NGS: la piattaforma per il sequenziamento genomico nel Laboratorio di Arpa FVG

Il Laboratorio di Arpa FVG ha recentemente acquisito il sistema MiSeq® Illumina® che offre la prima piattaforma per il sequenziamento, dal DNA all’analisi del dato, utilizzando una nuova tecnologia denominata NGS (Next Generation Sequencing).

Dai primi anni del 2000 le tecniche di sequenziamento del DNA, cioè la determinazione dell’esatto ordine dei nucleotidi che lo costituiscono, hanno subito una forte evoluzione fino ad arrivare alle tecnologie di nuova generazione, come la NGS, o sequenziamento in parallelo, permettendo di sequenziare grandi genomi in un tempo ridotto.

La NGS ha così rivoluzionato gli studi nel campo delle scienze biologiche consentendo ai laboratori di effettuare un’ampia varietà di ricerche, ad un livello mai raggiunto prima.

In questo contesto il Laboratorio di Arpa FVG sta valutando le applicazioni nei settori della microbiologia, biologia ambientale e virologia ambientale, nei quali la NGS potrebbe fornire i risultati più promettenti: la ricerca di geni di antibiotico-resistenza, dei fattori di virulenza, l’identificazione di microrganismi, la ricerca di virus (ad esempio quelli influenzali e della poliomielite, come indicato nella bozza della nuova direttiva scarichi), e l’identificazione di specie fitoplanctoniche.

Una delle priorità è la ricerca di geni di antibiotico-resistenza nei microrganismi provenienti da acque reflue e nelle acque superficiali. Particolare interesse è rivolto verso i batteri ESKAPE, acronimo coniato dalla Società Americana di Malattie Infettive nel 2008, per indicare un gruppo di batteri in grado di sfuggire all’azione biocida degli antimicrobici, che presentano quindi elevati tassi di multiresistenza e sono responsabili di gravi infezioni nosocomiali.

Questo gruppo comprende diverse specie: Enterococchi, S. aureus, K. pneumoniae, A. baumannii, P. aeruginosa, Enterobacteriacee.

Particolare attenzione viene dedicata alla ricerca degli Escherichia coli ESBL (Extended-Spectrum Beta-Lactamases). Si tratta di un gruppo di batteri resistenti all’azione di vari antibiotici, tra cui le cefalosporine, grazie alla produzione dell’enzima beta-lattamasi ad ampio spettro.

Il Laboratorio di Arpa FVG nell’ambito dell’attività di monitoraggio dei patogeni ambientali, ed in particolare nei reflui campionati a monte e a valle degli impianti di depurazione urbani, utilizza già il metodo microbiologico di Kirby-Bauer che permette, mediante la determinazione dell’alone di inibizione su terreni specifici, di rilevare la sensibilità di un microrganismo rispetto a uno o più farmaci antimicrobici.

L’analisi genomica consentirà l’individuazione di batteri portatori di geni associati all’antibiotico-resistenza già noti, utilizzando primer specifici, ma anche quelli non ancora noti in letteratura, permettendo quindi di valutare la loro diffusione, nonché l’impatto dei trattamenti di depurazione sugli stessi. L’utilizzo di kit specifici permetterà inoltre di riconoscere e studiare un panel di batteri molto più esteso rispetto al gruppo ESKAPE.

L’applicazione della nuova tecnologia è un importante complemento al monitoraggio delle molecole di farmaci e dei loro metaboliti, da tempo portata avanti dal Laboratorio di Arpa FVG con la tecnica LC-HRMS.

L’approccio multidisciplinare come sempre perseguito dal Laboratorio di Arpa FVG è quello più funzionale a raggiungere l’obiettivo di conoscere la diffusione, la distribuzione e il reale impatto degli inquinanti nel nostro territorio regionale.