Epidemiologia molecolare in sanità pubblica: integrazione nei sistemi di sorveglianza per la prevenzione e il controllo delle infezioni correlate all'assistenza sostenute da patogeni multiresistenti

Antimicrobial resistance (AMR) represents a global public health challenge. The emergence of multidrug-resistant (MDR) organisms is particularly critical in hospital settings, causing healthcare-associated infections (HAIs). This thesis focused on three pathogens that are significant causes of HAIs, such as Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecium and Staphylococcus aureus, with the aim to characterize resistance profiles and molecular relationships amongst selected isolates. An integrated epidemiological approach, combining traditional and molecular methods, was adopted to track the spread of MDR strains, assess antibiotic resistance profiles and identify high-virulence clones in the Hub hospital in Molise region, central Italy. Antibiotic susceptibility was determined using the automated BD Phoenix™ system, while molecular characterization was performed through several techniques: PFGE, ERIC-PCR, RAPD-PCR and MLST for P. aeruginosa; PFGE, MLST and PCRs for resistance and virulence genes for E. faecium; PFGE, spa typing and PCRs for resistance and virulence genes for S. aureus. The study on P. aeruginosa revealed a widespread resistance to β-lactams, fluoroquinolones and carbapenems, and a genetic correlation between clinical and environmental isolates. Molecular typing identified clusters including both clinical and environmental strains and the presence of high-risk clones (ST111, ST235, ST446 and ST895). All E. faecium isolates exhibited resistance to vancomycin and teicoplanin, with high prevalence of the vanA gene (90.3%). PFGE identified clusters grouping strains predominantly isolated from the intensive care unit and other wards, suggesting inter-ward transmission events and prevalence of ST80 (CC17) and of other emerging clones (ST1478 and ST2164) was observed. For methicillin-resistant S. aureus (MRSA), the coexistence of clones responsible for both hospital- and community-associated infections underscore the complexity of their management. A high prevalence of the mecA gene (97.1%) was observed, as well as high inter-strains heterogeneity and eight spa types, with T002, T008 and T022 as the most prevalent (35.3%, 29.4%, and 11.8%, respectively). Only four strains with spa type T008 harboured the PVL gene. The overall results highlight the need to strengthen surveillance programs and infection control strategies including the study of molecular epidemiology, to limit the spread of MDR pathogens especially in high-risk wards. An integrated approach is pivotal for the timely identification of highly virulent strains and targeted interventions, thereby enhancing the management of HAIs and preserving the effectiveness of the available antimicrobial therapies.

L’antibiotico-resistenza (AMR) rappresenta una sfida di sanità pubblica a livello globale. L’emergenza di organismi multiresistenti (MDR) è soprattutto critica in ambito ospedaliero, causando spesso infezioni correlate all’assistenza (ICA). Il lavoro di tesi è stato focalizzato su tre patogeni responsabili di ICA, come Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecium e Staphylococcus aureus, con l’obiettivo di caratterizzarne i profili di resistenza e le relazioni clonali. È stato adottato un approccio epidemiologico integrato basato su metodiche tradizionali e molecolari, al fine di tracciare la diffusione di ceppi MDR, valutare la resistenza agli antibiotici e identificare cloni ad alta virulenza nell’ospedale Hub della Regione Molise. La suscettibilità agli antibiotici è stata determinata mediante sistema automatizzato BD Phoenix™, mentre la caratterizzazione molecolare ha incluso l’impiego di molteplici tecniche molecolari: PFGE, ERIC-PCR, RAPD-PCR e MLST per P. aeruginosa; PFGE, MLST e PCR per la ricerca di geni di resistenza e virulenza per E. faecium; PFGE, spa typing e PCR per la ricerca di geni di resistenza e virulenza per S. aureus. Per P. aeruginosa, i risultati hanno evidenziato resistenze estese verso β-lattamici, fluorochinoloni e carbapenemi e la tipizzazione molecolare ha mostrato la correlazione tra isolati clinici e di origine ambientale e la presenza di cloni ad alto rischio (ST111, ST235, ST446 e ST895). Nel caso di E. faecium, tutti gli isolati hanno mostrato resistenza a vancomicina e teicoplanina, con elevata prevalenza del gene vanA (90,3%). Sono stati identificati cluster che hanno raggruppato isolati dall’unità di terapia intensiva con quelli da altri reparti, suggerendo possibili eventi di trasmissione inter-reparto e perlopiù il clone ST80 (CC17) a maggiore prevalenza ed altri emergenti come ST1478 e ST2164. Per S. aureus meticillino-resistenti (MRSA), la coesistenza di cloni responsabili sia di infezioni ospedaliere, sia comunitarie sottolinea la complessità della gestione di tali infezioni. I risultati hanno confermato la presenza di mecA nel 97,1% e hanno permesso di identificare otto spa types, con T002, T008 e T022 tra i prevalenti (35,3%, 29,4% e 11,8%, rispettivamente). Solo quattro ceppi, tutti con spa type T008, hanno presentato il gene PVL. I risultati ottenuti evidenziano la necessità di rafforzare i programmi di sorveglianza e le strategie di infection control, includendo lo studio dell’epidemiologia molecolare, al fine di limitare la diffusione dei patogeni MDR, soprattutto nei reparti a maggior rischio. Un approccio integrato è uno strumento essenziale per identificare tempestivamente ceppi ad elevata virulenza e supportare interventi mirati, contribuendo a migliorare la gestione delle ICA e preservare l’efficacia delle terapie antibiotiche.