviani, Silvia Pieralisi, Gabriele Angelico

Istituto Zooprofilattico Sperimentale dell'Umbria e delle Marche



Abstract. The purpose of the present work is to evaluate the potential use of Bdellovibrio And Like Organisms (BALOs) to treat infections caused by resistant to antibiotics gram-negative strains of bacteria. BALOs, due to their characteristic of acting as "living antibiotics", can fight infections directly inside the affected host organisms. This application would have the effect of decrease the indirect intake of these drugs through the consumption of meat from farm animals or fish. Although the future direct application of BALOs is promising, it needs further studies that take into consideration the safety of the use of these microbial agents in the microbiota. Food treatments with BALOs would allow to protect the consumer by reducing or eliminating additives and preservatives used in the commercial meat and fish supply chain.

Riassunto. Il presente lavoro ha lo scopo di valutare le potenzialità di impiego del Bdellovibrio And Like Organisms (BALOs) per trattare infezioni causate da ceppi di batteri gram - negativi resistenti agli antibiotici. I BALOs per la loro caratteristica di agire da "antibiotici viventi", possono combattere le infezioni direttamente all'interno degli organismi ospiti. Tale applicazione avrebbe l'effetto di produrre una diminuzione dell'assunzione indiretta di questi farmaci attraverso il consumo di carni di animali o pesci allevati. Pur essendo promettente la futura applicazione diretta dei BALOs in tal senso necessita di ulteriori studi che tengano in considerazione la sicurezza dell'impiego di questi agenti microbici nel microbiota. Trattamenti dei cibi con i BALOs permetterebbero di tutelare il consumatore integrando o eliminando gli additivi e i conservanti utilizzati per preservare gli alimenti nella filiera carnea che in quella ittica.



Contestualizzazione del Lavoro
Questo studio parte dalla considerazione per la quale si stima che entro il 2050 una delle principali cause di mortalità sarà dovuta a infezioni batteriche causate da ceppi resistenti agli antibiotici. Aumenta cioè il divario tra velocità con cui i batteri acquisiscono resistenza agli antibiotici e velocità con cui si mettono a punto farmaci efficaci per combatterli. Da tale premessa si comprende come siano necessari progressi nel campo della microbiologia e della farmacologia, per scongiurare questa previsione.
I Bdellovibrio And Like Organisms (BALOs), per la loro caratteristica di predare i batteri gram-negativi e di essere inattivi nei confronti delle cellule eucariotiche, si presentano come dei potenziali strumenti utilizzabili per mettere a punto strategie di controllo verso questi micro organismi, che tendono ad acquisire resistenza agli antibiotici.

Un grande traguardo della ricerca futura sarà quello di riuscire a creare trattamenti in cui i BALOs agiscano da antibiotici "viventi", andando a combattere le infezioni batteriche direttamente all'interno dell'organismo ospite, sostituendo o riducendo drasticamente il consumo di antibiotici a livello mondiale. Tale applicazione avrebbe duplice efficacia: una diminuzione nell'utilizzo diretto di antibiotici da parte dell'uomo e in secondo luogo una diminuzione dell'assunzione indiretta di questi farmaci attraverso la dieta (consumo di carni di animali o pesci allevati con l'utilizzo di elevate dosi di antibiotici). Una futura applicazione diretta dei BALOs in tal senso è ancora lontana e necessitano ulteriori studi, che possano confermare un sicuro utilizzo di questi, dovendo agire all'interno di sistemi complessi dove le interazioni con popolazioni batteriche del microbiota.

Tuttavia si è recentemente dimostrata l'efficacia di alcuni ceppi di BALOs nel controllare la proliferazione di batteri patogeni e non, in alimenti a base di carne o molluschi vivi. Un traguardo sicuramente molto più vicino è rappresentato dal riuscire a mettere a punto strategie e trattamenti di bio-controllo per aumentare la sicurezza di questi alimenti.
Trattamenti efficaci dei cibi con questi microorganismi permetterebbero di offrire al consumatore prodotti più sicuri, ma anche di integrare o eliminare gli additivi e i conservanti utilizzati per preservare gli alimenti, in molti casi dannosi per la salute umana.



Impiego dei Bdellovibrio and like-organisms (BALOs) per il miglioramento della salubrita' dei prodotti alimentari e dell'ambiente

La ricerca dell'IZS UM di Ancona sui Bdellovibrio and Like Organisms
nella filiera carne ed ittica



Descrizione dell'attività di ricerca

Donatella Ottaviani] Con Bdellovibrio and like organisms (BALOs) ci riferiamo a batteri predatori obbligati che selettivamente agiscono su una vasta gamma di batteri Gram-negativi, tra cui batteri patogeni e/o che hanno sviluppato resistenza a più trattamenti antibiotici.
La loro caratteristica che li rende molto interessanti per le applicazioni pratiche nel settore alimentare è l'assenza di patogenicità nei confronti delle cellule eucariotiche; quindi non agiscono su organismi superiori ma soltanto nei confronti di altri batteri Gram negativi. Questa caratteristica li rende un potenziale applicativo nel contenere batteri sia patogeni ma anche alteranti degli alimenti, aumentandone verosimilmente la salubrità e la loro shelf-life.
Presso l'Istituto Zooprofilattico Sperimentale UM l'attenzione nei confronti di questi microrganismi è iniziata già nel 2013 interfacciandoci con un gruppo di ricerca americano dell'USDA che già si stava occupando di questi batteri. Abbiamo anche inviato a scopo formativo una nostra ricercatrice, la dottoressa Serena Chierichetti, acquisendo così le tecniche di studio riguardanti i Balos e quindi da quel momento in poi siamo diventati in grado di riproporre e riprodurre questi modelli di lavoro e di coltura presso i laboratori dell'Istituto. Nel 2013 ci è stato assegnato un progetto di ricerca finalizzata che prevedeva l'utilizzo di questi microrganismi predatori nel settore della depurazione dei molluschi bivalvi.
Nel 2017 un nuovo progetto di ricerca corrente assegnatoci prevedeva l'utilizzo di tali batteri in altre filiere alimentari in particolare per quanto riguarda le applicazioni nel settore lattiero caseario ed in quello della filiera carnea.

Silvia Pieralisi] Lo scopo della Ricerca Corrente dal titolo NUOVE FRONTIERE NEL CONTROLLO BIOLOGICO DELLE FILIERE ALIMENTARI: L'IMPIEGO DEI BDELLOVIBRIO AND LIKE-ORGANISMS (BALOs) PER MIGLIORARE LA SHELF-LIFE E LA SALUBRITA' DEI PRODOTTI era studiare una possibile applicazione dei Balos, batteri predatori di altri batteri, nell'aumento della shelf-life di prodotti della filiera alimentare applicandoli nell'abbattimento della carica di specifici batteri.
Inizialmente effettuato delle prove di laboratorio in brodo di coltura utilizzando un ceppo di Bdellovibrio bacterovorus, predatore di un ceppo specifico di E.coli: dai risultati abbiamo riscontrato un abbattimento della carica di E.coli soprattutto nelle prime ore. Facendo preliminarmente delle prove a diverse concentrazioni di predatore/preda per testare quale fosse la migliore, abbiamo poi effettuato l'esperimento direttamente su di una matrice carnea, nello specifico petto di pollo.
Abbiamo quindi monitorato l'andamento delle concentrazioni del predatore e della preda dal tempo 0 a più giorni, registrando un risultato interessante e cioè l'abbattimento della carica di E.coli di 4 logaritmi nelle prime 6 ore, indicando l'intensa attività di B. bacterovorus verso la sua preda anche all'interno di una matrice carnea. Questo esperimento è stato poi replicato in un'altra matrice, la carne in scatola, ottenendo un abbattimento della carica di E.coli di 2 logaritmi nelle prime 6 ore, confermando l'attività di B. bacterovorus soprattutto nelle prime ore dal contatto con la sua preda anche in matrici carnee.
Questi risultati preliminari ci hanno portato alla conclusione che B. bacterovorus potenzialmente potrebbe essere utilizzato come coadiuvante nel controllo e nel miglioramento della shelf-life di quei prodotti ready to eat e con un periodo di conservazione abbastanza breve, aumentando anche la salubrità e la conservabilità del prodotto.

Gabriele Angelico] Nel 2017 mi è stato assegnato nell'ambito della ricerca finalizzata "BIOLOGICAL APPROACH TO DECONTAMINATION OF BIVALVE MOLLUSCS FROM V.PARAHAEMOLYTICUS AND SALMONELLA BY BACTERIOVORAX SPECIES", il progetto di prove di decontaminazione dei molluschi bivalvi vivi utilizzando Bdellovibrio and like organisms (BALOs).
La nostra attività inizialmente era concentrata sull'isolamento di Halobacteriovorax (la specie alofila del batterio) con preda specifica V.parahaemolyticus da campioni di acqua di mare pervenuti in Istituto insieme ai campionamenti ufficiali per la sorveglianza sanitaria delle acque al largo della costa marchigiana. Nel corso del 2017 e del 2018 abbiamo quindi analizzato con cadenza bimensile queste aree e i dati ottenuti hanno mostrato che siamo usciti ad isolare Halobacteriovorax anche nei mesi invernali a temperature più basse.
Dalle nostre conoscenze pregresse sapevamo che le temperature ottimali di crescita dei BALOs erano tra i 20 e i 25° C, quindi un po' incompatibili con le temperature delle acque marine e con le temperature degli impianti di depurazione dei molluschi, però abbiamo notato che anche a queste temperature l'Halobacteriovorax è attivo e non perde l'attività predatoria.
Abbiamo deciso di provare negli acquari dell'istituto a contaminare sperimentalmente le cozze con V.parahaemolyticus e concentrazioni differenti di Halobacteriovorax isolato in campo. Siamo riusciti ad ottenere un abbattimento di carica del vibrio in esame nelle prime 24/48 ore di esposizione di circa 2 logaritmi, quindi non un abbattimento completo della carica iniziale, ma con l'azione dell'Halobacteriovorax siamo riusciti a contenere la replicazione del vibrio in acqua.
Questo ci porta a considerare che negli impianti di depurazione dei molluschi con temperature dell'acqua sui 13°C e salinità più elevata non ci sarà un abbattimento completo di carica del patogeno target, quindi gli Halobacteriovorax potrebbero avere un ruolo di modulatori naturali ed essere utilizzati come lotta integrata da correlare alle variazioni di temperatura e di salinità degli impianti per portare così ad un abbattimento considerevole della carica iniziale da V.parahaemolyticus.

Bibliografia

Ottaviani, D., Pieralisi, S., Angelico, G., Mosca, F., Tiscar, P. G., Rocchegiani, E., et al. (2019). Bdellovibrio bacteriovorus to control Escherichia coli on meat matrices.International Journal of Food Science and Technology.55,988–994.doi:10.1111/ijfs.14355 https://ifst.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/ijfs.14355

Ottaviani, D., Chierichetti, S., Angelico, G., Forte, C., Rocchegiani, E., Manuali, E., Leoni, F., (2018). Halobacteriovorax isolated from marine water of the Adriatic sea, Italy, as an effective predator of Vibrio parahaemolyticus, non-O1/O139 V. cholerae, V. vulnificus. Journal of Applied Microbiology. doi:10.1111/jam.14027 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29931749/

Ottaviani, D., Chierichetti, S. and Leoni, F. (2015). Approccio biologico alla decontaminazione dei molluschi bivalvi da V. parahaemolyticus tramite Bdellovibrio e organismi similari (BALOs): Una collaborazione tra IZSUM e USDA-ARS - Biological approach to decontamination of bivalve molluscs from V. parahaemolyticus by Bdellovibrio and like-organisms (BALOs): collaboration between IZSUM and USDA-ARS. Sanita Pubblica Veterinaria: Numero 87, Dicembre Available at: https://spvet.it/archivio/numero-92/613.html ISSN 1592-1581.




Ottaviani et al., Avanzamenti nel Controllo biologico delle filiere alimentari:  l'impiego dei Bdellovibrio and like-organisms (BALOs) per il miglioramento della salubrita' dei prodotti alimentari e dell'ambiente (SPVet.it 135/2022)

Ottaviani et al, (2022). Avanzamenti nel Controllo biologico delle filiere alimentari: l'impiego dei Bdellovibrio and like-organisms (BALOs) per il miglioramento della salubrità dei prodotti alimentari e dell'ambiente - Micro Epidemic One Health (SPVet.it 135/2022)



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