Quando le condizioni sono sfavorevoli alla crescita, membri dei generi Bacillus e Clostridia (incluso Clostridium botulinum, l’agente eziologico del botulismo) formano endospore, forme cellulari estremamente resistenti, metabolicamente dormienti e difficili da distruggere. Tuttavia, le spore attraverso il processo di germinazione, riattivano il ciclo vegetativo non appena le condizioni tornano favorevoli. Questa capacità di “riattivazione” delle spore è causa di “food spoilage” e di intossicazioni alimentari. Considerando che le specie Clostridium botulinum e Clostridium sporogenes sono filogeneticamente correlate, in questo lavoro, il ceppo Clostridium sporogenes UC9000, isolato da latte crudo, è stato utilizzato come modello non-patogeno di Clostridium botulinum per studiare la germinazione. Studi fisiologici hanno rivelato che le spore del ceppo UC9000 germinano in presenza di L-alanina/ L-cisteina in combinazione con L-lattato, mentre un analisi in silico ha permesso di identificare omologhi dei recettori coinvolti nella risposta all’L-alanina in Bacillus. Attraverso l’analisi del genoma sono stati identificati gli enzimi SleB, CwlJ e SleL, responsabili della degradazione del cortex. CwlJ è stato localizzato nel coat della spora grazie ad uno studio di proteomica, è stato espresso in forma solubile in E. coli ed un test di attività in vitro ha evidenziato la sua capacità di indurre la germinazione di spore “decoated” / When environmental conditions are unfavorable to the growth, Bacillus and Clostridium bacteria (including Clostridium botulinum, the causative agent of foodborne botulism) form endospores, metabolically dormant cell types resistant to several adverse conditions and difficult to kill. However, under suitable conditions, spores resume the vegetative life by triggering the germination process. Thus, spores are dangerous agents of human foodborne disease and food spoilage. In this work, the strain Clostridium sporogenes UC9000, isolated from raw milk, was used like not-pathogenic model of Clostridium botulinum to better understand the mechanisms underpinning the Clostridium germination. Clostridium sporogenes is a species phylogenetically related to Clostridium botulinum and often used like its surrogate. Physiological studies revealed that UC9000 spores germinate in presence of L-alanine/L-cysteine in combination with L-lactate, while in silico analyses allowed the identification of homologues of the Bacillus germinant receptors responsive to L-alanine. The genome screening also detected genes coding for SleB, CwlJ and SleL, enzymes participating to the cortex degradation. CwlJ was found resident in the spore coat by performing a proteomic analysis, it was expressed in soluble form in E. coli and an in vitro assay of activity revealed its capability to induce germination when added exogenously to decoated spores

Enterococcus faecium è un componente fondamentale del microbiota di diversi alimenti fermentati quali formaggi e salumi e viene spesso isolato in alto numero in alimenti pronti al consumo. É inoltre largamente utilizzato come probiotico sia per l’uomo che per gli animali. Allo stesso tempo, però, questa specie batterica rappresenta una delle cause principali di infezioni nosocomiali quali endocarditi ed infezioni al tratto urinario. Studi recenti hanno dimostato che la specie E. faecium è costituita da due sub-popolazioni principali: la prima è denominate hospital associated (HA) clade “A” ed include la maggior parte dei ceppi responsabili di infezioni umane; la seconda è chiamata community associated (CA) clade “B”, e contiene principalmente ceppi commensali dell’uomo. Analisi più approfondite hanno rivelato un ulteriore suddivisione all’interno del clade A, nel sub-clade A1 (che raggruppa la maggioranza dei ceppi clinici) e nel sub-clade A2, associato agli animali e più sporadicamente ad infezioni umane. Nel 2012, EFSA ha redatto una linea guida per la valutazione della sicurezza di E. faecium usato come probiotico per gli animali, concludendo che i cepi appartenenti all’hospital-associated clade non devono essere utilizzati in nutrizione animale. Comunque, la distinzione tra le due sub-popolazioni è stata fatta utilizzando dati ottenuti prevalentemente da isolati umani e animali e solo un numero limitato di ceppi isolati dagli alimenti è stato considerato. Obiettivo di questa tesi di dottorato è stato quello di valutare la sicurezza di E. faecium negli alimenti fermentati, considerando ceppi isolati da formaggi artigianali e prodotti carnei e utilizzando sia tecniche di genomica che analisi fisiologiche. Nessuno dei ceppi alimentari studiati è risultato parte del clade A1, ma un ceppo isolato da un salame stagionato pronto al consumo ha rivelato diversi tratti tipici dei ceppi A1, tra cui particolari IS, transposase e geni di resistenza agli antibiotici. Questi risultati, così come altri dati, sottolineano la necessità di approfondire le conoscenze circa il ruolo dei ceppi di E. faecium isolati da alimenti come fattore di rischio per la salute umana. / Enterococcus faecium is commonly found in high numbers in ready to eat foods, being a member of the bacterial communities of a variety of fermented foods, including cheese and sausages, and is widely used as human and animal probiotic. However, this bacterial species is a leading cause of nosocomial infection, mainly endocarditis and urinary tract infections. Recent studies have demonstrated that E. faecium species consists of two very distinct clades: the hospital associated (HA) clade “A”, which includes most of the strains responsible for human infections, and the community associated (CA) clade “B”, that contains primarily human commensal isolates. Deeper analysis revealed a further split within clade A into sub-clade A1 (which groups the vast majority of clinical isolates), and sub-clade A2, associated with animals and sporadic human infections. In 2012, the European Food Safety Authority has issued a guideline for the safety assessment of E. faecium used as animal probiotics, concluding the strains belonging to the hospital-associated clade should not be used in animal nutrition. However, the differentiation of the two clades has been performed using data mainly deriving from human and animal isolates, and only a limited number of strains from the food chain were considered. Aim of this doctoral thesis was to assess the safety of E. faecium in fermented food, considering strains isolated from artisanal cheese and meat products, and using both whole genome-based techniques and physiological studies. None of the food isolates studied in this work belong to the epidemic clade A1, however a strain isolated from a ready to eat salami revealed several A1-specific traits, such as specific IS, transposases and antibiotic resistance genes. These results, as well as other data, underline the emergency of deeper understanding the role of E. faecium isolated from fermented foods as risk factor for human health.