Riassunto analitico
Legionella è un patogeno opportunista frequentemente associato ad infezioni di origine idrica. Nel corso degli anni, in Italia e in Europa il numero di casi è aumentato. Le linee guida nazionali ed internazionali suggeriscono misure di prevenzione per il controllo della contaminazione idrica da Legionella. Una vasta gamma di metodi di disinfezione fisici e chimici sono stati proposti ma, ad oggi, la procedura più efficace per il controllo della contaminazione ambientale non è ancora stata indicata. Lo scopo di questo studio era di valutare l'efficacia delle procedure più comuni utilizzate per ridurre/eliminare la contaminazione idrica da Legionella prendendo in considerazione anche i potenziali effetti tossici e corrosivi. Un numero considerevole di campioni di acqua è stato raccolto a intervalli regolari da reti idriche non trattate e trattate con uno dei seguenti sistemi di disinfezione in continuo: monoclorammina, biossido di cloro, perossido di idrogeno e trattamento termico. Legionella spp è stata rilevata e quantificata con il metodo culturale, considerato il 'gold standard', e con nuovi metodi molecolari. La cultura è fondamentale per il riconoscimento e l’isolamento dei ceppi batterici, ma necessita di lunghi periodi di incubazione (fino a 10 giorni), e può dare risultati falsi negativi dovuti alla presenza di cellule in uno stato vitale ma non coltivabile (VBNC). In condizioni ambientali avverse, come durante l’uso di metodi di disinfezione, Legionella può entrare in uno stato VBNC in cui le cellule sono ancora potenzialmente virulente. La qPCR è stata proposta come un metodo più rapido (1 giorno) in grado di rilevare e quantificare il DNA di Legionella spp, ma questo metodo ha lo svantaggio di dare risultati falsi positivi in quanto misura anche il DNA delle cellule morte. Per superare questo limite è stata utilizzata la viability-PCR (v-PCR), una metodica che grazie all’utilizzo di intercalanti del DNA è in grado di escludere dall’amplificazione le cellule morte. Nel nostro studio, abbiamo anche verificato l'esistenza di fenomeni di corrosione e/o formazione di sottoprodotti tossici della disinfezione (DBPs) in relazione al tipo e alla concentrazione del biocida applicato. Durante i tre anni di monitoraggio, tutti i sistemi di disinfezione sono stati in grado di controllare la contaminazione da Legionella, ma nessuno ha eliminato il battere dal sistema idrico. Le quattro strategie differivano nella loro capacità di ridurre la percentuale di siti positivi e i livelli di contaminazione. Inoltre, abbiamo notato erano presenti batteri vitali ma non coltivabili nelle acque trattate termicamente anche quando la temperatura era >55° C, valore suggerito dalle linee guida italiane per prevenire la contaminazione da Legionella. È interessante notare che i prodotti a base di cloro hanno mostrato una tendenza a selezionare specifiche specie, come L. pneumophila sierogruppo 1, il più frequentemente associato alla malattia. Tutti i trattamenti sono stati associati a fenomeni di corrosione, sperimentalmente studiata utilizzando lamine in acciaio al carbonio, ma il tipo di corrosione era diverso. Come previsto, l'uso di biossido di cloro è stato associato ad un aumento dei livelli di cloriti e clorati, anche superiori ai limiti italiani, ed è ben noto che questi composti possono causare effetti negativi sulla salute. In conclusione, si evidenzia che la disinfezione in continuo dovrebbe essere considerata come uno strumento efficace per ridurre la contaminazione da Legionella, ma sottolineiamo che tutti i sistemi devono essere continuamente sorvegliati dal momento che nessuno elimina i batteri dalla rete idrica. Inoltre, la scelta di un sistema di disinfezione dovrebbe essere basata, non solo sulla sua efficacia nel ridurre la contaminazione, ma anche sulla sua compatibilità con le reti idriche, per evitare danni dovuti alla corrosione e la formazione di sostanze potenzialmente tossiche.
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Abstract
Opportunistic pathogens such as Legionellaceae, Pseudomonadaceae, Mycobacteriaceae and Burkholderiaceae constitute a significant risk of waterborne infections, particularly in healthcare facilities. Particular attention has been given to Legionnaires’ disease because overall in Italy and in Europe the number of cases increased steadily during the years. National and international guidelines advocate the adoption of preventive measures to control Legionella water contamination in private and public buildings. A large range of physical and chemical disinfection methods have been proposed but, to date, the most efficient procedure to control the environmental contamination has not been yet indicated. The aim of this study was to assess the efficacy of the most popular procedures used to reduce/eliminate Legionella water contamination taking into consideration possible toxic and corrosive effects. A considerable number of water samples was collected at regular interval from water networks untreated and treated with one of the following continuous disinfection systems: monochloramine, chlorine dioxide, hydrogen peroxide, and heat treatment. Legionella spp was detected and quantified by both traditional culture, still considered the ‘gold standard’, and new molecular methods. Culture is essential for identifying and typing the bacterial strains, however it needs prolonged incubation periods (up to 10 days), and could give false negative results due to the presence in the sample of cells in a Viable But Not Culturable (VBNC) state. Under adverse environmental conditions, such as water disinfection, Legionella can enter into a VBNC state in which cells are still potentially virulent. In this context, the qPCR has been proposed as a more rapid approach (1 day) able to detect and quantify the DNA of all Legionella spp, but this method has the disadvantage of false positive results as it measures also the DNA from dead cells. To go beyond this limit, the viability PCR (v-PCR) has been proposed and utilized; this method is able to exclude dead cells from amplification with the use of DNA-intercalating dyes. In our study, we also verified the existence of corrosion phenomena and/or formation of toxic disinfection by-products (DBPs) into the drinking water according to the type and concentration of the biocide applied.During the three years of monitoring, all the disinfection systems adopted were able to control Legionella contamination, although none has eradicated the bacteria from the water systems. The four strategies, however, differed in their capacity to reduce the percentage of positive sites and the levels of contamination. In this context, we noted that viable but not culturable bacteria were present in heat treated waters at temperature >55°C, a value suggested by the Italian guidelines to prevent Legionella contamination. Interestingly, some disinfectants, with particular reference to the chlorine-based products, showed a tendency to select specific Legionella spp such as L. pneumophila serogroup 1 which is the most frequently associated to the disease appearance. All treatments were associated to corrosion phenomena, experimentally studied using carbon steel foils, but the type of corrosion was different. As expected, the use of chlorine dioxide was associated with increased levels of chlorite and chlorate, even upper the Italian limits, and it is well known that these compounds can cause negative health effects. In conclusion, we highlight that the continuous disinfection should be considered as an effective tool to reduce Legionella contamination, but we emphasize that all systems must be continuously monitored since none eliminates bacteria from the water networks. Moreover, the choice of a disinfection system should be based not only on its efficacy in reducing the contamination, but also on its compatibility with the pipeline systems, to avoid damages due to corrosion, and formation of potentially toxic substances.
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