Роль дезінфектантів у розповсюдженні стійкості до антибіотиків

Проблема внутрішньолікарняних інфекцій (ВЛІ)

Олена Мошинець, кандидат біологічних наук, старший науко­вий співробітник Інституту молекулярної біології і генетики Національної академії наук України, в рамках І Національного медичного конгресу з міжнародною участю «Протимікробна резистентність. Світові виклики» виступила з доповіддю «Роль дезінфектантів у розповсюдженні стійкості до антибіотиків», в якій висвітлила найбільш нагальні питання розвитку протимікробної резистентності, зокрема спікер приділила увагу ролі дезінфектантів у поширенні резистентності до антибіотиків (АБ).

Сучасні дані свідчать, що проблема протимікробної резистентності сьогодні набуває глобальних масштабів, що напряму пов’язано з неправильним і надмірним застосуванням АБ, і останній факт є вкрай актуальним в умовах світової пандемії COVID-19. Поширення протимікробної резистентності та відсутність нових АБ визначають загальнодержавне значення цієї проблеми, що потребує невідкладних заходів боротьби. Відповідно до даних Всесвітньої організації охорони здоров’я (ВООЗ) за 2009 р., у світі не менше 2,7% випадків смерті асоційовані з ВЛІ, з яких ⅔ пов’язані з грамнегативними бактеріями. За даними Центрів з контролю та профілактики захворювань США (Centers for Disease Control and Prevention — CDC), щорічно у світі реєструється до 1,7 млн випадків ВЛІ, які супроводжуються >99 тис. випадків смерті. В Україні проблема протимікробної резистентності набула значних масштабів, що пов’язано з безрецептурним відпуском АБ і, як наслідок, самолікування та безконтрольного застосування протимікробних препаратів. На сьогодні в нашій державі відсутня статистика поширеності протимікробної резистентності, але за даними громадської організації «Інфекційний контроль в Україні» можна очікувати до 1 млн випадків ВЛІ на рік, які супроводжують >50 тис. випадків смерті.

ВЛІ — будь-яке клінічно виражене захворювання мікробної етіології, яке уражає хворого під час госпіталізації, тобто це інфекції, що виникають внаслідок надання медичної допомоги протягом певних часових рамок під час перебування пацієнта у стаціонарі або відвідування лікувальних установ. Крім того, ВЛІ також визначається у випадку, якщо вона вперше проявляється через >48 год після перебування в лікарні за умови відсутності клінічних проявів цих інфекцій в момент надходження і виключення вірогідності інкубаційного періоду. Головним джерелом ВЛІ є хворі, включно з бактеріоносіями, та медичний персонал. Сучасні дані свідчать, що, джерелом інфекції можуть бути як екзогенні, так і ендогенні фактори, зокрема контакти між медичним персоналом, повітряно-крапельна інфекційна трансмісія, оральні та парентеральні способи інфікування. Проведення профілактичних заходів щодо попередження виникнення ВЛІ, а також боротьба з ними — одне з основних завдань медичного персоналу в лікувально-профілактичних закладах. Відповідно до сучасних рекомендацій для успішної боротьби з ВЛІ необхідним є забезпечення наступних факторів:

• раціональна антибіотикотерапія;
• ретельний контроль за станом пацієнта;
• дотримання правил асептики та антисептики;
• використання одноразових інструментів та засобів індивідуаль­ного захисту (халати, фартухи та ін);
• санація та дезінфекція рук медичного персоналу;
• використання рукавиць та дотримання гігієни рук.

Однак незважаючи на всі сучасні рекомендації щодо інфекційного контролю, й досі залишається актуальною проблема протимікробної резистентності, і причина такої поширеності й досі залишається невизначеною. Результати попередніх досліджень демонстрували, що не менше 63% випадків появи нових інфекційних ускладнень de novo викликаються не через контакти пацієнта з пацієнтами або медичним персоналом, а через контакт пацієнта з навколишнім середовищем [1]. І, за словами спікера, отримані результати є вражаючими, оскільки вони спростовують необхідність заходів інфекційного контролю в стаціонарі. Результати іншого дослідження, в якому оцінювалася за допомогою методу відбитків пальців еволюція генів протимікробної резистентності, продемонстрували, що з 32 штамів Klebsiella quasipneumoniae, які мали ген blaKPC (ген карбапенемрезистентності), щонайменше у 7 випадках реєструвалося de novo набуття гену протимікробної резистентності з навколишнього середовища. Більш того, дослідниками була проведена еволюційна оцінка набуття протимікробної резистентності у 23 ізолятів із загальної кількості K. quasipneumoniae, які продемонстрували «кругообіг» K. quasipneumoniae з геном blaKPC в навко­лишньому середовищі:

• госпіталізація пацієнта з резистентним до АБ штамом K. quasipneumoniae (ген blaKPC) до стаціонару;
• інфікування K. quasipneumoniae водопроводу госпіталю (раковину);
• виписка цього пацієнта зі стаціонару;
• госпіталізація нового пацієнта, який не мав штаму організмів з геном blaKPC;
• набуття пацієнтом K. quasipneumoniae з геном blaKPC через водопровід [2].

При цьому у 2 випадках дослідженої K. quasipneumoniae була виявлена її еволюція при переході від одного пацієнта до іншого. Таким чином, враховуючи результати цього та попередніх досліджень, постає ключове питання для всієї галузі епідеміології: «Наскільки ефективні заходи інфекційного контролю щодо боротьби з протимікробною резистентністю на клітинному та популяційному рівнях?». За словами спікера, це питання не потребує відповіді. Оскільки у ХХІ ст. необхідно розглядати проблему не з точки зору клітинного або популяційного рівнів, а з погляду молекулярного рівня, а саме з погляду на гени протимікробної резистентності, а аж ніяк не з точки зору бактерії з протимікробною резистентністю. Далі спікер детально зупинилася на проблемі протимікробної резистентності.

Протимікробна резистентність

Як відомо, сьогодні існує декілька різновидів резистентності, зокрема фенотипова, яка генотипово не закріплена (біоплівки та персистори — метаболічно неактивні учасники мікробної популяції) та генотипова резистентність (вроджена та набута). І саме останній вид резистентності пов’язаний з набуттям мікроорганізмами протимікробної резистентності.

Набута генотипна резистентність:

• наведена (вертикально еволюційна адаптація) — явище адаптації бактерії до певного (наведеного) АБ внаслідок довготривалої антибіотикотерапії пацієнта. Зазвичай цей вид резистентності є слабким та зворотним при відміні АБ;
• набута з поза (горизонтальна еволюція), яка характеризується передачею резистентних генів від штаму до штаму, від популяції та популяції (рис. 1) [3].

Рисунок 1. Горизонтальне перенесення генів між бактеріями

Як відомо, біоплівки являють собою форму існування бактерій, які за своєю структурою становлять тримірну колонію, що представлена клітинами багатьох мікроорганізмів, включно з бактеріальними агентами, вбудованими в полімерний екзоклітин­ний матрикс, що продукують ці ж бактерії. Біоплівка забезпечує:

• колонізацію мікроорганізмів;
• виживання та адаптацію в навколишньому середовищі;
• в умовах біоплівки темпи еволюції мікроорганізмів найбільш швидкі порівняно з альтернативною формою (планктонна) існування;
• захист від дії токсинів та «хижаків» (клітин імунної системи);
• антагонізм/синергізм;
• патогенез [4].

Життєвий цикл біоплівки містить декілька стадій (рис. 2). Так, формування біоплівки починається з адгезії мікроорганізмів до поверхні за допомогою поверхневих адгезинів та олігосахаридів на клітинних мембранах і з подальшим формуванням мікроколоній. Далі відбувається «дозрівання» біоплівки, для даного процесу характерними є синтез матриксу й формування складних відносин між мікроорганізмами. Після досягнення зрілості біоплівка починає виділяти мікроорганізми за свої межі, за рахунок чого й відбуваються її поширення та колонізація на нових територіях [5]. Ключовим компонентом біоплівки є екзогенна ДНК (еДНК), яка містить велику кількість генів протимікробної резистентності, тобто еДНК сама по собі є фактором резистентності. Дані деяких досліджень свідчать, що еДНК біоплівки є також джерелом протимікробної резистентності для інших популяцій, що забезпечуються завдяки ще одному компоненту біоплівки — позаклітинним мембранним пухирцям — ліпідним везикулам, які відокремлюються від зовнішньої мембрани бактерій та інших клітинних форм життя, які є універсальним транспортним механізмом та забезпечують «спілкування» між організмами та навколишнім середовищем, а також несуть в собі такі корисні (шкідливі при антагонізмі) молекули, як ферменти, фактори патогенності, компоненти матриксу біоплівок, гормони (наприклад при взаємодії клітин в організмі людини) та еДНК [6]. Таким чином, бактерія не гине, не руйнується, не вивільнює свою хромосомну ДНК в навколишнє середовище, а замість цього запаковує свої зайві копії ДНК в позаклітинні мембранні пухирці і розповсюджує їх по популяції мікроорганізмів — процес типу брунькування.

Рисунок 2. Життєвий цикл біоплівки

Враховуючи всі ці дані, з початку 2018 р. починає з’являтися все більша кількість досліджень, які б оцінювали роль еДНК у розвитку та поширенні ВЛІ. Так, у нещодавньому дослідженні P. Dong та співавторів (2019) оцінювалася частота генів (ендогенна ДНК та еДНК) протимікробної резистентності у госпітальних каналізаційних водах [7]. Результати цього дослідження продемонстрували, що відсутня суттєва різниця між масивами генів протимікробної резистентності, як в еДНК, так і в ендогенній ДНК. Результати іншого дослідження продемонстрували, що гени протимікробної резистентності наявні у пилу госпітальних кондиціонерів, зокрема центральний хол реєстратури мав найбільшу кількість кластерів цих генів [8]. Таким чином, враховуючи наявність генів протимікробної резистентності в навколишньому середовищі, постає питання: «Як саме різні дезінфектанти можуть вплинути на поширення генів протимікробної резистентності?». Далі спікер навела результати власного дослідження, в якому оцінювався вплив різних дезінфектантів на біоплівки Pseudomonas aeruginosa та Staphylococcus aureus. Результати цього дослідження продемонстрували, що дезінфектанти (особливо перекис водню) впливали на значне вивільнення еДНК біоплівками — 2000 нг/мкл, 4-кратно підвищуючи концентрацію еДНК P. aeruginosa та не змінюючи її структури, тобто дезінфектанти зовсім не вплинути на структуру еДНК. Що стосується впливу дезінфектантів на S. aureus, то результати даного дослідження продемонстрували більш виражену дію на кількість та структуру еДНК.

Підсумовуючи результати цього дослідження, О. Мошинець зазначила, що отримані дані не лише свідчать про той факт, що дезінфектанти сприяють підвищенню концентрації еДНК, особ­ливо у грамнегативних бактерій, та не впливають на її цілісність, що пов’язано з тим фактом, що навіть після впливу дезінфектантів еДНК залишалася біологічно активною.

Висновок

• Будь-яка мікробна контамінація призводить до формування біоплівки та накопичення еДНК в навколишньому середовищі;
• еДНК — невраховане/недооцінене джерело протимікробної резистентності, і є обов’язковим компонентом локального резистому;
• контроль поширення еДНК повинен стати важливим етапом боротьби з поширенням протимікробної резистентності.

Список використаної літератури:

• 1. Sheppard A.E., Stoesser N., Wilson D.J. et al. (2016) Nested Russian Doll-Like Genetic Mobility Drives Rapid Dissemination of the Carbapenem Resistance Gene blaKPC. Antimicrob Agents Chemother; 60(6): 3767–78. doi: 10.1128/AAC.00464-16.
• 2. Mathers A.K., Crook D., Vaughan A. et al. (2019) Klebsiella quasipneumoniae Provides a Window into Carbapenemase Gene Transfer, Plasmid Rearrangements, and Patient Interactions with the Hospital Environment. Antimicrob Agents Chemother; 63(6): e02513–18. doi: 10.1128/AAC.02513-18.
• 3. Furuya Y.E., Lowy F.D. (2006) Antimicrobial-resistant bacteria in the community setting. Nature Reviews Microbiology volume 4, pages 36–45.
• 4. McLaughlin K., Folorunso A.O., Deeni Y.Y. et al. (2017) Biofilm formation and cellulose expression by Bordetella avium 197N, the causative agent of bordetellosis in birds and an opportunistic respiratory pathogen in humans. Res. Microbiol.; 168(5): 419–430. doi: 10.1016/j.resmic.2017.01.002.
• 5. Moshynets O.V., Spiers A.J. (2016) Viewing biofilms within the larger context of bacterial aggregations. In D. Dhanasekaran, & N. Thajuddin (Eds.), Microbial biofilms: importance and applications (pp. 3-22). InTech. https://doi.org/10.5772/62912.
• 6. Schooling S.R., Beveridge T.J. (2007) Membrane vesicles: an overlooked component of the matrices of biofilms. J. Bacteriol.; 188(16): 5945–57. doi: 10.1128/JB.00257-06.
• 7. Dong P., Wang H., Fang T. et al. (2019) Assessment of extracellular antibiotic resistance genes (eARGs) in typical environmental samples and the transforming ability of eARG. Environ Int.; 125: 90–96. doi: 10.1016/j.envint.2019.01.050.
• 8. Li X., Wu Z., Dang C. et al. (2021) A metagenomic-based method to study hospital air dust resistome. Chem Eng J; 406: 126854. doi: 10.1016/j.cej.2020.126854