Innovazione

Avicoltura e suinicoltura, i batteriofagi per controllare la Salmonella

Avicoltura e suinicoltura, i batteriofagi per controllare la Salmonella

Una recente ricerca mostra il potenziale dei batteriofagi nel controllo di Salmonella spp. in avicoltura e suinicoltura. Il loro impiego in diverse fasi del ciclo produttivo può inoltre contribuire a ridurre l’impiego di antibiotici e mitigare il fenomeno dell’antimicrobico-resistenza (AMR), ormai diffuso in numerosi allevamenti. (1)

Batteriofagi

I batteriofagi (o fagi) sono virus parassiti obbligati che vivono esclusivamente a spese dei batteri, determinandone la morte nella gran parte dei casi. I due possibili cicli di replicazione influenzano la capacità di uccisione delle cellule batteriche:

1) ciclo litico. Il fago aderisce alla superficie della cellula batterica e inietta il DNA al suo interno, inducendo la sintesi di nuovi fagi e la morte per lisi (cioè dissoluzione della cellula) del batterio ospitante,

2) ciclo lisogenico. Il DNA dei fagi si integra con quello del batterio e viene replicato con esso. In alcuni casi vi può essere un passaggio al ciclo litico, ma in genere esso porta ad un’acquisizione di resistenza ai fagi da parte del batterio e l’instaurazione di un rapporto mutualistico. (2)

I fagi litici sono i preferiti, nelle applicazioni in ambito terapeutico, poiché in grado di attaccare e uccidere direttamente le cellule batteriche senza possibili effetti secondari. Sono addirittura in grado di distruggere i ceppi multifarmaco-resistenti (MDR), a beneficio di umani ed animali e possono essere impiegati per favorire un aumento della food safety, grazie alla riduzione della carica microbica sugli alimenti. (3)

Vantaggi negli allevamenti

Risale all’inizio del secolo scorso la prima scoperta dei vantaggi dei fagi negli allevamenti, grazie a Félix d’Herelle che osservò la loro capacità di ridurre la mortalità dei polli per tifo. Nelle ultime decadi, un pur limitato numero di studi ha poi mostrato con apposite prove su avicoli e suini come i batteriofagi siano in grado di ridurre la carica microbica in allevamento e sulle carcasse. (4)

La combinazione di fagi e antibiotici a sua volta appare meritevole di approfondimenti, per aumentare l’abbattimento dei batteri patogeni e diminuire il fenomeno dell’AMR, grazie anche al potenziamento dell’azione litica degli stessi fagi. (5) A seguito di primi studi condotti in vitro, si attendono le prove in campo per convalidare quest’azione sinergica.

Fagi in commercio e applicazioni

Diversi prodotti a base di fagi sono già disponibili in commercio e possono venire impiegati per il trattamento di Salmonella nelle fasi pre- e post-abbattimento, nel caso di animali da reddito. Alcuni prodotti hanno già ricevuto l’approvazione di agenzie regolative come FDA (Food & Drug Administration, USA), altri sono brevettati ma non ancora riconosciuti dalle autorità. (6)

Uno di essi si è dimostrato in grado di ridurre sensibilmente la concentrazione di Salmonella sui petti di pollo, a condizioni di temperatura ambiente in atmosfera modificata, oltreché sulla carne fresca in generale e i prodotti pronti al consumo. Altri prodotti sono risultati in grado di ridurre anche le popolazioni di Listeria monocytogenes e Escherichia coli O157:H7 sia in prodotti carnei che vegetali, incrementando ulteriormente la sicurezza dei prodotti alimentari trattati. (7)

Sfide attuali

Le elevate potenzialità dei fagi suggeriscono ulteriore ricerca e sviluppo, in vista della loro applicazione diffusa nella lotta alla Salmonella. Le principali sfide da affrontare oggi riguardano:

– selezione dei fagi. Bisogna individuare i fagi più virulenti per i ceppi batterici, in grado di attuare un ciclo litico che ne assicuri l’eliminazione anziché aumentarne la resistenza,

– distribuzione dei fagi, affinché essi possano raggiungere il sito di colonizzazione batterica e operare con efficacia. Le formulazioni devono proteggere i fagi fino allo svolgimento dell’azione battericida, tenuto conto delle differenze di specie, anche in ambiente acido come l’intestino,

– fago-resistenza. L’impiego eccessivo di batteriofagi può indurre una manifestazione di resistenza da parte dei batteri e rendere inefficace anche l’uso di questa strategia alternativa, così come si è visto per gli antibiotici,

– regolamentazione. I fagi possono venire impiegati come additivi nei mangimi, medicinali, oltreché per la disinfezione degli ambienti di lavorazione. In contesti regolativi diversi da quello UE (ove la disinfezione ex post è rigorosamente vietata), anche per il trattamento delle carcasse e delle carni. (8)

Conclusioni provvisorie

L’impiego dei batteriofagi appare promettente per contrastare Salmonella e migliorare la food safety attraverso azioni mirate negli allevamenti. Tale strategia è ancora relativamente giovane e richiede ulteriori lavori. Gli strumenti di intelligenza artificiale possono ridurre i tempi di screening, agevolare l’individuazione di corrispondenza fago-batterio, diminuire lo sviluppo di fenomeni di resistenza. (9)

In un futuro prossimo i fagi potrebbero venire integrati ad altri strumenti (es. stimolazione del microbiota) per attuare in concreto l’approccio One Health. Vale a dire, favorire lo stato di buona salute in una condizione di equilibrio nel sistema uomo-animale-ambiente, come si è visto. A fronte dell’esigenza di ridurre drasticamente l’impiego di antibiotici (in zootecnia come in medicina), per contrastare lo sviluppo dell’AMR e di ceppi MDR (multi-drug resistant).

Andrea Adelmo Della Penna e Dario Dongo

Note

(1) Thanki et al. (2021). Potential Roles for Bacteriophages in Reducing Salmonella from Poultry and Swine. In book: Salmonella – a Challenge From Farm to Fork. Intechopen, doi:10.5772/intechopen.96984

(2) Fillol-Salom et al. (2019). Bacteriophages benefit from generalized transduction. PLoS Pathog. 15(7):e1007888, https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1007888

(3) Lin et al. (2017). Phage therapy: An alternative to antibiotics in the age of multi-drug resistance. World J. Gastrointest. Pharmacol. Ther. 8(3):162–173, https://dx.doi.org/10.4292/wjgpt.v8.i3.162

(4) Loponte et al. (2021). Phage Therapy in Veterinary Medicine. Antibiotics 10:421, https://doi.org/10.3390/antibiotics10040421

(5) Jeon et al. (2021). Evaluation of phage adsorption to Salmonella Typhimurium exposed to different levels of pH and antibiotic. Microbial Pathogenesis 150:104726, https://doi.org/10.1016/j.micpath.2020.104726

(6) Jamal et al. (2019). Bacteriophages: an overview of the control strategies against multiple bacterial infections in different fields. Journal of Basic Microbiology 59(2):123-133, https://doi.org/10.1002/jobm.201800412

(7) Sukurman et al. (2016). Reduction of Salmonella on chicken breast fillets stored under aerobic or modified atmosphere packaging by the application of lytic bacteriophage preparation SalmoFreshTM. Poultry Science 95:668–675, http://dx.doi.org/10.3382/ps/pev332

(8) Polaska et al. (2019). Bacteriophages—a new hope or a huge problem in the food industry. AIMS Microbiol. 5(4):324–346, https://dx.doi.org/10.3934/microbiol.2019.4.324

(9) Nami et al. (2021). Application of machine learning in bacteriophage research. BMC Microbiology 21:193, https://doi.org/10.1186/s12866-021-02256-5

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