Bacillus cereus group strains Isolated from food: characterization by Fourier infrared spectroscopy
Lo studio descritto in questa tesi ha esplorato l’applicazione della spettroscopia a infrarossi a trasformata di Fourier (FT-IR) per la caratterizzazione di ceppi di Bacillus cereus isolati da alimenti, con particolare attenzione alla distinzione tra ceppi tossigeni e non tossigeni. Bacillus cereus è un batterio noto per la sua capacità di causare intossicazioni alimentari, in particolare attraverso la produzione di tossine emetiche e diarroiche. L’identificazione rapida e accurata dei ceppi in grado di produrre tossine è cruciale per garantire la sicurezza alimentare. In questo contesto, lo studio ha coinvolto 28
ceppi isolati da varie matrici alimentari e ambientali, conservati criogenicamente presso l'Istituto Zooprofilattico del Piemonte Liguria e Valle d’Aosta. I ceppi batterici, dopo essere stati riattivati e isolati su terreni AGS, sono stati preparati per l’analisi spettroscopica FT-IR. Questa tecnica consente di ottenere spettri molecolari unici, rilevando la composizione chimica delle cellule batteriche in termini di componenti come proteine, lipidi e carboidrati. Gli spettri ottenuti sono stati sottoposti a elaborazione statistica mediante tecniche come l’analisi delle componenti principali (PCA) e l’analisi
discriminante lineare (LDA), che hanno permesso di ridurre i dati complessi e individuare le principali variabili responsabili delle differenze tra i ceppi. I risultati hanno evidenziato una chiara distinzione tra ceppi tossigeni, che possedevano il gene ces responsabile della produzione di cereulide, e ceppi non tossigeni. La spettroscopia FT-IR si è dimostrata capace di identificare queste differenze chimiche in modo rapido e non invasivo, confermando le sue potenzialità come metodo alternativo alla PCR. Quest'ultima, pur essendo una tecnica molecolare consolidata per l'identificazione dei ceppi tossigeni, richiede passaggi laboriosi come l’estrazione del DNA e tempi di esecuzione più lunghi. Lo studio ha inoltre messo in evidenza i vantaggi della FT-IR in termini di velocità e semplicità d'uso, rendendola particolarmente utile in contesti di monitoraggio della sicurezza alimentare, dove l'efficienza e la rapidità sono essenziali per prevenire focolai di intossicazioni. Tuttavia, è stata riconosciuta la necessità di espandere il numero di ceppi analizzati per confermare ulteriormente la validità e l'affidabilità della tecnica. Un campione più ampio consentirebbe di sviluppare modelli predittivi più robusti e di integrare la spettroscopia FT-IR con altre tecniche analitiche avanzate, come il WGS, per migliorare la capacità di identificazione dei ceppi patogeni. In conclusione, la spettroscopia FT-IR ha dimostrato di essere un metodo promettente per la rapida caratterizzazione dei ceppi di Bacillus cereus, offrendo un'alternativa meno complessa rispetto ai metodi molecolari tradizionali. L'integrazione di questo approccio nei sistemi di monitoraggio della sicurezza alimentare potrebbe migliorare significativamente la capacità di identificare i ceppi tossigeni, permettendo
interventi tempestivi e riducendo il rischio di contaminazioni alimentari. Tuttavia, sono necessari ulteriori studi per rafforzare l’applicabilità e l’accuratezza di questa tecnica su larga scala.
The study described in this thesis explored the application of Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) for the characterisation of Bacillus cereus strains isolated from food, with a focus on the distinction between toxigenic and non-toxigenic strains. Bacillus cereus is a bacterium known for its ability to cause food poisoning, particularly through the production of emetic and diarrhoeal toxins. The rapid and accurate identification of strains capable of capable of producing toxins is crucial to ensure food safety. In this context, the study involved twenty-eight strains isolated from various food and environmental matrices, cryogenically preserved at the Istituto Zooprofilattico del Piedmont, Liguria and Valle d'Aosta. The bacterial strains, after being reactivated and isolated on AGS media, were prepared for FT-IR spectroscopic analysis. This technique allows unique molecular spectra to be obtained, detecting the chemical composition of bacterial cells in terms of components such as proteins, lipids and carbohydrates. The spectra obtained were subjected to statistical processing using techniques such as principal component analysis (PCA) and linear discriminant analysis (LDA), which made it possible to reduce complex data and identify the main variables responsible for the differences between the strains. The results showed a clear distinction between toxigenic strains, which possessed the ces gene responsible for cereulid production, and non-toxigenic strains. FT-IR spectroscopy proved capable of identifying these chemical differences quickly and non-invasively, confirming its potential as an alternative method to PCR. The latter, although an established molecular technique for identifying toxigenic strains, requires laborious steps such as DNA extraction and longer run times. The study also highlighted the advantages of FT-IR in terms of speed and ease of use, making it particularly useful in food safety monitoring contexts, where efficiency and speed are essential to prevent outbreaks of intoxication. However, it was recognised that there is a need to expand the number of strains analysed to further confirm the validity and reliability of the technique. A larger sample size would allow for the development of more robust predictive models and the integration of FT-IR spectroscopy with other advanced analytical techniques, such as WGS, to improve the ability to identify pathogenic strains. In conclusion, FT-IR spectroscopy has proven to be a promising method for the rapid characterisation of Bacillus cereus strains, offering a less complex alternative complex than traditional molecular methods. Integrating this approach into food safety monitoring systems could significantly improve the food safety monitoring systems could significantly improve the ability to identify toxigenic strains, enabling timely intervention and reducing the risk of food contamination. However, further studies are needed to strengthen the applicability and accuracy of this technique on a large scale