Campylobacter nella catena alimentare

5 
INTRODUZIONE 
 
Nel mondo di oggi si tende a credere che la maggior parte  dei pericoli per la salute 
umana, correlati all’alimentazione, siano dovuti ai composti chimici come ad 
esempio i pesticidi contenuti negli alimenti. In realtà una parte consistente di rischio 
è attribuibile ad agenti biologici che possono venire a contatto con l’uomo in vario 
modo. Le fonti di  tali agenti possono essere rappresentate da alimenti derivati da 
animali infetti o contaminati durante il processo di lavorazione, di conservazione o 
anche di preparazione domestica. Molti sono gli agenti biologici che possono 
contaminare gli alimenti: virus, batteri, parassiti. Negli ultimi anni sono stati 
identificati nuovi agenti emergenti tra i quali appunto Campylobacter ed è aumentato 
il numero delle patologie correlate ad essi. Tra le cause di tale incremento possiamo 
annoverare: i cambiamenti demografici e comportamentali come l’aumento del tasso 
di suscettibilità (per esempio dovuto all’invecchiamento), il consumo di alimenti che 
potrebbero essere facilmente contaminati (ad esempio carne non sufficientemente 
cotta) e  il consumo di alimenti nella ristorazione collettiva; la diffusione su larga 
scala di alimenti derivanti da processi industrializzati; il commercio globale; i viaggi 
internazionali e gli allevamenti intensivi dove l’enorme quantità di liquami 
rappresenta un serbatoio per agenti patogeni in primis per Campylobacter. In questa 
tesi analizzerò gli organismi del genere Campylobacter e le varie fonti animali, 
ambientali e di manipolazione degli alimenti che essi possono contaminare.
6 
1. TASSONOMIA  
 
1.1 Storia della tassonomia 
 
Con il termine Campylobacter si indicano batteri gram-negativi appartenenti alla 
famiglia delle  Campylobacteraceae, insieme all’altro genere Arcobacter. La storia 
del genere Campylobacter inizia nel 1886 con la prima descrizione fatta da Theodor 
Escherich. Il primo isolamento risale al 1913 quando McFadyean e Stockman 
isolarono un organismo Vibrio-simile da feti abortiti di ovini.                                                       
Il genere Campylobacter è stato creato nel 1963 quando Sebald e Vèron vi 
introdussero due specie Vibrio-simili, Vibrio fetus e Vibrio bubulus, che chiamarono 
rispettivamente Campylobacter fetus e Campylobacter bubulus.                                                    
Nel 1973 Vèron e Chatelain pubblicarono uno studio sulla tassonomia degli 
organismi Vibrio-simili includendo quattro distinte specie nel genere 
Campylobacter: Campylobacter fetus, Campylobacter Coli  (isolato da feci di 
maiale), Campylobacter jejuni (isolato da feci bovine, da colture di sangue di esseri 
umani affetti da gastroenterite e  da feci ovine) e Campylobacter sputorum. 
Quest’ultimo comprendente due sottospecie: C. sputorum sottospecie sputorum 
(isolato da sputo di pazienti affetti da bronchite) e C.  sputorum sottospecie bubulus 
(isolato da vagina e sperma bovini). L’ avanzamento tecnologico avutosi negli anni 
ottanta rese disponibili nuove ed adeguate procedure di isolamento portando, in quel 
periodo,  ad un rinnovato interesse nella ricerca su Campylobacter. Come 
conseguenza molteplici organismi, tra i quali proprio i campilobatteri, furono isolati 
da una larga varietà di fonti umane, animali e ambientali e gradualmente vennero 
descritte nuove specie. Le analisi tassonomiche, fino ad allora basate su procedure di 
diagnosi microbiologica laboratoriale, subirono un miglioramento con l’introduzione,  
sempre negli anni ottanta, della filogenesi basata sull’rRNA. I primi studi di 
filogenesi basati  sull’rRNA vennero pubblicati negli ultimi anni ottanta dimostrando 
che il genere Campylobacter era estremamente eterogeneo e composto da tre distinte 
linee filogenetiche. Negli anni successivi vennero fatte revisioni della tassonomia e 
della nomenclatura del genere Campylobacter e dei batteri correlati.
7 
La linea filogenetica del genere Campylobacter è oggi nota come la suddivisione 
epsilon dei Proteobacteria. All’interno di questa linea distinguiamo tre clusters di 
omologia con l’rRNA. Al primo appartengono le specie: Campylobacter fetus,                         
C.  hyointestinalis, C. concisus, C. mucosalis, C. sputorum, C. jejuni, C. coli, C. lari, 
C. upsaliensis, Wolinella curva, Wolinella recta e Bacteroides ureolyticus.                            
Al secondo appartengono le specie: Campylobacter nitrofigilis, C. cryaerophila, 
Arcobacter butzleri e  A. skirrowii. Al terzo appartengono le specie: Helicobacter 
pylori, H. mustelae, Campylobacter cinaedi, C. fenneliae, Wolinella succinogenes, 
Flexispiaria rappini e altri ceppi CLO( Organismi Campylobacter-simili ).                         
Successivamente si è avuta una classificazione rivista del genere Campylobacter 
prendendo in considerazione i risultati filogenetici derivanti da tecniche di 
ibridizzazione DNA-rRNA e dati pubblicati sul genotipo e fenotipo di questi 
organismi. Al genere Campylobacter  vennero ristrette quelle specie appartenenti al 
cluster di omologia contenente  Campylobacter fetus, la specie tipo del genere. 
Wolinella curva, W. recta e Bacteroides garcilis vennero inclusi nel genere 
Campylobacter rispettivamente come Campylobacter curvus, C. rectus e C. gracilis. 
Bacteroides ureolyticus venne considerato un parente stretto di Campylobacter ma il 
suo status tassonomico non venne modificato. Il nome Arcobacter venne proposto 
per gli organismi appartenenti al secondo cluster di omologia. Infine Campylobacter 
cinaedi e C. fenneliae furono trasferiti nel genere Helicobacter come Helicobacter  
cinaedi e H. fenneliae , rispettivamente. Wolinella succinogenes rimase l’unica 
specie del genere Wolinella. Da allora sono state inserite numerose altre specie di 
Campylobacter, Arcobacter e  di  Helicobacter .                                                 
Infine i generi Campylobacter e Arcobacter furono inclusi nella famiglia delle 
Campylobacteraceae vista la condivisione di caratteristiche fenotipiche e 
genotipiche. 
 
1.2 Studi di tassonomia  
 
Negli studi  tassonomici, ovvero quelli atti alla classificazione degli organismi 
viventi, è di fondamentale importanza l’integrazione con la filogenesi. Quando si
8 
parla di filogenesi ci si riferisce ad uno studio rivolto alle sequenze di geni, di 
proteine, ecc. , con l’obiettivo di individuare la storia evolutiva di un insieme di 
specie. Una volta risolti i collegamenti evolutivi, in funzione della parentela esistente 
tra gli organismi studiati, è possibile procedere alla classificazione e alla 
nomenclatura degli organismi considerati. Per poter costruire un albero filogenetico è 
necessario avere dati con un certo grado di variabilità, che consenta di fare dei 
confronti. In generale, gli studi per le indagini tassonomiche del genere 
Campylobacter sono stati condotti utilizzando in primis le analisi di similarità di 
sequenza del gene per l’rRNA 16S. Il DNA nucleare codificante per gli RNA 
ribosomiali è stato ampiamente utilizzato perché presenta un elevato grado di 
conservazione. Con questa tecnica è stato costruito  l’albero filogenetico della 
famiglia delle Campylobacteraceae e dei  batteri correlati  riportato nella Fig.1.                
Il progresso negli studi sull’intero genoma di  Campylobacter ha reso questa tecnica   
utile nel supportare la classificazione tassonomica.                                                                      
I sets di dati costituiti da un singolo gene o da un ristretto numero di geni 
concatenati, hanno un’elevata probabilità di errore nell’inquadramento filogenetico. 
Una buona affidabilità  può venire quindi dall’inclusione nell’esame di un largo 
numero di geni selezionati, scelti all’interno delle sequenze dell’intero genoma.  
Attualmente sono state ottenute sequenze genomiche complete e incomplete per sette 
specie del genere Campylobacter : C. coli, C. concisus, C. curvus,  C. fetus, C. jejuni, 
C. lari e    C. upsaliensis. I genomi sono stati sottoposti ad analisi comparative ed è 
stato così possibile  selezionare markers filogenetici, cioè geni ortologhi  scelti in 
base a specifiche caratteristiche come avere esattamente una copia in ognuno dei 
ceppi considerati, non mostrare alcun segnale  “rumoroso” (dovuto cioè ad eventi di 
ricombinazione o di trasferimento genico orizzontale) ecc. . È stato così selezionato 
un set  di 60 geni di base che potrebbero essere usati per stimare la filogenesi del 
genere Campylobacter. 
 La Figura 2 riporta la filogenesi basata sull’intero genoma.
9 
 
Figura 1. Albero filogenetico della famiglia delle Campylobacteraceae e dei batteri correlati. 
Figura tratta da Campylobacter, a cura di Irving Nachamkin, Christine M. Szymanski e 
Martin J. Blaser, 2008.
10 
Figura 2. Filogenesi di Campylobacter  basata sull’intero genoma. Figura tratta da 
Campylobacter, a cura di Irving Nachamkin, Christine M. Szymanski e Martin J. Blaser, 
2008.  
      
                                                                    
 C. fetus sottospecie fetus      
 C. curvus   525.92                                                                                       
 C. concisus 13826   
 C. lari RM2100  
 C. upsaliensis RM 3195                       
 C. coli RM2228  
 C. jejuni sottospecie doley 269.97  
 C. jejuni sottospecie jejuni   HB93-13  
 C. jejuni sottospecie jejuni 81-176 
 C. jejuni sottospecie jejuni 260.94     
 C. jejuni sottospecie jejuni CG8486 
 C. jejuni RM1221   
 C. jejuni sottospecie jejuni NCTC 11168  
 C jejuni sottospecie jejuni 84-25  
 C.  jejuni sottospecie jejuni CF93-6
11 
La comparazione dell’intero genoma ha consentito  di chiarire, grazie al crescente 
numero di genomi interamente sequenziati, quali ceppi comprendere all’interno di 
una specie e quali invece distinguere in specie differenti.  
Alcuni studiosi hanno dimostrato che il valore soglia del 70% di riassociazione 
DNA-DNA  corrisponde al 69% di DNA conservato e al 95% di identità  
nucleotidica  media (ANI, Average Nucleotide Identity). Quest’ultima è una misura 
della relazione evolutiva basata sulla similarità di sequenza di geni ortologhi.                            
È stato così possibile verificare,  per esempio, per i ceppi di  Campylobacter jejuni 
un range compreso tra il 95.24% e 99.68% di ANI, con valori maggiori per la 
sottospecie C. jejuni  jejuni rispetto alla sottospecie C.  jejuni  doley .                                          
La prima specie più strettamente imparentata con C. jejuni è C. coli e la seconda è  
C. upsaliensis. In contrasto, è stata verificata una maggiore divergenza evolutiva tra 
specie appartenenti al genere Helicobacter rispetto a qualsiasi altre specie del genere 
Campylobacter.  
Inoltre i valori di similarità ottenuti hanno consentito di rilevare l’effetto che 
l’ecologia ha avuto su questo gruppo di organismi. È noto che l’ambiente è uno dei 
maggiori fattori agenti nel modellare l’evoluzione del contenuto genico di un 
organismo. Differenze genomiche più ampie potrebbero essere il risultato di 
un’evoluzione differenziale degli stessi ceppi in ambienti differenti.                                           
Per esempio, i valori di similarità intraspecifica dei ceppi di Campylobacter jejuni               
( fatta eccezione di Campylobacter jejuni sottospecie jejuni CG8486, il cui genoma 
non è stato ancora completamente sequenziato ) vanno a partire dal 74% ; il corrente 
dato è indicativo del fatto che questo è un organismo ecologicamente versatile. 
Queste differenze sono probabilmente determinate dall’ampio range di ospiti che il 
batterio colonizza come esseri umani, pollame, oltre ad un’ampia varietà di specie di 
uccelli selvatici.                                                                                                                            
Numerosi geni sono stati esaminati per fini tassonomici e di identificazione degli 
organismi. Per esempio il gene groEL che codifica per la proteina GroEL,   
appartenente alla famiglia delle chaperonine, necessarie per il corretto ripiegamento 
di molte proteine.  
Dagli inizi del 2000 si è avuto lo sviluppo di schemi per la tipizzazione di sequenze 
multilociche, che sono stati utilizzati per molte specie di Campylobacter. Da allora 
questo tipo di analisi rappresenta l’approccio più realistico per studiare la diversità e 
l’evoluzione delle specie.