2.4.3.1 rola biocydów w pozyskiwaniu i rozprzestrzenianiu oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe
biocydy, które można zdefiniować jako substancje czynne i preparaty zawierające jeden lub więcej związków aktywnych, przeznaczone do inaktywacji lub kontrolowania szkodliwych mikroorganizmów, są szeroko stosowane do utrzymania wymaganego poziomu higieny w gospodarstwach, rzeźniach i zakładach przetwórstwa żywności . W gospodarstwach rolnych stosuje się je do czyszczenia i dezynfekcji obszarów związanych ze zwierzętami gospodarskimi, w tym między innymi budynków gospodarczych, pościeli, sprzętu, kąpieli bagażowych i pojazdów transportowych. Ponadto w rzeźniach oraz na obszarach produkcji i przetwarzania żywności stosuje się zwykle szereg produktów biobójczych do dezynfekcji urządzeń i powierzchni w celu kontroli kolonizacji przez potencjalnie niebezpieczne mikroorganizmy. 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).
biocydy są zwykle stosowane w gospodarstwach, rzeźniach i przemyśle spożywczym w stężeniach znacznie przekraczających minimalne stężenia hamujące (Mic) wszystkich głównych docelowych mikroorganizmów i dlatego powinny być w stanie zagwarantować inaktywację mikrobiologiczną i uniknąć rozwoju oporności na biocydy. Jednak suboptymalne stężenia biocydów występują w wybranych niszach (np. pod obiektami lub w pęknięciach i szczelinach oraz w innych miejscach postoju) lub w wyniku niewłaściwego stosowania. Obecność materii organicznej (o której wiadomo, że inaktywuje niektóre biocydy, takie jak związki chlorowane) może zmniejszać ich skuteczność, podczas gdy błędna receptura, niewłaściwe przechowywanie preparatów i nieodpowiednia Dystrybucja związku na powierzchniach i urządzeniach mogą prowadzić do zmniejszenia stężenia aktywnych biocydów w niektórych miejscach w pomieszczeniach . Nisze o niskim stężeniu biocydów mogą również wystąpić poprzez płukanie często czyszczonych i zdezynfekowanych obszarów lub poprzez stosowanie biocydów na mokrych powierzchniach, a w konsekwencji rozcieńczenie związku do stężeń, które mogą być subletalne dla mikroorganizmów. Ponadto linie do odprowadzania ścieków mogą zapewnić stały kontakt mikroorganizmów o niskim stężeniu biocydów. Na przykład w osadach rzecznych zidentyfikowano sub-śmiertelne stężenia reprezentatywnych czwartorzędowych związków amoniowych, takich jak związki dialkilodimetyloamoniowe i chlorki benzalkoniowe (26 i 1.5 ppm, odpowiednio) i ścieków ze szpitali (1,5-4 ppm). To samo dotyczy ścieków z gospodarstw rolnych, ubojni i zakładów przetwórstwa spożywczego. Dlatego społeczności mikrobiologiczne kolonizujące środowiska w gospodarstwach rolnych, rzeźniach i zakładach produkcji żywności (w tym środowiskach mających kontakt z żywnością) są ponownie narażone na subinhibicyjne stężenia biocydów, co może mieć wpływ na ekologię mikrobiologiczną i bezpieczeństwo żywności.
selekcja mikroorganizmów odpornych na biocydy przez narażenie na nieoptymalne stężenia biocydów została opisana jako występująca dla niektórych związków biobójczych i gatunków drobnoustrojów (np. Li. monocytogenes-czwartorzędowe związki amoniowe, podchloryn sodu; Salmonella Typhimurium-triklosan; E. coli—fosforan trisodu, azotyn sodu, podchlorek sodu) . Odporność na produkty biobójcze stanowi potencjalnie poważny problem w zakresie zdrowia publicznego, ponieważ może przyczynić się do zwiększenia trwałości patogennych i psucia się mikroorganizmów w łańcuchu pokarmowym. Utrzymywanie się bakterii, które można zdefiniować jako przetrwanie przez dłuższy czas w danym miejscu, jest dużym problemem dla przemysłu spożywczego, ponieważ może prowadzić do wielokrotnego zanieczyszczenia żywności psuciem się lub patogennymi mikroorganizmami, co poważnie wpływa na zdrowie konsumentów i powoduje ogromne straty ekonomiczne dla przedsiębiorstw spożywczych. Dobrym przykładem związku między trwałością a odpornością na biocydy jest przypadek szczepu Li. monocytogenes 6179. Listeria monocytogenes 6179 jest serotyp 1/2A szczep, izolowany w Teagasc Food Research Centre (Irlandia) z poszczególnych środowisk w zakładzie przetwórstwa sera wielokrotnie w okresie 12 lat . Sekwencjonowanie genomu Li. monocytogenes 6179 pozwoliło na identyfikację nowego transpozonu, Tn6188, który zawierał trzy kolejne geny transpozazy (tnpABC), Gen qacH kodujący Mały transporter rodziny białek oporności wielolekowej (SMR) odpowiedzialny za eksport czwartorzędowych związków amoniowych oraz przypuszczalny regulator transkrypcyjny rodziny tetR przed transporterem . Badania wykazały również, że ekspozycja na chlorek benzalkoniowy (BAC) powodowała wzrost ekspresji qacH i że Mutant z delecją qach miał niższą tolerancję BAC niż Szczep typu dzikiego. Ostatnie badania przeprowadzone również w Irlandii wykazały różne trwałe szczepy, które nie mogą być odróżniane od Li. monocytogenes 6179 za pomocą impulsowej analizy elektroforezy w żelu polowym, które były rekurencyjnie izolowane ze środowisk i żywności pięciu różnych branż owoców morza w latach 2013 i 2014. Wszystkie te szczepy posiadały transpozon Tn6188 i miały znacznie wyższy MIC w stosunku do BAC niż inne szczepy wyizolowane w tym samym czasie i pozbawione Transpozonu Tn6188 . Izolaty bakteryjne, takie jak te, które posiadają determinanty odporności na biocydy, utrzymują się w warunkach przemysłowych przez długi czas i są prawdopodobnym źródłem skażenia żywności.
ostatnio pojawiło się również podejrzenie, że narażenie na działanie nieoptymalnych stężeń produktów biobójczych może sprzyjać zwiększonej oporności na klinicznie istotne antybiotyki. Niektóre badania przeprowadzone w ostatniej dekadzie porównujące biocydy i antybiotykooporność kolekcji szczepów głównych patogenów przenoszonych przez żywność wykazały korelację między opornością na oba czynniki . Niestety, zastosowane niewielkie zbiory danych oraz brak odpowiednich analiz statystycznych ograniczyły wyniki tych badań. Ostatnio, Coelho et al. przeprowadził eleganckie badanie z wykorzystaniem metod uczenia maszynowego w celu analizy wrażliwości na antybiotyki i biocydy największej do tej pory kolekcji izolatów przebadanych w tym celu (1632 Izolaty), w tym przypadku od St.aureus. 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. stwierdzono, że seryjna hodowla dwóch szczepów E. coli w obecności subinhibicyjnych stężeń BAC powodowała zwiększoną oporność na różne antybiotyki (ampicylinę, penicylinę G, norfloksacynę, kwas nalidyksowy, kanamycynę, gentamycynę, chloramfenikol, tetracyklinę i erytromycynę), z wartościami MIC 1,5–20 razy wyższymi niż te obserwowane w hodowlach kontrolnych. Randall et al. opisał, że ekspozycja na środek dezynfekujący na bazie aldehydu spowodowała powstanie mutantów S. Typhimurium o zmniejszonej wrażliwości na cyprofloksacynę u różnych szczepów bakterii. Karatzas et al. , po przedłużonym leczeniu S. Typhimurium trzema powszechnie stosowanymi środkami dezynfekującymi w gospodarstwie (mieszanka związków utleniających; czwartorzędowy środek dezynfekujący zawierający formaldehyd i aldehyd glutarowy; oraz biocyd złożony z kwasów organicznych i środków powierzchniowo czynnych), uzyskano jeden stabilny indywidualny wariant z każdego leczenia, który wykazywał zmniejszoną wrażliwość na szereg antybiotyków (cyprofloksacyna, chloramfenikol, tetracyklina i ampicylina). Whitehead et al. wyizolowano dwa mutanty S. Typhimurium po jednorazowym kontakcie z obecnymi stężeniami dwóch produktów biobójczych (mieszaniny aldehydów i czwartorzędowych związków amoniowych oraz chlorowcowanego trzeciorzędowego związku aminowego), które wykazywały szeroką zmniejszoną wrażliwość na kwas nalidyksowy, chloramfenikol, tetracyklinę i cyprofloksacynę. Webber et al. wykazano, że cztery różne biocydy (mieszanina aldehydów i czwartorzędowych związków amoniowych, czwartorzędowy związek amoniowy, związek utleniający i halogenowany trzeciorzędowy związek aminowy) wyselekcjonowały wielolekooporne mutanty S. Typhimurium o zmniejszonej wrażliwości na antybiotyki.
nie do końca wiadomo, w jaki sposób ekspozycja na związki biocydowe wybiera zwiększoną oporność na antybiotyki, ale postuluje się dwa mechanizmy: oporność krzyżową i odporność na rdzenie. Ponieważ niektóre produkty biobójcze i antybiotyki mają te same cele komórkowe, jest prawdopodobne, że niektóre czynniki determinujące oporność na produkty biobójcze i korzystne mutacje prowadzące do zwiększonej oporności na produkty biobójcze mogą być również odpowiedzialne za nabywanie oporności na antybiotyki w populacjach drobnoustrojów. Na przykład niektóre wielolekowe pompy wypływowe, które mają więcej niż jeden substrat, który może być ze sobą chemicznie niezwiązany, mogą dawać jednoczesną oporność na antybiotyki i biocydy, gdy są nadmiernie narażone . Jest to znane jako opór krzyżowy. Ponadto, nawet w przypadku produktów biobójczych, które nie mają wspólnego celu z antybiotykami, zmniejszona wrażliwość na antybiotyki może być spowodowana poziomym transferem różnych różnych determinantów oporności (determinantów oporności na antybiotyki i determinantów oporności na biocydy) powiązanych ze sobą na wspólnych elementach genetycznych, takich jak plazmidy, fagi, integrony lub transpozony, które mogą rozprzestrzeniać się na inne szczepy, gatunki lub rodzaje . Jest to znane jako rdzeń. Przykładem tego zjawiska są integrony klasy 1, o których wiadomo, że zawierają szeroki zakres kaset genowych, w tym pewną oporność kodującą na różne antybiotyki i czwartorzędowe związki amoniowe. Rzeczywiście, istnienie rezerwuarów środowiskowych integronów klasy 1 jest znane od pewnego czasu, a gen intI1 klasy 1 integronu-integrazy został niedawno zaproponowany jako biomarker selektywnej presji narzuconej przez antropogeniczne zanieczyszczenie . Mikroorganizmy (w tym niepatogenne i nieuleczalne) obecne w żywności i środowiskach związanych z żywnością mogą odgrywać ważną rolę w zdarzeniach rdzeniowych. Rzeczywiście, są one dobrymi rezerwuarami genów oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe (AMR) i mogą być czynnikami ułatwiającymi rozpowszechnianie genów AMR w różnych ekosystemach środowiskowych, w tym ekosystemach żywnościowych .