Omnivore, Vegetarian and Vegan Diets: Microbial Diversity in Foods and Prevalence of Antibiotic-Resistant Lactic Acid Bacteria in the Human Intestinal Microbiota

Il microbiota intestinale umano svolge un ruolo importante nell'omeostasi funzionale e nella salute del corpo umano. La dieta e gli antibiotici sono tra gli altri, i fattori più importanti, noti per influenzare il microbiota intestinale umano. L’uso indiscriminato degli antibiotici in acquacoltura e agricoltura, come degli ormoni della crescita, negli esseri umani e negli animali per profilassi e terapia ha contribuito, attraverso la catena alimentare, alla diffusione e all’espansione della resistenza agli antibiotici.Lo scopo principale di questo progetto di Dottorato di Ricerca è stato quello di studiare gli effetti di diverse diete, dette onnivora, vegetariana e vegana sull’incidenza della resistenza batterica agli antibiotici nel GIT umano. Inizialmente è stata determinata la diversità microbica e l’abbondanza dei microrganismi in diversi cibi consumati dai soggetti nelle tre diverse diete. Secondariamente, è stata investigata la prevalenza dei batteri acido lattico resistenti agli antibiotici (LAB) nel GIT attraverso l’isolamento e la caratterizzazione dei LAB resistenti agli antibiotici nelle feci di volontari consumatori in questi tre tipi di dieta. In terzo luogo, è stata stimata la trasferibilità dei geni AR. I risultati rivelano una forma di E. faecium che mostra geni resistenti a eritromicina, streptomicina e tretracicline, isolate da un soggetto onnivoro capace di trasferire i suoi geni resistenti agli antibiotici, attraverso coniugazione, a E. faecium [64/3], E. faecalis (JH2-2), L. ivanovii (7842RF) e L. welshimeri (11857RF), che sono tutte forme di riferimento libere da plasmidi rispettivamente di 5.7 x 10-4 , 1.7 x 10-6 , 4.3 x 10-7 e 8.5 x 10-8 . L’estrazione di plasmidi rivela due plasmidi di almeno 23Kb nel donatore e nel coniugante. Il sequenziamento di Sanger del plasmide rivela molte forme aperte segnalate come enzimi batterici coinvolti nella resistenza a molteplici antibiotici. Le scoperte di questo studio, in accordo con la letteratura, confermano che il microbioma umano effettivamente ospita un bacino mobile di geni antibiotici, ma non sono conclusive sugli effetti delle diverse diete sulla prevalenza dei batteri resistenti agli antibiotici nel microbiota intestinale. Ulteriori esperimenti necessitano di essere svolti per verificare la trasferibilità di tali geni in vivo.

The human intestinal microbiota plays a huge role in the functional homeostasis and health of the human body. Diet and antibiotics are the most important factors, among others, known to influence the human intestinal microbiota. Overuse of antibiotics in aquaculture and agriculture as growth hormones; and in humans and animals for prophylaxis and therapy has, through the food chain, contributed to the dissemination and spread of antibiotic resistance (AR). The main aim of this PhD project was to study the effect of different diets, namely; omnivorous, vegetarian and vegan on the incidence of antibiotic-resistant bacteria in the human gastrointestinal tract (GIT). Initially, the microbial diversity and abundance of the microorganisms in the different foods consumed by subjects taking the three different diets was determined. Secondly, the prevalence of antibiotic-resistant lactic acid bacteria (LAB) in the GIT was investigated through isolation and characterisation of antibiotic-resistant LAB in the faeces of volunteers taking the three types of diets. Thirdly, transferability of AR genes was assessed. The results revealed an E. faecium strain carrying erythromycin, streptomycin and tetracycline resistant genes, isolated from an omnivore subject, that transferred its antibiotic-resistant genes, through conjugation, to E. faecium [64/3], E. faecalis (JH2-2), L. ivanovii (7842RF) and L. welshimeri (11857RF), all plasmid-free reference strains at frequencies of 5.7 x 10-4, 1.7 x 10-6, 4.3 x 10-7 and 8.5 x 10-8, respectively. Plasmid extraction revealed two plasmids of more than 24Kb in the donor and transconjugants. Sanger sequencing of the plasmids revealed several ORFs annotated to bacterial enzymes involved in multiple ARs. Findings from this study, affirm that the GIT harbours a mobilizable reservoir of antibiotic genes but the effects of different diets on the prevalence of AR bacteria in the GIT are not conclusive. Further experiments need to be duplicated in vivo.