Riassunto analitico
Le infezioni correlate all'assistenza sanitaria (ICA) sono una sfida a livello mondiale, un rischio per la salute pubblica e un onere economico. Le nostre attività di ricerca si concentrano principalmente su due progetti volti a prevenirle riducendo la trasmissione batterica attraverso la rete idrica e le superfici high-touch (HTS).
Primo progetto
Comunità microbiche variegate, comprendenti patogeni opportunisti come Legionella spp e micobatteri non tubercolari, sopravvivono e crescono nei sistemi idrici con particolare rischio per i pazienti immunocompromessi. Molti trattamenti sono adottati per il controllo di patogeni opportunistici nelle reti idriche ospedaliere. Nel nostro ospedale, tre biocidi (monoclorammina, biossido di cloro e perossido di idrogeno) sono in uso da anni per testarne l’efficacia nel controllo della contaminazione da Legionella spp, ma per la nostra esperienza, ogni metodo ha dei limiti e potrebbe determinare modifiche nella comunità batterica. Risulta importante studiare l'intero microbioma di tali sistemi con Next Generation Sequencing (NGS) e strumenti bioinformatici, che consentono di rilevare i membri coltivabili e non delle comunità microbiche.
L'obiettivo è verificare se queste tecnologie possano essere applicate in sanità pubblica. Nello studio pilota, abbiamo utilizzato NGS per valutare i cambiamenti del microbioma lungo il percorso dell'acqua termale e durante il processo di maturazione dei fanghi in una spa.
Nella fase successiva, abbiamo impiegato le tecnologie NGS per studiare l'impatto dei tre biocidi sulla comunità microbica dell'acqua trattata. Campioni di acqua fredda in ingresso e di acqua calda raccolti dai ricircoli e da punti distali delle tre reti trattate e di una non trattata sono stati analizzati per:
- conta batterica totale a 36 ° C e Legionella spp con metodi colturali;
- caratterizzazione del microbioma con NGS in collaborazione con l'Università "Foro Italico", Roma.
Nell’acqua fredda in ingresso, Proteobacteria e Bacteroidetes erano i phyla predominanti e Burkholderia, Sediminibacterium, Gallionella e Bradyrhizobium erano i generi più comuni.
I tre biocidi hanno mostrato un impatto diverso sui profili batterici, in particolare il Bradyrhizobium prevaleva nelle reti con perossido di idrogeno e biossido di cloro, Mycobacterium con il perossido di idrogeno, Gallionella con la monoclorammina e Blastomonas con il biossido di cloro. In tutti i campioni, Legionella e Pseudomonas spp erano <1% sul totale dei generi identificati. I nostri risultati forniscono nuove informazioni per la valutazione dei rischi e dei benefici delle diverse strategie di disinfezione.
Secondo progetto
Le strategie per prevenire le ICA includono l’igiene delle mani, l'uso di disinfettanti e la pulizia delle HTS. Questi metodi sono insufficienti per evitare la contaminazione batterica, quindi sono necessari nuovi approcci basati su rivestimenti antimicrobici. Diverse tecnologie sono sul mercato, ma la loro applicabilità appare limitata, perciò ulteriori materiali sono in via di sviluppo.
Lo scopo del progetto è realizzare nanomateriali antimicrobici per rivestire HTS e verificarne l'efficacia nel ridurre la contaminazione batterica in ospedale, in collaborazione con CNR, Napoli e INAIL, Roma. Rivestimenti di nanoparticelle metalliche su substrati di polipropilene sono in via di sviluppo e testati attraverso esperimenti in vitro. Questi rivestimenti hanno presentato un effetto antibatterico soddisfacente sulla crescita di E. coli e S. aureus. Inoltre, abbiamo monitorato le HTS con metodi di bioluminescenza e colturali. Il telecomando delle luci, le sponde del letto, il telecomando di controllo del letto, la maniglia della porta del bagno erano le superfici più contaminate e il reparto di Geriatria era il più contaminato.
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Abstract
The healthcare-associated infections (HCAI) represent a major challenge worldwide, a public health risk and an economic burden. Our research activities are mainly focused on two projects for their prevention aimed to reduce bacterial transmission through water network and high-touch surfaces (HTS).
First project
A various microbial community, including opportunistic pathogens such as Legionella spp and non-tuberculous mycobacteria, survives and grows within the water distribution systems with particular risk for immunocompromised patients. Many treatments are adopted for controlling opportunistic pathogens in hospital water networks. In our University hospital, three different biocides (monochloramine, chlorine dioxide and hydrogen peroxide) are in use since many years to test their effectiveness in controlling Legionella spp contamination, but according to our experience, each method has limits and it could determine modifications on bacterial community. It is relevant to establish the entire microbial community of these systems through Next Generation Sequencing (NGS) and bioinformatic tools that allow a new approach to examine the culturable and unculturable members of microbial communities.
The aim of this project is to verify if these technologies can be applied on public health issues. In the pilot study, we utilized NGS to evaluate the microbiome changes along thermal water path and during the maturation process of thermal muds within a spa.
In the following phase, we implemented NGS technologies to study the impact of these biocides on microbial community of the treated water. Inlet cold water and hot water samples collected from return loops and distal outlets of networks treated and one untreated were analysed for:
- total bacterial count at 36°C and Legionella spp by culture methods;
- microbiome characterization by NGS, in collaboration with the University "Foro Italico", Rome.
In inlet cold water, Proteobacteria and Bacteroidetes were the predominant phyla and Burkholderia, Sediminibacterium, Gallionella and Bradyrhizobium were the most common genera.
As expected, the three disinfectants showed a different impact on the bacterial profiles, in particular Bradyrhizobium was predominat in network treated with hydrogen peroxide and chlorine dioxide, Mycobacterium prevailed with hydrogen peroxide, Gallionella with monochloramine and Blastomonas with chlorine dioxide. In all samples, Legionella and Pseudomonas spp were <1% of the total identified genera. Our results provide new information for assessing risks and benefits of different disinfection strategies.
Second project
The strategies to prevent HCAI include hand hygiene practices, the use of disinfectants and cleaning of HTS. However, these methods appear insufficient to avoid bacterial growth, thus new approaches are required based on antimicrobial coatings. Different technologies are present in the market, but their applicability appears limited, thus further materials are under development.
The aim of the second project is to realize antimicrobial nanoparticles coatings for HTS and verify their effectiveness to reduce bacterial contamination in hospital, in collaboration with CNR, Naples, and INAIL, Rome. Metal nanoparticles coatings onto polypropylene substrates are being developed, and tested through in vitro experiments. These coatings have presented a satisfactory antibacterial effect on the growth of E. coli and S. aureus. Before their in situ application, we monitored the HTS by the bioluminescence and culture methods. The lights remote control, bed side bars, bed control, bathroom door handle were the most contaminated surfaces and geriatric department was the most contaminated hospital ward.
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