W badaniu wskazano także skuteczne środki biobójcze przeciwko Pseudomonas aeruginosa.
Niedawne badania wykazały, że główny patogen bakteryjny wykazuje znaczną oporność na składniki aktywne znajdujące się w środkach czyszczących powszechnie stosowanych w szpitalach i domach.
Badania, opublikowane niedawno w Choroby zakaźne ACSkierowali chemicy z Uniwersytetu Emory. Wykazuje zaskakujący poziom odporności na środki czyszczące wielolekooporne Pseudomonas aeruginosa — patogen budzący szczególne obawy w warunkach szpitalnych.
W badaniu wskazano także wysoce skuteczne środki biobójcze P. aeruginosaw tym nowatorski związek opracowany w Emory we współpracy z Uniwersytetem Villanova. Naukowcy opisują, w jaki sposób te biocydy działają inaczej niż większość obecnie stosowanych środków dezynfekcyjnych.
„Mamy nadzieję, że nasze odkrycia pomogą szpitalom w ponownym rozważeniu protokołów dotyczących higieny sal pacjentów i innych obiektów” – mówi William Wuest, profesor chemii Emory i starszy autor badania. „Mamy również nadzieję, że nasze odkrycia dotyczące nowego mechanizmu działania przeciwko tym szczepom bakterii mogą pomóc w projektowaniu przyszłych produktów dezynfekcyjnych”.
Pierwszymi autorami badania są Christian Sanchez (który pracował jako doktorant chemii Emory, a po ukończeniu studiów dołączył do wydziału Uniwersytetu Samford) i German Vargas-Cuebas, doktorant Emory w dziedzinie mikrobiologii.
„Odporność patogenów na środki czyszczące to obszar często pomijany” – mówi Vargas-Cuebas, „ale jest to ważny obszar badań, zwłaszcza w obliczu wzrostu liczby patogenów opornych na antybiotyki na całym świecie”.
Kevin Minbiole, profesor chemii w Villanova, jest współautorem artykułu.
Środki dezynfekcyjne dla koni roboczych tracące parę
Czwartorzędowe związki amoniowe, czyli QAC, to składniki aktywne powszechnie spotykane w domowych i szpitalnych środkach czyszczących, w tym w niektórych sprayach i płynach dezynfekcyjnych, antybakteryjnych chusteczkach dezynfekcyjnych i mydłach.
„Istnieje kilka środków zapewniających kontrolę jakości, które od około 100 lat są głównymi środkami dezynfekcyjnymi w większości domów i szpitali” – mówi Wuest. „Bardzo niewiele zrobiono, aby zmodyfikować ich strukturę, ponieważ od dawna tak dobrze działają przeciwko wielu powszechnym bakteriom, wirusom, pleśniom i grzybom, a ponadto są tak proste i tanie w wykonaniu”.
Laboratorium Wuest jest liderem w badaniach QAC i innych środków dezynfekcyjnych. Jednym z problemów zidentyfikowanych przez Wuesta i jego współpracowników jest to, że niektóre szczepy bakteryjne rozwijają oporność na QAC. Tendencja ta może spowodować poważne problemy sanitarne w szpitalach.
Patogen o krytycznym priorytecie
Według Centrów Kontroli i Zapobiegania Chorobom (CDC) w Stanach Zjednoczonych każdego roku dochodzi do ponad 2,8 miliona infekcji opornych na środki przeciwdrobnoustrojowe, prowadzących do ponad 35 000 zgonów.
CDC określa je mianem wielolekoopornych P. aeruginosa jako jeden z siedmiu patogenów wywołujących infekcje, których liczba wzrosła w Stanach Zjednoczonych w okresie COVID 19 pandemii i utrzymuje się powyżej poziomu sprzed pandemii.
Na całym świecie, P. aeruginosa powoduje ponad 500 000 zgonów rocznie i został uznany przez Światową Organizację Zdrowia za patogen o krytycznym priorytecie.
P. aeruginosa występuje powszechnie w środowisku, w tym w glebie i wodzie słodkiej. Zbiorniki w warunkach szpitalnych mogą obejmować odpływy, krany, zlewy i myjki do sprzętu. Chociaż bakteria na ogół nie atakuje zdrowych ludzi, może powodować infekcje u osób chorych na mukowiscydozę i osób z obniżoną odpornością, np. pacjentów z oparzeniami, rakiem i wieloma innymi poważnymi schorzeniami. Pacjenci korzystający z urządzeń inwazyjnych, takich jak cewniki, również są zagrożeni ze względu na możliwość stosowania tzw P. aeruginosa do tworzenia biofilmów na powierzchniach tych urządzeń.
P. aeruginosapodobnie jak inne bakterie Gram-ujemne, jest zamknięty w drugiej, tłuszczowej błonie zewnętrznej, która działa jak otoczka ochronna, przez co trudniej ją zabić.
Jak QAC zabijają
QAC zawierają azot atom w środku czterech łańcuchów węglowych. Mówiąc najprościej, dodatnio naładowana głowa centrum azotowego jest przyciągana do ujemnie naładowanych fosforanów kwasów tłuszczowych otaczających P. aeruginosa oraz wiele innych bakterii i wirusów. Głowy łańcuchów węglowych działają jak groty włóczni, wbijając się zarówno w ochronne błony tłuszczowe, jak i wewnętrzne błony komórkowe, powodując rozpad patogenów.
Naukowcy przetestowali 20 różnych, lekoopornych szczepów P. aeruginosa zebrane ze szpitali na całym świecie przez Narodowe Wojskowe Centrum Medyczne im. Waltera Reeda w ramach sieci repozytorium i nadzoru organizmów wielolekoopornych.
Wyniki wykazały, że wszystkie 20 szczepów było przynajmniej częściowo opornych na QAC – powszechny składnik aktywny większości środków czyszczących pierwszej linii – a 80% szczepów było w pełni odpornych na QAC.
„Ten mechanizm działał przez 100 lat, zasadniczo wcinając się w zewnętrzną i wewnętrzną błonę patogenu i niszcząc je” – mówi Wuest. „Byliśmy zaskoczeni, widząc poziom, na którym wydaje się, że już tak nie jest”.
Niewłaściwe użycie środków czyszczących może być jednym z czynników powodujących oporność, teoretyzuje Wuest.
„Środki kontroli jakości nie zabijają od razu” – wyjaśnia. „Po aplikacji ważne jest, aby odczekać cztery lub pięć minut przed wytarciem środków czyszczących. Ważne jest również, aby stosować odpowiednie stężenie. W przypadku niewłaściwego użycia niektóre bakterie mogą przetrwać, co może prowadzić do rozwoju u nich oporności.
Być może dało to większe wykorzystanie środków czyszczących podczas pandemii Covid-19 P. aeruginosa i niektórym innym trudnym do zabicia patogenom większe możliwości rozwoju odporności – dodaje.
Nowa metoda, która „działa zaskakująco dobrze”
Na potrzeby niniejszego artykułu naukowcy przetestowali także odporność panelu wielolekoopornego P. aeruginosa szczepy przeciwko nowemu czwartorzędowemu związkowi fosfoniowemu, w skrócie QPC, opracowanemu w laboratoriach Wuest i Minbiole. Wyniki wykazały, że związek był bardzo skuteczny w zabijaniu wszystkich 20 opornych P. aeruginosa szczepy.
„Działa zaskakująco dobrze nawet przy niskim stężeniu” – mówi Vargas-Cuebas.
Naukowcy wykazali, że ich nowatorskie QPC działa nie poprzez przebicie ochronnej torebki zewnętrznej P. aeruginosa bakterię, ale poprzez dyfuzję przez tę zewnętrzną błonę, a następnie selektywne atakowanie wewnętrznej błony komórkowej.
„To sprzeczne z intuicją” – zauważa Wuest. „Można by pomyśleć, że zastosowanie konwencjonalnych środków biobójczych, polegające na usunięciu obu błon, byłoby skuteczniejszym sposobem zabicia P. aeruginosa. Dlaczego bierna dyfuzja przez membranę zewnętrzną i skupienie się na atakowaniu membrany wewnętrznej sprawia, że nasz związek QPC jest bardziej skuteczny? Jeszcze nie wiemy. To jak magiczna sztuczka.”
Wykazali, że ten sam mechanizm leży u podstaw skuteczności dwóch dostępnych na rynku środków antyseptycznych: oktenidyny, częściej stosowanej w Europie jako szpitalny środek antyseptyczny, oraz chlorheksydyny, powszechnego składnika płynów do płukania ust.
Wuest i współpracownicy planują kontynuować badania nad tym, jak ten nowo zidentyfikowany mechanizm może działać przeciwko szeregowi patogenów i jak może to przełożyć się na nowe biocydy i skuteczniejsze protokoły czyszczenia w szpitalach i innych miejscach.
„Nasza praca toruje drogę dla bardzo potrzebnych innowacji w badaniach nad środkami dezynfekującymi” – mówi Wuest.
Odniesienie: „Wysoce skuteczne środki biobójcze przeciwko Pseudomonas aeruginosa ujawniają nowe mechanistyczne spostrzeżenia na temat bakterii Gram-ujemnych” autorstwa Christiana A. Sancheza, Germána G. Vargas-Cuebasa, Mariny E. Michauda, Ryana A. Allena, Kelly R. Morrison-Lewis, Shehreen Siddiqui, Kevin PC Minbiole i William M. Wuest, 23 października 2024 r., Choroby zakaźne ACS.
DOI: 10.1021/acsinfecdis.4c00433
Dodatkowymi autorami artykułu są doktorantka Emory Marina Michaud, studentka Emory Shehreen Siddiqui oraz absolwenci studiów doktoranckich Emory Ryan Allen i Kelly Morrison-Lewis.
Prace zostały sfinansowane ze środków Narodowe Instytuty Zdrowia.
