Microbiological safety in public teaching buildings and other confined spaces: critical analysis of architectural, plant engineering and cleaning factors aimed to preserve human health.

Gli ambienti interni (BE) possiedono un proprio microbioma, derivante dall'uomo. La persistenza dei microbi negli spazi interni aumenta il rischio di contrarre malattie infettive. I BE rappresentano attualmente aree in cui le persone trascorrono la maggior parte del tempo: uffici, ospedali, abitazioni e aule didattiche. Una parte di loro utilizza anche mezzi pubblici per raggiungere scuole e università. L'esposizione costante al bioaerosol in uno spazio confinato con scarso ricambio d'aria, come un'aula scolastica o un mezzo pubblico, e il contatto continuo con superfici contaminate, espone a diversi microrganismi, potenzialmente associati ad infezioni, come muffe e batteri. I disinfettanti chimici siano comunemente utilizzati ma hanno limitazioni: l'efficacia a breve termine e l'alto impatto ambientale e possono selezionare microbi resistenti, favorendo la diffusione della resistenza antimicrobica (AMR). Perciò, questo progetto ha adottato un approccio basato sui probiotici (PCHS), costituito da un detergente ecologico a base di spore batteriche del genere Bacillus. L'azione del PCHS si basa sull'esclusione competitiva, che porta, in poche settimane, a una riduzione stabile dei patogeni. Gli studi non hanno inoltre riportato effetti avversi legati al PCHS. Tuttavia, nonostante siano stati condotti in ambienti sanitari, finora non sono stati raccolti dati in ambienti di altro tipo, come quelli dei trasporti pubblici o delle aule scolastiche. Per affrontare il problema, il mio progetto di Dottorato ha perseguito tre obiettivi: profilare il microbioma persistente sulle superfici e nell'aria delle scuole pubbliche e dei mezzi di trasporto pubblico; confrontare i dati in presenza o assenza di un sistema di ventilazione; valutare l'efficacia del PCHS rispetto ai metodi di sanificazione convenzionali. È stata coinvolta negli studi un'aula del Liceo Classico L. Ariosto di Ferrara. Parallelamente, è stato condotto uno studio anche sulle linee M4 e M5 della metropolitana di Milano. La carica microbica superficiale e aerea interna è stata monitorata regolarmente in tutti i siti coinvolti negli studi prima e dopo l'introduzione di sistemi di ricambio d'aria meccanici (solo per l'aula) e di sistemi PCHS (sia per l'aula che per i treni). I campioni d'aria sono stati raccolti utilizzando un campionatore d'aria attivo (SAS), posizionato al centro dell'aula e utilizzato per raccogliere 1 m3 d'aria per ogni campagna di campionamento. Ogni campione d'aria è stato raccolto su una piastra RODAC contenente terreno di coltura microbico. Il campionamento superficiale è stato effettuato mediante RODAC applicate sulle superfici di maggior contatto, scelte in base al tipo di spazio interno. Gli stessi punti sono stati campionati anche mediante tamponi sterili su una superficie di 100 cm2, inseriti in provette sterili contenenti terreno di coltura liquido. In tutti i campioni raccolti, sono state contate le UFC. I microbi aderiti ai tamponi sono stati utilizzati per estrarre il loro DNA per analizzarne l'AMR mediante qPCR. I risultati raccolti hanno mostrato che il PCHS si è dimostrato più efficace della disinfezione chimica. La riduzione è stata evidente entro 2 settimane e ha portato a un'eliminazione quasi completa dei patogeni dopo 12 settimane. L'AMR si è ridotta in modo analogo negli ambienti trattati con PCHS. Lo studio in classe ha evidenziato che anche l'implementazione di un sistema di ricambio d'aria meccanico ha favorito la riduzione della carica microbica. Questi dati suggeriscono che il PCHS può rappresentare un sistema di sanificazione sostenibile in grado di bilanciare stabilmente il microbioma delle superfici interne e dell'aria, fornendo nuove soluzioni per affrontare le sfide attuali e future in materia di rischio infettivo e controllo dell'AMR.

Indoor built environments (BEs) have their own microbiome, primarily derived by human. The persistence of microbes in high-traffic spaces significantly increase the risk of acquiring infectious diseases. BEs currently represent the areas where people spend most time, including offices, hospital wards, private homes and didactic-dedicated rooms. A part of them also uses mass public transportation to reach schools and universities. The constant exposure to bioaerosol in a confined space with little air exchange, like a classroom or a public transport, and the constant touching of contaminated surfaces, may lead to the acquisition of different microorganisms, possibly associated with health problems, like molds and bacteria. While chemical disinfectants are commonly used, they have limitations such as short-term efficacy and high environmental impact and they can select resistant microbes, promoting the spread of AMR (Anti-Microbial Resistance). To overcome these challenges, this project investigated a probiotic-based approach (PCHS), consisting of an eco-friendly detergent with added spores of probiotics belonging to the Bacillus genus. PCHS action is based on competitive exclusion, which leads, in few weeks, to a stable decrease of pathogens. Studies have also reported no adverse effects linked to PCHS. However, despite several studies have been performed in the sanitary environment, no data have been so far collected in crowded non-sanitary environments, such as those of mass transports or school classrooms. To address the mentioned points, my PhD project pursued three aims: To profile the indoor microbiome persisting on the surfaces and air of public schools and means of public transport. To compare the data in the to the presence or absence of a ventilation system. To evaluate the effectiveness of PCHS compared to conventional sanitizing methods. A classroom located at the Liceo Classico L. Ariosto of Ferrara was enrolled in the studies. In parallel, a study was also conducted on the M4 and M5 line of the Milan subway. The indoor surface and air microbial load were monitored regularly in all the sites enrolled in the studies before and after the introduction of mechanical air-exchange systems (for the classroom only) and PCHS (for both classroom and trains). Air samples were collected by using an active air sampler (SAS). The SAS was located at the center of the classroom and used to collect 1000 l (1 m3) of air samples per each sampling campaign. Each SAS air sample was collected onto a RODAC containing microbial agar media. Surface sampling was carried out by RODAC plates directly applied on surfaces. Surface sampling was performed on the floor and on ‘hard-touch surfaces’, differentiated based on the type of indoor spaces. The same points were also sampled by sterile rayon swabs, rubbed on a 100 cm2 surface, which were put in sterile tube containing liquid general medium. In all the collected samples, the grown CFU were enumerated. The microbes adhered to swabs were used to extract their DNA, which was then used to analyze the AMR of the microbial population by qPCR. The collected results showed that PCHS was significantly more effective than chemical disinfection. The reduction was evident within 2 weeks and led to an almost complete pathogen elimination after 12 weeks. AMR was similarly reduced in the PCHS-treated environments. The classroom study evidenced that also the implementation of a mechanical air-exchange system favored the bioburden reduction. These data suggest that PCHS may represent a sustainable sanitation system capable of stably balancing the indoor surface and air microbiome, providing new solutions to address current and future challenges in infectious risk and AMR control.