Advances in methods to detect, isolate and quantify foodborne pathogens

Foodborne diseases impact human health and economies worldwide in terms of health care and productivity loss. Prevention is necessary and methods to detect, isolate and quantify foodborne pathogens play a fundamental role, changing continuously to face microorganisms and food production evolution. Official methods are mainly based on microorganisms growth in different media and their isolation on selective agars followed by confirmation of presumptive colonies through biochemical and serological test. A complete identification requires form 7 to 10 days. Over the last decades, new molecular techniques based on antibodies and nucleic acids allow a more accurate typing and a faster detection and quantification. The present thesis aims to apply molecular techniques to improve official methods performances regarding two pathogens: Shiga-like Toxin-producing Escherichia coli (STEC) and Listeria monocytogenes. In 2011, a new strain of STEC belonging to the serogroup O104 provoked a large outbreak. Therefore, the development of a method to detect and isolate STEC O104 is demanded. The first objective of this work is the detection, isolation and identification of STEC O104 in sprouts artificially contaminated. Multiplex PCR assays and antibodies anti-O104 incorporated in reagents for immunomagnetic separation and latex agglutination were employed. Contamination levels of less than 1 CFU/g were detected. Multiplex PCR assays permitted a rapid screening of enriched food samples and identification of isolated colonies. Immunomagnetic separation and latex agglutination allowed a high sensitivity and rapid identification of O104 antigen, respectively. The development of a rapid method to detect and quantify Listeria monocytogenes, a high-risk pathogen, is the second objective. Detection of 1 CFU/ml and quantification of 10–1,000 CFU/ml in raw milk were achieved by a sample pretreatment step and quantitative PCR in about 3h. L. monocytogenes growth in raw milk was also evaluated.

Caratterizzazione microbiologica ed epidemiologica del microbiota del cavo orale mediante metodiche colturali e molecolari

La ricerca si è focalizzata su due degli aspetti di interesse odontoiatrico più diffusi: la carie dentaria e la parodontite cronica. Il problema della carie dentaria è stato studiato in una popolazione di 39 soggetti affetti da cardiopatia congenita in cui la scarsa igiene orale è fattore di rischio per problematiche di salute generale e soprattutto per lo sviluppo di endocardite infettiva. I dati osservati e confrontati con quelli di un omogeneo gruppo di controllo dimostrano che nella dentatura decidua questi bambini hanno più denti cariati, come dimostrato dalla significativa differenza dell'indice dmft. Nella dentatura permanente non si osservano differenze tra i due gruppi. La carica microbica totale rilevata nella saliva e la presenza di Streptococcus mutans non mostrano differenze tra i due gruppi. I problemi di parodontite cronica sono stati studiati in un gruppo di 352 soggetti italiani adulti in cui si è definita la prevalenza dei 6 più importanti patogeni parodontali e la possibile correlazione con parametri clinici (pus, sanguinamento al sondaggio - BOP, profondità di sondaggio della tasca parodontale – PPD). Tra le 6 specie batteriche ricercate, quello di più frequente riscontro è stato Fusobacterium nucleatum (95%), mentre quello con carica batterica più alta è stato Tannerella forsythia. La carica batterica di Porphyromonas gingivalis, Treponema denticola, Tannerella forsythia e Fusobacterium nucleatum ha mostrato una correlazione diretta con il BOP e la presenza di pus. Inoltre, si è riscontrato che la carica batterica di tutte le specie (tranne Aggregatibacterium actinomycetemcomitans) aumenta all'aumentare del PPD. Tra le variabili studiate, PPD rappresenta il più importante fattore di rischio per la presenza di parodontopatogeni, mentre BOP è un indicatore di rischio per la ricerca del complesso rosso.

Statistical mechanics formalism and methods for the analysis of real networks

This thesis provides a thoroughly theoretical background in network theory and shows novel applications to real problems and data. In the first chapter a general introduction to network ensembles is given, and the relations with “standard” equilibrium statistical mechanics are described. Moreover, an entropy measure is considered to analyze statistical properties of the integrated PPI-signalling-mRNA expression networks in different cases. In the second chapter multilayer networks are introduced to evaluate and quantify the correlations between real interdependent networks. Multiplex networks describing citation-collaboration interactions and patterns in colorectal cancer are presented. The last chapter is completely dedicated to control theory and its relation with network theory. We characterise how the structural controllability of a network is affected by the fraction of low in-degree and low out-degree nodes. Finally, we present a novel approach to the controllability of multiplex networks

Raccontare gli Antichi: le "Imagini" di Vincenzo Cartari

Con le "Imagini degli dei degli antichi", pubblicate a Venezia nel 1556 e poi in più edizioni arricchite e illustrate, l’impegnato gentiluomo estense Vincenzo Cartari realizza il primo, fortunatissimo manuale mitografico italiano in lingua volgare, diffuso e tradotto in tutta l’Europa moderna. Cartari rimodula, secondo accenti divulgativi ma fedeli, fonti latine tradizionali: come le ricche "Genealogie deorum gentilium" di Giovanni Boccaccio, l’appena precedente "De deis gentium varia et multiplex historia" di Lilio Gregorio Giraldi, i curiosi "Fasti" ovidiani, da lui stesso commentati e tradotti. Soprattutto, però, introduce il patrimonio millenario di favole ed esegesi classiche, di aperture egiziane, mediorientali, sassoni, a una chiave di lettura inedita, agile e vitalissima: l’ecfrasi. Le divinità e i loro cortei di creature minori, aneddoti leggendari e attributi identificativi si susseguono secondo un taglio iconico e selettivo. Sfilano, in trionfi intrisi di raffinato petrarchismo neoplatonico e di emblematica picta poesis rinascimentale, soltanto gli aspetti figurabili e distintivi dei personaggi mitici: perché siano «raccontate interamente» tutte le cose attinenti alle figure antiche, «con le imagini quasi di tutti i dei, e le ragioni perché fossero così dipinti». Così, le "Imagini" incontrano il favore di lettori colti e cortigiani eleganti, di pittori e ceramisti, di poeti e artigiani. Allestiscono una sorta di «manuale d’uso» pronto all’inchiostro del poeta o al pennello dell’artista, una suggestiva raccolta di «libretti figurativi» ripresi tanto dalla maniera di Paolo Veronese o di Giorgio Vasari, quanto dal classicismo dei Carracci e di Nicolas Poussin. Si rivelano, infine, summa erudita capace di attirare appunti e revisioni: l’antiquario padovano Lorenzo Pignoria, nel 1615 e di nuovo nel 1626, vi aggiunge appendici archeologiche e comparatistiche, interessate al remoto regno dei faraoni quanto agli esotici idoli orientali e dei Nuovi Mondi.

Development of new molecular methods for the diagnosis and the study of viral diseases of fish

The increase in aquaculture operations worldwide has provided new opportunities for the transmission of aquatic viruses. The occurrence of viral diseases remains a significant limiting factor in aquaculture production and for the sustainability. The ability to identify quickly the presence/absence of a pathogenic organism in fish would have significant advantages for the aquaculture systems. Several molecular methods have found successful application in fish pathology both for confirmatory diagnosis of overt diseases and for detection of asymptomatic infections. However, a lot of different variants occur among fish host species and virus strains and consequently specific methods need to be developed and optimized for each pathogen and often also for each host species. The first chapter of this PhD thesis presents a complete description of the major viruses that infect fish and provides a relevant information regarding the most common methods and emerging technologies for the molecular diagnosis of viral diseases of fish. The development and application of a real time PCR assay for the detection and quantification of lymphocystivirus was described in the second chapter. It showed to be highly sensitive, specific, reproducible and versatile for the detection and quantitation of lymphocystivirus. The use of this technique can find multiple application such as asymptomatic carrier detection or pathogenesis studies of different LCDV strains. The third chapter, a multiplex RT-PCR (mRT-PCR) assay was developed for the simultaneous detection of viral haemorrhagic septicaemia (VHS), infectious haematopoietic necrosis (IHN), infectious pancreatic necrosis (IPN) and sleeping disease (SD) in a single assay. This method was able to efficiently detect the viral RNA in tissue samples, showing the presence of single infections and co-infections in rainbow trout samples. The mRT-PCR method was revealed to be an accurate and fast method to support traditional diagnostic techniques in the diagnosis of major viral diseases of rainbow trout.

Outcomes feto-neonatali dell'infezione non primaria da Cytomegalovirus

OBIETTIVI: Valutazione del rischio di trasmissione verticale e delle conseguenze dell’infezione congenita da cytomegalovirus (CMV) in caso di infezione non primaria versus l’outcome delle gravidanze complicate da infezione primaria. MATERIALI E METODI: Studio retrospettivo di coorte di gravide con infezione recente da CMV diagnosticata c/o il nostro centro negli anni 2000-2013. Le pazienti sono state suddivise in 2 gruppi in base al risultato delle indagini sierologiche (avidità IgG e immunoblot): il primo con profilo sierologico compatibile con infezione non primaria e l'altro compatibile con infezione primaria da CMV. Sono stati confrontati il rischio di trasmissione e di infezione congenita sintomatica nei due gruppi. RISULTATI: Il follow-up è risultato disponibile in 1122 casi di cui 182 con infezione materna non-primaria e 940 con infezione primaria materna. L’infezione congenita è stata diagnosticata in 7 (3.86%) feti/neonati nei casi di infezione non primaria e in 217 (23%) feti/neonati nei casi di infezione primaria (p<0.001). Tra gli infetti, erano sintomatici 43 (19,8%) e 3 (42,8%) rispettivamente nell’infezione primaria e non primaria. COMMENTO: La preesistente immunità materna offre una protezione contro la trasmissione intrauterina nell’infezione da CMV ma non protegge dalla malattia congenita sintomatica.

Studio sul ruolo dei fattori genetici coinvolti nella Valvola Aortica Bicuspide e/o nell'Aneurisma dell'Aorta Toracica

La Valvola Aortica Bicuspide (BAV) rappresenta la più comune anomalia cardiaca congenita, con un’incidenza dello 0,5%-2% nella popolazione generale. Si caratterizza per la presenza di due cuspidi valvolari anziché tre e comprende diverse forme. La BAV è frequentemente associata agli aneurismi dell’aorta toracica (TAA). La dilatazione dell’aorta espone al rischio di sviluppare le complicanze aortiche acute. Materiali e metodi Sono stati reclutati 20 probandi consecutivi sottoposti a chirurgia della valvola aortica e dell'aorta ascendente presso l'Unità di Chirurgia Cardiaca di Policlinico S.Orsola-Malpighi di TAA associata a BAV. Sono stati esclusi individui con una condizione sindromica predisponente l’aneurisma aortico. Ciascun familiare maggiorenne di primo grado è stato arruolato nello studio. L’analisi di mutazioni dell’intero gene ACTA2 è stata eseguita con la tecnica del “bidirectional direct sequencing”. Nelle forme familiari, l’intera porzione codificante del genoma è stata eseguita usando l’exome sequencing. Risultati Dopo il sequenziamento di tutti i 20 esoni e giunzioni di splicing di ACTA2 nei 20 probandi, non è stata individuata alcuna mutazione. Settantasette familiari di primo grado sono stati arruolati. Sono state identificate cinque forme familiari. In una famiglia è stata trovata una mutazione del gene MYH11 non ritenuta patogenetica. Conclusioni La mancanza di mutazioni, sia nelle forme sporadiche sia in quelle familiari, ci suggerisce che questo gene non è coinvolto nello sviluppo della BAV e TAA e, l’associazione che è stata riportata deve essere considerata occasionale. L’architettura genetica della BAV verosimilmente dovrebbe consistere in svariate differenti varianti genetiche che interagiscono in maniera additiva nel determinare un aumento del rischio.

New perspectives of genetic disorders in cattle

In the last decades a negative trend in inbreeding has accompanied the evident improvement in productivity and performance of bovine domestic population, predisposing to the occurrence of recessively inherited disorders. The objectives of this thesis were: a) the study of genetic diseases applying a “forward genetic approach” (FGA); b) the estimation of the prevalence of deleterious alleles responsible for eight recessive disorders in different breeds; c) the collection of well-characterized materials in a Biobank for Bovine Genetic Disorders. The FGA allowed the identification of seven new recessive deleterious variants (Paunch calf syndrome - KDM2B; Congenital cholesterol deficiency - APOB; Ichthyosis congenita - FA2H; Hypotrichosis - KRT71; Hypotrichosis - HEPHL1; Achromatopsia - CNGB3; Hemifacial microsomia – LAMB1) and of seven new de novo dominant deleterious variants (Achondrogenesis type II - two variants in COL2A1; Osteogenesis imperfecta - COL1A1; Skeletal-cardio-enteric dysplasia - MAP2K2; Congenital neuromuscular channelopathy - KGNG1; Epidermolysis bullosa simplex - KRT5; Classical Ehlers-Danlos syndrome - COL5A2) in different breeds, associated with a large spectrum of phenotypes affecting different systems. The FGA was based on the sequence of a clinical, genealogical, gross- and/or histopathological and genomic study. In particular, a WGS trio-approach (patient, dam and sire) was applied. The prevalence of deleterious alleles was calculated for the Pseudomyotonia congenita, Paunch calf syndrome, Hemifacial microsomia, Congenital bilateral cataract, Ichthyosis congenita, Ichthyosis fetalis, Achromatopsia and Hypotrichosis. A particular concern resulted the allelic frequency of 12% for the Paunch calf syndrome in Romagnola cattle. In respect to the Biobank for Bovine Genetic Diseases, biological materials of clinical cases and their available relatives as well as controls used for the allelic frequency estimations were stored at -20 °C. Altogether, around 16.000 samples were added to the biobank.

New knowledge, diagnostic and control tools to limit the impact of viral nervous necrosis (VNN) in the Mediterranean aquaculture sector

The role of aquaculture in satisfying the global seafood demand is essential. The expansion of the aquaculture sector and the intensification of its activities have enhanced the circulation of infectious agents. Among these, the nervous necrosis virus (NNV) represents the most widespread in the Mediterranean basin. The NNV is responsible for a severe neuropathological condition named viral nervous necrosis (VNN), impacting hugely on fish farms due to the serious disease-associated losses. Therefore, it is fundamental to develop new strategies to limit the impact of VNN in this area, interconnecting several aspects of disease management, diagnosis and prevention. This PhD thesis project, focusing on aquatic animals’ health, deals with these topics. The first two chapters expand the knowledge on VNN epidemiology and distribution, showing the possibility of interspecies transmission, persistent infections and a potential carrier role for invertebrates. The third study expands the horizon of VNN diagnosis, by developing a quick and affordable multiplex RT-PCR able to detect and simultaneously discriminate between NNV variants, reducing considerably the time and costs of genotyping. The fourth study, with the development of a fluorescent in situ hybridization technique and its application to aquatic vertebrates and invertebrates’ tissues, contributes to expand the knowledge on NNV distribution at cellular level, localizing also the replication site of the virus. Finally, the last study dealing with an in vitro evaluation of the NNV susceptibility to a commercial biocide, stress the importance to implement proper disinfectant procedures in fish farms to prevent virus spread and disease outbreaks.

Identification of sunflower genotypes suitable for organic agriculture and development of analytical tools for their traceability

Thanks to the development and combination of molecular markers for the genetic traceability of sunflower varieties and a gas chromatographic method for the determination of the FAs composition of sunflower oil, it was possible to implement an experimental method for the verification of both the traceability and the variety of organic sunflower marketed by Agricola Grains S.p.A. The experimental activity focused on two objectives: the implementation of molecular markers for the routine control of raw material deliveries for oil extraction and the improvement and validation of a gas chromatographic method for the determination of the FAs composition of sunflower oil. With regard to variety verification and traceability, the marker systems evaluated were the following: SSR markers (12) arranged in two multiplex sets and SCAR markers for the verification of cytoplasmic male sterility (Pet1) and fertility. In addition, two objectives were pursued in order to enable a routine application in the industrial field: the development of a suitable protocol for DNA extraction from single seeds and the implementation of a semi-automatic capillary electrophoresis system for the analysis of marker fragments. The development and validation of a new GC/FID analytical method for the determination of fatty acids (FAME) in sunflower achenes to improve the quality and efficiency of the analytical flow in the control of raw and refined materials entering the Agricola Grains S.p.A. production chain. The analytical performances being validated by the newly implemented method are: linearity of response, limit of quantification, specificity, precision, intra-laboratory precision, robustness, BIAS. These parameters are used to compare the newly developed method with the one considered as reference - Commission Regulation No. 2568/91 and Commission Implementing Regulation No. 2015/1833. Using the combination of the analytical methods mentioned above, the documentary traceability of the product can be confirmed experimentally, providing relevant information for subsequent marketing.