2.4.3.1 a biocidek szerepe az antimikrobiális rezisztencia megszerzésében és elterjedésében
a biocideket, amelyek egy vagy több hatóanyagot tartalmazó hatóanyagként és készítményként definiálhatók, amelyek célja a káros mikroorganizmusok inaktiválása vagy a káros mikroorganizmusok elleni védekezés, széles körben használják a gazdaságokban, a vágóhidakon és az élelmiszer-feldolgozó létesítményekben a szükséges higiéniai szint fenntartására . A gazdaságokban az állatállományhoz kapcsolódó területek tisztítására és fertőtlenítésére használják, beleértve a gazdasági épületeket, ágyneműket, berendezéseket, csizmafürdőket és szállítójárműveket. Ezenkívül a biocidok széles skáláját szokásosan használják vágóhidakon, valamint élelmiszer-előállítási és-feldolgozási területeken a berendezések és felületek fertőtlenítésére a potenciálisan veszélyes mikroorganizmusok általi kolonizáció visszaszorítása érdekében. 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).
a biocidokat általában a gazdaságokban, a vágóhidakon és az élelmiszeriparban alkalmazzák az összes fő cél mikroorganizmus minimális gátló koncentrációját (Mic) jóval meghaladó koncentrációban, ezért képesnek kell lenniük a mikrobiális inaktiváció biztosítására és a biocid rezisztencia kialakulásának elkerülésére. A biocid koncentrációja azonban nem optimális a kiválasztott résekben (pl. tárgyak alatt, repedésekben, hasadékokban és más kikötőhelyeken), vagy a nem megfelelő használat következtében. A szerves anyagok jelenléte (amelyekről ismert, hogy inaktiválnak bizonyos biocideket, például klórozott vegyületeket) csökkentheti hatékonyságukat, míg a helytelen összetétel, a készítmények nem megfelelő tárolása, valamint a vegyület nem megfelelő eloszlása a felületeken és a berendezéseken az aktív biocid koncentráció csökkenését eredményezheti a helyiségek egyes helyein . Az alacsony biocid koncentrációjú fülkék a gyakran megtisztított és fertőtlenített területek öblítésével vagy a biocid nedves felületekre történő felvitelével is előfordulhatnak, aminek következtében a vegyület olyan koncentrációra hígul, amely a mikroorganizmusok számára szubletális lehet. Ezenkívül a szennyvízelvezető vezetékek állandó érintkezést biztosíthatnak az alacsony biocid koncentrációjú mikroorganizmusokkal. Például a reprezentatív kvaterner ammóniumvegyületek, például a dialkil-dimetil-ammóniumvegyületek és a benzalkónium-kloridok szubletális koncentrációit azonosították a folyami üledékben (26 és 1.5 ppm), valamint a kórházak szennyvize (1,5–4 ppm) . Valószínűleg ugyanez igaz a gazdaságokból, vágóhidakról és élelmiszer-feldolgozó létesítményekből származó szennyvíz esetében is. Ezért a gazdaságokban, vágóhidakon és élelmiszer-előállító létesítményekben (beleértve az élelmiszerrel érintkezésbe kerülő környezeteket is) kolonizáló mikrobiális közösségek ismételten ki vannak téve szubinhibitív biocid koncentrációknak, és ez hatással lehet a mikrobiális ökológiára és az élelmiszer-biztonságra.
biocid-rezisztens mikroorganizmusok kiválasztása szuboptimális biocid koncentrációk hatására egyes biocidvegyületek és mikrobiális fajok (pl. Li. monocytogenes—kvaterner ammóniumvegyületek, nátrium—hipoklorit; Salmonella Typhimurium—triklozán; E. coli-trinátrium-foszfát, nátrium-nitrit, nátrium-hipoklorid) esetében történt . A biocidokkal szembeni rezisztencia potenciálisan jelentős közegészségügyi problémát jelent, mivel hozzájárulhat a kórokozó és romló mikroorganizmusok fokozott fennmaradásához az élelmiszerláncban. A baktériumok perzisztenciája, amelyet egy adott helyen hosszabb ideig tartó túlélésként lehet meghatározni, nagy aggodalomra ad okot az élelmiszeripar számára, mivel az élelmiszerek ismételt szennyeződéséhez vezethet romlás vagy patogén mikroorganizmusok, ezáltal súlyosan befolyásolja a fogyasztók egészségét és nagy gazdasági veszteségeket okoz az élelmiszeripari vállalkozások számára. A perzisztencia és a biocid rezisztencia közötti összefüggésre jó példa a Li. monocytogenes 6179 törzs esete. A Listeria monocytogenes 6179 egy 1/2a szerotípusú törzs, amelyet a Teagasc Élelmiszerkutató központban (Írország) izoláltak egy sajtfeldolgozó létesítmény bizonyos környezetéből, 12 év alatt ismételten . A Li. monocytogenes 6179 genom szekvenálása lehetővé tette egy új transzpozon, a Tn6188 azonosítását, amely három egymást követő transzpozázgént (tnpABC), egy qach gént kódolt egy kis multidrug rezisztencia fehérje család (SMR) transzporter felelős a kvaterner ammóniumvegyületek exportjáért, valamint egy feltételezett tetR család transzkripciós szabályozót a transzporter előtt . A vizsgálatok azt is kimutatták, hogy a benzalkónium-klorid (BAC) expozíció a qacH expresszió növekedését okozta, és hogy egy qacH deléciós mutáns törzs Bac toleranciája alacsonyabb volt, mint a vad típusú törzsé. A közelmúltban Írországban is végzett vizsgálatok különböző, a Li. monocytogenes 6179-től megkülönböztethetetlen, perzisztens törzseket azonosítottak pulzáló terepi gélelektroforézis analízissel, amelyeket 2013-ban és 2014-ben ismételten izoláltak öt különböző tengeri Élelmiszeripar környezetéből és élelmiszereiből. Mindezek a törzsek hordozták a Tn6188 transzpozont, és szignifikánsan magasabb MIC-vel rendelkeztek a BAC-val szemben, mint az ugyanabban az időkeretben izolált más törzsek, és hiányzik a Tn6188 transzpozon . Az ilyen baktériumizolátumok, amelyek biocid rezisztenciát meghatározó tényezőket hordoznak, hosszú ideig fennmaradnak az ipari környezetben, és valószínűleg élelmiszer-szennyeződés forrásai.
a közelmúltban felmerült az a gyanú is, hogy a biocidok nem optimális koncentrációjának való kitettség fokozhatja a klinikailag releváns antibiotikumokkal szembeni rezisztenciát. Az elmúlt évtizedben végzett, a főbb élelmiszer-eredetű patogénekből származó törzsek biocid és antibiotikum-rezisztenciáját összehasonlító vizsgálatok összefüggést mutattak a két hatóanyaggal szembeni rezisztencia között . Sajnos a felhasznált kis adathalmazok és a megfelelő statisztikai elemzések hiánya korlátozta e vizsgálatok eredményeit. Újabban, Coelho et al. elegáns tanulmányt végzett gépi tanulási módszerek alkalmazásával az eddig vizsgált legnagyobb izolátum-gyűjtemény antibiotikum-és biocid érzékenységének elemzésére (1632 izolátum), ebben az esetben a St. aureus-tól. 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. beszámoltak arról, hogy két E. coli törzs sorozatos tenyésztése a BAC szubinhibitív koncentrációjának jelenlétében fokozott rezisztenciát eredményezett a különböző antibiotikumokkal szemben (ampicillin, penicillin G, norfloxacin, nalidixinsav, kanamicin, gentamicin, kloramfenikol, tetraciklin és eritromicin), a mic értékek 1,5–20-szor magasabbak, mint a kontroll tenyészetekben megfigyeltek. Randall és munkatársai. leírta, hogy az aldehid-alapú fertőtlenítőszernek való kitettség S. Typhimurium mutánsokat eredményezett, amelyek különböző baktériumtörzsekben csökkent érzékenységet mutattak a ciprofloxacinra. Karatzas et al. az S. Typhimurium három széles körben használt mezőgazdasági fertőtlenítőszerrel (oxidáló vegyületek keveréke; formaldehidet és glutáraldehidet tartalmazó kvaterner ammóniumfertőtlenítőszer; valamint szerves savakból és felületaktív anyagokból álló biocid) történő kiterjesztett kezelését követően minden kezelésből egy stabil egyedi változatot kapott, amely csökkent érzékenységet mutatott számos antibiotikumra (ciprofloxacin, kloramfenikol, tetraciklin és ampicillin). Whitehead et al. izolált két mutáns S. Typhimurium két olyan biocid (aldehidek és kvaterner ammóniumvegyületek keveréke, valamint egy halogénezett tercier aminvegyület) használat közbeni koncentrációjának egyszeri expozíciója után, amelyek nagymértékben csökkent érzékenységet mutattak a nalidixinsav, a kloramfenikol, a tetraciklin és a ciprofloxacin iránt. Webber et al. kimutatták, hogy négy különböző biocid (aldehidek és kvaterner ammóniumvegyületek keveréke, egy kvaterner ammóniumvegyület, egy oxidatív vegyület és egy halogénezett tercier aminvegyület) kiválasztott S. Typhimurium multirezisztens mutánsokat, csökkent antibiotikum-érzékenységgel.
nem teljesen ismert, hogy a biocid vegyületeknek való kitettség hogyan választja ki az antibiotikumokkal szembeni fokozott rezisztenciát, de két mechanizmust feltételeznek, a keresztrezisztenciát és a coresistance-t. Mivel bizonyos biocidok és antibiotikumok ugyanazon sejtcélpontokkal rendelkeznek, valószínű, hogy egyes biocid rezisztenciát meghatározó tényezők és a biocid rezisztenciát növelő előnyös mutációk szintén felelősek lehetnek az antibiotikum-rezisztencia kialakulásáért a mikrobiális populációkban. Például egyes multidrug efflux szivattyúk, amelyek egynél több szubsztráttal rendelkeznek, amelyek kémiailag függetlenek lehetnek egymástól, egyidejű rezisztenciát biztosíthatnak antibiotikumokkal és biocidokkal szemben, ha túlexpresszálják őket . Ezt keresztellenállásnak nevezik. Ezen túlmenően, még azon biocidek esetében is, amelyek nem rendelkeznek antibiotikumokkal, az antibiotikumokkal szembeni érzékenység csökkenése a különböző rezisztenciadeterminánsok (antibiotikum rezisztencia determinánsok és biocid rezisztencia determinánsok) horizontális átvitelének tudható be, amelyek olyan közös genetikai elemeken kapcsolódnak össze, mint a plazmidok, fágok, integronok vagy transzpozonok, amelyek átterjedhetnek más törzsekre, fajokra vagy nemzetségekre . Ez az úgynevezett coresistance. Példa erre a jelenségre az 1. osztályú integronok, amelyekről ismert, hogy sokféle génkazettát tartalmaznak, beleértve a különböző antibiotikumokkal és kvaterner ammóniumvegyületekkel szembeni rezisztenciát. Valójában az 1. osztályú integronok környezeti tározóinak létezése már egy ideje ismert, és az 1. osztályú inti1 integron-integráz gént nemrégiben javasolták az antropogén szennyezés által kiváltott szelektív nyomás biomarkereként . Az élelmiszerekben és az élelmiszerekkel kapcsolatos környezetekben jelen lévő mikroorganizmusok (beleértve a nem patogéneket és a nem kulturálhatatlanokat is) fontos szerepet játszhatnak a coresistance eseményekben. Valójában jó tározói az antimikrobiális rezisztencia (AMR) géneknek, és elősegíthetik az AMR gén terjesztését a különböző környezeti ökoszisztémákban, beleértve az élelmiszer-ökoszisztémákat is .