ENVIRONMENTAL RESPONSE OF SPORE FORMING BACTERIA: MOLECULAR STUDIES OF FOOD ASSOCIATED CLOSTRIDIA

For several reasons, including their specific growth requirements, the diagnosis of infections and food contamination caused by clostridia still presents much difficulty at the clinical, bacteriological and molecular levels. The main purpose of this work is to learn more about clostridia and their interactions with environment. First, new microscopy techniques have been used to study the germination process in Clostridium tyrobutyricum, an anaerobic bacterium responsible for late blowing defects during cheese ripening; meanwhile, the application of real-time PCR methods have been employed to enumerate C. tyrobutyricum cells and spores in milk. Then, a molecular genotyping has been set in order to identify the most common clostridia in a agro-dairy production aimed to detect the possible ways of diffusion of these microbial species. The last part concerns the study of expression patterns of Clostridium sporogenes, an apathogenic gram positive clostridium usually involved in food damage and frequently isolated from late bowled cheese; Clostridium sporogenes is genetically indistinguishable from Clostridium botulinum and is often used as a model for the toxic subtypes. The objective of this study is to use an array-based large-scale transcriptional analysis in order to study gene expression in four different steps of Clostridium sporogenes life cycle: vegetative cells, sporulating cells, dormant spores and germinating ones. Our aims includes being able to relate gene-expression patterns to specific phenotypes and to discover gene expression divergences between the different phases of living, germination and outgrowth of spore-forming bacteria. An important aim is to assign functions to groups of or individual C. sporogenes genes and use this information to formulate specific hypotheses for further testing also on pathogenic clostridia types.

Per varie ragioni, tra cui le loro specifiche condizioni di crescita, la diagnosi di infezione e di contaminazione alimentare da clostridi presenta ancora numerose difficoltà sia a livello clinico-batteriologico che a livello molecolare. In questo lavoro di tesi si è cercato di ampliare lo spettro di conoscenze riguardo i clostridi e la loro diffusione; durante il primo anno di ricerca è stato studiato, applicando nuove tecniche di microscopia, il processo di germinazione di Clostridium tyrobutyricum, uno dei batteri maggiormente responsabili del gonfiore tardivo dei formaggi a pasta dura; l’applicazione di tecniche di Real-Time PCR ha nel contempo reso possibile una determinazione quantitativa dello stesso in latte. Successivamente, è stata condotta un’analisi di tipizzazione molecolare di clostridi nell’ambito di una filiera agro-zoo-casearia finalizzata alle matrici di processo al fine di individuare le possibili vie di diffusione dei microrganismi. La parte finale del lavoro è stata dedicata allo studio di espressione genica di un altro Clostridium responsabile di gonfiore ma scelto perché geneticamente indistinguibile da Clostridium botulinum, ovvero il Clostridium sporogenes; l’analisi trascrizionale dei suoi geni durante le fasi vegetativa, di sporulazione, germinazione ed esocrescita ha permesso di assegnare diverse funzioni a geni singoli o a gruppi di geni allo scopo di utilizzare queste informazioni per formulare ipotesi future anche su altre specie di clostridi patogeni.