2.4.3.1 biosidien rooli mikrobilääkeresistenssin hankinnassa ja leviämisessä
biosideja, jotka voidaan määritellä tehoaineiksi ja valmisteiksi, jotka sisältävät yhtä tai useampaa aktiivista yhdistettä ja joiden tarkoituksena on inaktivoida tai hillitä haitallisia mikro-organismeja, käytetään laajalti vaaditun hygieniatason ylläpitämiseen maatiloilla, teurastamoissa ja elintarvikkeiden jalostustiloissa . Maatiloilla niitä käytetään muun muassa kotieläimiin liittyvien alueiden, kuten maatilarakennusten, sänkyjen, laitteiden, saappaankylpyjen ja kuljetusajoneuvojen puhdistamiseen ja desinfiointiin. Lisäksi erilaisia biosideja käytetään tavanomaisesti teurastamoissa sekä elintarvikkeiden tuotanto-ja käsittelyalueilla laitteiden ja pintojen desinfiointiin, jotta voidaan hillitä mahdollisesti vaarallisten mikro-organismien aiheuttamaa kolonisaatiota. Some of the most widely used biocides are alcohols, aldehydes, chlorine, and chlorine- releasing agents (sodium hypochlorite, chlorhexidine), iodine, peroxygen compounds (hydrogen peroxide, peracetic acid), phenolic type compounds, quaternary ammonium compounds (benzalkonium chloride), bases (sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate), and acids (mineral and organic acids).
biosideja käytetään yleensä maatiloilla, teurastamoissa ja elintarviketeollisuudessa pitoisuuksina, jotka ylittävät selvästi kaikkien tärkeimpien kohdeorganismien minimaaliset inhibitoriset pitoisuudet (mic), minkä vuoksi niiden pitäisi pystyä takaamaan mikrobien inaktivoituminen ja välttämään biosidiresistenssin kehittyminen. Suboptimaalisia biosidipitoisuuksia esiintyy kuitenkin valikoiduissa lokeroissa (esim.esineiden alla tai halkeamissa ja raoissa ja muissa reunapaikoissa) tai epäasianmukaisen käytön seurauksena. Orgaanisen aineksen esiintyminen (tiedetään inaktivoivan joitakin biosideja, kuten kloorattuja yhdisteitä) voi heikentää niiden tehoa, kun taas virheellinen formulaatio, formulaatioiden epäasianmukainen varastointi ja yhdisteen riittämätön jakautuminen pinnoille ja laitteisiin voivat johtaa aktiivisen biosidin pitoisuuden laskuun joissakin tiloissa . Matalia biosidipitoisuuksia voi esiintyä myös huuhtelemalla usein puhdistettuja ja desinfioituja alueita tai levittämällä biosidia märille pinnoille, jolloin yhdiste laimenee pitoisuuksiksi, jotka voivat olla mikro-organismeille subletaaleja. Lisäksi jäteveden poistolinjat voivat tarjota mikro-organismien pysyvän kosketuksen alhaisilla biosidipitoisuuksilla. Esimerkiksi jokisedimentissä on havaittu edustavien kvaternaaristen ammoniumyhdisteiden, kuten dialkyylidimetyyliammoniumyhdisteiden ja bentsalkoniumkloridien, subletaaleja pitoisuuksia (26 ja 1.5 ppm) ja sairaaloiden jätevedet (1,5-4 ppm). Sama koskee todennäköisesti maatilojen, teurastamojen ja elintarviketeollisuuden jätevesiä. Siksi maatilojen, teurastamojen ja elintarviketuotantolaitosten ympäristöissä (mukaan lukien elintarvikkeiden kanssa kosketuksiin joutuvat ympäristöt) elävät mikrobiyhteisöt altistuvat jatkuvasti subinhibitorisille biosidipitoisuuksille, ja tällä voi olla vaikutusta mikrobiekologiaan ja elintarviketurvallisuuteen.
biosidiresistenttien mikro-organismien valikoitumista suboptimaalisille biosidipitoisuuksille on kuvattu esiintyvän joidenkin biosidiyhdisteiden ja mikrobilajien osalta (esim. Li .monocytogenes—Kvaternaariset ammoniumyhdisteet, natriumhypokloriitti; Salmonella Typhimurium—triklosaani; E. coli—trinatriumfosfaatti, natriumnitriitti, natriumhypokloridi). Biosidien resistenssi on mahdollisesti merkittävä kansanterveydellinen ongelma, koska se voi edistää patogeenisten ja pilaantumista aiheuttavien mikro-organismien pysyvyyttä elintarvikeketjussa. Bakteerien pysyvyys, joka voidaan määritellä säilyvyydeksi pidemmäksi aikaa tietyssä paikassa, on suuri huolenaihe elintarviketeollisuudelle, koska se voi johtaa elintarvikkeiden toistuvaan pilaantumiseen pilaantuvilla tai patogeenisillä mikro-organismeilla, mikä vaikuttaa vakavasti kuluttajien terveyteen ja aiheuttaa suuria taloudellisia menetyksiä elintarvikeyrityksille. Hyvä esimerkki pysyvyyden ja biosidiresistenssin välisestä yhteydestä on Li. monocytogenes 6179-kannan tapaus. Listeria monocytogenes 6179 on serotyypin 1/2a kanta, joka on eristetty Teagasc Food Research Centressä (Irlanti) tietyistä ympäristöistä juustonjalostuslaitoksessa toistuvasti 12 vuoden ajan . Li. monocytogenes 6179-genomin sekvensoinnin avulla voitiin tunnistaa Uusi transposoni, Tn6188, joka koostui kolmesta peräkkäisestä transposaasigeenistä (tnpabc), qach-geenistä, joka koodaa pientä monilääkeresistenssiproteiiniperheen (SMR) kuljettajaa, joka vastaa kvaternaaristen ammoniumyhdisteiden viennistä, ja oletetusta tetR-perheen transkriptiosäätelijästä ennen kuljettajaa . Tutkimukset osoittivat myös, että altistuminen bentsalkoniumkloridille (BAC) lisäsi qacH: n ilmentymistä ja että qacH: n deleetiomutanttikannalla oli alhaisempi BAC: n toleranssi kuin villin tyypin kannalla. Viimeaikaiset tutkimukset, joita on tehty myös Irlannissa, ovat tunnistaneet useita pysyviä kantoja, joita ei voi erottaa Li. monocytogenes 6179-bakteerista pulssikenttäelektroforeesianalyysillä ja jotka eristettiin toistuvasti viiden eri merenelävien tuotannonalan ympäristöistä ja elintarvikkeista vuosina 2013 ja 2014. Kaikilla näillä kannoilla oli tn6188-transposoni, ja niillä oli huomattavasti suurempi MIC BAC: tä vastaan kuin muilla kannoilla, jotka eristettiin saman ajanjakson aikana ja joilta puuttui tn6188-transposoni . Tällaiset bakteeri-isolaatit, joissa on biosidiresistenssiä määrittäviä tekijöitä, pysyvät teollisessa ympäristössä pitkiä aikoja ja ovat todennäköinen elintarvikkeiden saastumistapahtumien lähde.
viime aikoina on myös herännyt epäilys, että altistuminen biosidipitoisuuksille, jotka eivät ole optimaalisia, voi lisätä resistenssiä kliinisesti merkittäviä antibiootteja vastaan. Eräät viime vuosikymmenellä tehdyt tutkimukset, joissa verrattiin tärkeimpien elintarvikevälitteisten patogeenien kantakokoelmien biosidi-ja antibioottiresistenssiä, osoittivat, että resistenssillä on yhteys molempiin taudinaiheuttajiin . Valitettavasti käytetyt pienet tietokokonaisuudet ja asianmukaisten tilastollisten analyysien puute rajoittivat näiden tutkimusten tuloksia. Viime aikoina, Coelho et al. suoritti elegantin tutkimuksen koneoppimismenetelmien avulla analysoidakseen toistaiseksi suurimman tähän tarkoitukseen testatun isolaattikokoelman (1632 isolaattia), tässä tapauksessa St. aureuksesta. They described that reduced susceptibility to two biocides, clorhexidine and BAC, which belong to different structural families, was associated with resistance to several antibiotics (amoxicillin/clavulanate, cefuroxime, cefaclor, cefpodoxime, clindamycin, erythromycin, clarithromycin, azithromycin, telithromycin, ciprofloxacin, levofloxacin, gatifloxacin, and moxifloxacin). Other authors isolated stable mutant strains with increased resistance to one or several antibiotics after exposure to sublethal biocide concentrations. For instance, Langsrud et al. raportoitu, että kahden E. coli–kannan sarjaviljely subinhibitoristen BAC-pitoisuuksien läsnä ollessa johti lisääntyneeseen resistenssiin erilaisille antibiooteille (ampisilliini, g-penisilliini, norfloksasiini, nalidiksihappo, kanamysiini, gentamisiini, kloramfenikoli, tetrasykliini ja erytromysiini), ja MIC-arvot olivat 1, 5-20-kertaiset verrattuna kontrolliviljelmillä todettuihin. Randall ym. kuvattu, että altistuminen aldehydipohjaiselle desinfiointiaineelle aiheutti S. Typhimurium-mutantteja, joiden herkkyys siprofloksasiinille heikkeni eri bakteerikannoissa. Karatzas et al. S. Typhimuriumin pidennetyn käsittelyn jälkeen kolmella laajalti käytetyllä maatilojen desinfiointiaineella (hapettavien yhdisteiden sekoitus, formaldehydiä ja glutaarialdehydiä sisältävä kvaternaarinen ammoniumdifikaattori sekä orgaanisista hapoista ja pinta-aktiivisista aineista koostuva biosidi) saatiin jokaisesta käsittelystä yksi stabiili yksilöllinen muunnos, jonka herkkyys erilaisille antibiooteille (siprofloksasiini, kloramfenikoli, tetrasykliini ja ampisilliini) oli heikentynyt. Whitehead ym. eristettiin kaksi s-mutanttia. Typhimurium kerta-altistuksen jälkeen kahden biosidin (aldehydien ja kvaternaaristen ammoniumyhdisteiden seos ja halogenoitu tertiäärinen amiiniyhdiste) käytönaikaisille pitoisuuksille, joiden herkkyys nalidiksihapolle, kloramfenikolille, tetrasykliinille ja siprofloksasiinille oli laajalti heikentynyt. Webber ym. osoitti, että neljä eri biosidia (aldehydien ja kvaternaaristen ammoniumyhdisteiden seos, kvaternaarinen ammoniumyhdiste, hapettava yhdiste ja halogenoitu tertiäärinen amiiniyhdiste) valitsivat S. Typhimurium-monilääkeresistenttejä mutantteja, joiden antibioottiherkkyys on heikentynyt.
ei täysin tiedetä, miten biosidiyhdisteille altistuminen lisää vastustuskykyä antibiootteja vastaan, mutta oletetaan, että kaksi mekanismia, ristiresistenssi ja rinnakkaisvastus, ovat olemassa. Koska eräillä biosideillä ja antibiooteilla on samat solukohteet, on todennäköistä, että jotkin biosidiresistenssin taustatekijät ja suotuisat mutaatiot, jotka johtavat biosidiresistenssin lisääntymiseen, voivat myös olla syynä antibioottiresistenssin kehittymiseen mikrobipopulaatioissa. Esimerkiksi jotkin monilääkkeiset efflux-pumput, joissa on useampi kuin yksi substraatti, joka ei ehkä ole kemiallisesti yhteydessä toisiinsa, voivat aiheuttaa samanaikaisen resistenssin antibiooteille ja biosideille, kun niitä käytetään liikaa . Tätä kutsutaan ristiresistenssiksi. Lisäksi niidenkin biosidien, joilla ei ole yhteistä tavoitetta antibioottien kanssa, heikentynyt herkkyys antibiooteille voi johtua erilaisten resistenssiä määrittävien tekijöiden (antibioottiresistenssiä määrittävien tekijöiden ja biosidiresistenssiä määrittävien tekijöiden) horisontaalisesta siirtymisestä, jotka liittyvät yhteisiin geneettisiin tekijöihin, kuten plasmideihin, fageihin, integroneihin tai transposoneihin, jotka voivat levitä muihin kantoihin, lajeihin tai sukuihin . Tämä tunnetaan nimellä coresistance. Esimerkkinä ilmiöstä ovat luokan 1 integronit, joiden tiedetään sisältävän monenlaisia geenikasetteja, kuten jonkin verran koodausresistenssiä eri antibiooteille ja kvaternaarisille ammoniumyhdisteille. Luokan 1 integronien ympäristövarastojen olemassaolo on tiedetty jo jonkin aikaa, ja luokan 1 integron-integraasigeeni intI1: tä on äskettäin ehdotettu ihmisen aiheuttaman saastumisen aiheuttaman selektiivisen paineen biomarkkeriksi . Elintarvikkeissa ja elintarvikkeisiin liittyvissä ympäristöissä esiintyvillä mikro-organismeilla (mukaan lukien ei-patogeeniset ja viljelemättömät) voi olla tärkeä rooli torjuntatapahtumissa. Ne ovat itse asiassa hyviä mikrobilääkeresistenssigeenien (AMR) varastoja ja voivat edistää AMR-geenin leviämistä erilaisissa ympäristöekosysteemeissä, myös elintarvikeekosysteemeissä .