Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

BACTERIAL RESISTANCE TO DISINFECTANTS: EVALUATION OF THE EVIDENCES

Saperkin N.V. 1 Alebashina L.A. 2 Kvashnina D.V. 1
1 Nizhny Novgorod State Medical Academy
2 Privolzhsky Federal Research Medical Centre, Ministry of Health of the Russian Federation
Обсуждаются результаты систематического обзора публикаций оригинальных исследований, посвященных устойчивости бактерий к дезинфектантам. Целью работы являлось проведение эпидемиологической оценки распространенности генов qac, smr, cep устойчивости бактерий к четвертичным аммониевым соединениям. В качестве методов использованы извлечение данных, критическая оценка и обобщение результатов исследований, опубликованных в электронных базах данных. Были получены данные о распространенности генов резистентности smr, qac A,B,C,G,H,Z у клинических штаммов актуальных возбудителей инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи. Полученные сведения необходимо учитывать при проведении эпидемиологического и микробиологического мониторингов за данными микроорганизмами. Таким образом, практика составления систематических обзоров по вопросам устойчивости бактерий к антимикробным препаратам являются необходимым инструментом получения доказательной информации об эпидемическом потенциале возбудителей ИСМП, а также факторах, влияющих на эффективность дезинфектантов и антисептиков.
An article outlines the results of the systematic review of the published original studies. The publications evaluated in this article were dedicated to bacterial resistance to the active substances of disinfectants and antiseptics. The objective of the research is to assess epidemiologically prevalence rates of genes qac, smr, cep which determine bacterial resistance to quaternary ammonium compounds. The standard technology of systematic review was used to do a research. The current review included posing a clear search question, data retrieving, critical appraisal of information as well as synthesis of the results which had been published in the relevant on-line databases. Weighing everything up, the authors demonstrated the scientific and practical necessity to take into consideration the obtained results while performing epidemiologic surveillance and microbiological monitoring. The application of systematic reviews can touch upon different problems of bacterial resistance antimicrobials. The reviews is considered to be a crucial tool to obtain evidence concerning epidemic potential of the nosocomial pathogens and factors affecting effectiveness of biocides.
gene qac
smr
systematic review
resistance
staphylococcus
enterococcus
klebsiella
enterobacter
acinetobacter

Несмотря на немалое количество сообщений об изучении активности антимикробных средств, часто нелегко получить достоверные данные об устойчивости бактерий к дезинфектантам (ДС). Это связано с ограниченным числом тестируемых штаммов, а также применением разнообразных методик диагностики резистентности к биоцидам в разных странах. Взаимосвязь между устойчивостью invitro и неэффективностью ДС также остается спорным вопросом. В то же время распространение устойчивых микроорганизмов к антимикробным средствам, несомненно, способно повышать уровни летальности, заболеваемости и экономические затраты в медицинских учреждениях. В последнее время официальные документы всё чаще призывают по возможности сокращать использование биоцидов, улучшать политику их применения, оптимизировать инфекционный контроль и разрабатывать инновационные ДС. Доказательства о том, что улучшенные процедуры применения антимикробных средств могут снижать показатели резистентности, имеются не в полном объеме. Цель исследования: критическая оценка и обобщение данных о распространенности устойчивости бактерий к действующим веществам антисептиков и ДС путем проведения систематического обзора публикаций, содержащих результаты оригинальных исследований. Указанные микроорганизмы выбраны как ведущие возбудители инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи (ИСМП). Кроме того, в силу известных микробиологических особенностей логично ожидать различия в степени резистентности к определенным ДС [1,2].

Методология поиска. В период 2013–2015 года осуществлялся поиск информации по ключевым словам в электронных базах данных PubMed, e-library.ru, TRIP, без ограничений по языку и дате публикации. Критерии отбора: эпидемиологические исследования (клинические испытания, когортные, перекрестные исследования, исследования до-после и др). Основной критерий: наличие и распространенность генов резистентности (напр., генов smr, qac A,B,C,G,H для четвертичных аммониевых соединений) (ЧАС).

Кроме того, мы обращали внимание на источники, содержащие информацию следующего типа: сравнение минимальных ингибирующих концентраций (МИК) изучаемых культур с таковыми для тест-штаммов микроорганизмов; количественная оценка устойчивости штаммов к ДС среди изучаемых культур. В отношении нескольких публикаций для выяснения деталей эксперимента мы вели переписку с авторами этих работ.

Были определены следующие критерии исключения: повторные публикации, содержащие сходные данные; публикации исследований, представляющие информацию только о резистентности указанных микроорганизмов к антибиотикам; документы, в которых приводилась только оценка методов определения чувствительности к ДС на основе тест-штаммов микроорганизмов. Критериями качества исследований, включенных в настоящий систематический обзор, являются четкое описание методики определения чувствительности бактерий к ДС, а также наличие в тексте цифровых данных, а именно – точное указание на объем выборки, количество чувствительных и устойчивых культур и т.п. Под устойчивостью (естественной и приобретенной) бактерий понимали свойство микробов противостоять повреждающему действию механических, физических и химических факторов [2]. При выполнении поиска использовались следующие термины (одиночные и в сочетании с другими терминами): bacterial resistance, susceptibility, biocide, disinfectant, resistancegene, minimal inhibitory concentration, antiseptic, staphylococcusaureus, pseudomonasaeruginosa, еnterococcus, klebsiella, enterobacter, acinetobacter, chlorhexidine, triclosan, quaternary ammonium compound, benzalkonium. В отобранных публикациях объектами исследования выступали культуры микроорганизмов, полученные от пациентов и из внешней среды. Просмотр результатов исследований и извлечение данных проводились независимо двумя авторами. Структура поисковых запросов информации была выстроена по следующему принципу, например:

- в базах данных PubMed: ((resistance[ti] AND ("disinfectants" [Pharmacological Action] OR "disinfectants"[MeSH Terms] OR "disinfectants"[All Fields] OR "biocide"[All Fields])) AND ("staphylococcus aureus"[MeSH Terms] OR ("staphylococcus"[All Fields] AND "aureus"[All Fields]) OR "staphylococcus aureus" [All Fields])) AND "staphylococcus aureus" [MeSH Terms].

Результаты и обсуждение. Установлено, что использованные нами электронные ресурсы содержали достаточно ограниченное число описаний оригинальных исследований, посвященных изучаемой проблематике. Несколько публикаций не соответствовали критериям включения. Также ряд ссылок и URL-адресов на момент проведения данного исследования не функционировали, хотя и были проиндексированы в выбранных нами биомедицинских базах данных.

Хронологические рамки публикаций, вошедших в исследование, по изучению устойчивости Klebsiellaspp – 1980–2013 гг., P. aeruginosa – 1972–2011 гг., Acinetobacterspp – 1987–2014 гг., S. aureus – 1960–2013 гг., Enterococcusspp – 1990–2014 гг. В данный систематический обзор вошло всего 111 работ, удовлетворявших условиям поиска (распределение публикаций по видам микроорганизмов показано на схеме). В PubMed было найдено более 60 % вошедших в настоящую работу исследований. Анализ опубликованных работ показал, что подходы исследователей к оценке устойчивости микроорганизмов к ДС и стиль представления данных постоянно менялись: количественная оценка резистентных штаммов (абсолютные числа и доля от общего числа культур), определение МИК и минимальных бактерицидных концентраций. Ключевым моментом стало выявление и оценка распространенности генов устойчивости к ДС. Более того, часто авторы при оценке устойчивости ориентировались на взаимодействие биоцида с бактериальными составляющими биопленок. В ряде публикаций вывод об отсутствии устойчивости микроорганизмов к ДС был сделан по факту выявляемого снижения контаминации объектов внешней среды, а также уменьшения степени колонизации пациентов.

Проведенный систематический обзор публикаций позволил извлечь из них данные по большому количеству торговых марок ДС или в ряде случаев – в отношении активно действующих веществ. В то же время данные по чувствительности/устойчивости бактерий к ним достаточно противоречивы. Спектр протестированных субстанций включал в себя ЧАС, спирты, бигуаниды, тяжелые металлы, хлор- и кислородсодержащие ДС. Например, больше всего исследований было посвящено вопросам изучения устойчивости микроорганизмов к хлоргексидинабиглюконату, ЧАС и бензалкония хлориду: 39, 22 и 19 работ соответственно. Триклозан был объектом изучения в меньшем числе исследований (6 публикаций). Указанные ДС, как известно, активно применяются в медицинских организациях различного типа, входят в рецептуры многих торговых марок, оттого интерес к ним вполне закономерен.

Данные нашего систематического обзора позволяют говорить о различиях в методологических подходах к изучению чувствительности всех выбранных нами микроорганизмов к различным биоцидам. Нами сделан акцент на систематизации и критической оценке сведений о распространении генов резистентности к ЧАС: qacA,B,C,Z,E,ED1 и smr. Отметим, что особенности распространения гена smr были описаны только в шести работах. Несмотря на небольшое количество публикаций по этому вопросу (всего 17), в настоящее время исследование устойчивости к ДС на молекулярном уровне становятся крайне важными, наряду с традиционно осуществляемой в разных странах большой работой относительно антибиотиков.

S. aureus традиционно рассматривается как неотъемлемый компонент молекулярно-генетических исследований, проводимых в рамках эпидемиологического надзора за стафилококковой инфекцией. Характер распространенности генов qac в популяции стафилококков был изучен в 8, а гена smr – в 5 работах. В подавляющем количестве публикаций как объекты исследования авторами рассматривались MRSA, что объясняется их значимостью в возникновении ИСМП. Обращает на себя внимание разброс полученных в них показателей. Так, по данным разных авторов, гены qacA/B суммарно выявлялись в 0,7–94,6 % исследованных культур S.aureus. В отношении только MRSA от 2,1 до 94,6 % подобных вариантов стафилококка являлись носителями указанных генов. Обобщая информацию о представленности разных генов устойчивости к ЧАС из группы qac, у нас появляются основания говорить о гетерогенности показателей: от полного отсутствия (показательный пример с qacG) до наличия на высоком уровне. Распространенность гена smr находилась на достаточном уровне, при этом он идентифицирован в 3,6–44,2 % стафилококков. Ожидаемым результатом стала также широкая распространенность qacA, хотя показатели существенно варьировали (от 0,6 до 33,7 %). В то же время, более низкой она была для qacС (5,3–10,8 %), qacН (3,3–7,1 %), а также для гена qacВ (1,5 %).

Несмотря на доказанное этиологическое значение энтерококков во внебольничной и госпитальной патологии человека, обращает внимание сравнительно небольшое число опубликованных работ по проблеме, обозначенной в нашем систематическом обзоре. Кроме того, важно отметить наличие у авторов в разных странах отличающихся подходов к оценке устойчивости этого микроорганизма к ДС и антисептикам. Установлено, что в двух работах целью исследования послужило изучение распространенности генов резистентности к биоцидам. Как и в случае со стафилококками, нами фиксировалась неоднородность представленных показателей. В частности, гены qacA/B обнаружены лишь в 0,4 % (2/473 протестированных E. faecalis). Ген smr также был обнаружен у единичных культур исследованных штаммов E. faecalis (у 2 штаммов; 0,2 %), которые проявляли устойчивость к дидецилдиметиламмония хлориду. Авторы отмечали, что гены выявлялись как у клинических штаммов (из образцов фекалий, гемокультуры), так и внешней среды (крупный рогатый скот, сыр). В штаммах, изолированных из мяса и мясных продуктов, указанных структур не было найдено [4]. Для сравнения, среди энтерококков ген qacZ был обнаружен в существенно большем количестве случаев – 52 % (n=73). При этом авторами отмечалось наличие у микроорганизма резистентности к бензалкония хлориду. Надо сказать, что данная публикация является одной из немногих, посвященных вопросам изучения данного малоизвестного гена устойчивости. Рассматриваемая работа, по сути, является первым сообщением об изучении механизмов устойчивости Enterococcusspp к биоцидам [5]. Безусловно, эпидемиология подобных генов среди популяции энтерококков (в том числе VRE) требует дальнейшего изучения. Информация о других генах резистентности к ДС, в отношении которых нами производился информационный поиск, не содержалась в обнаруженных публикациях. Отметим, что в одном из найденных источников шла речь о важности изучения распространения гена ace у данных бактерий [7].

Среди возбудителей ИСМП из семейства Enterobacteriaceae особый интерес у ученых вызывают штаммы Klebsiellaspp, являющиеся продуцентами β-лактамаз расширенного спектра действия (БЛРС). В ходе выборочных исследований при изучении резистентности клинических штаммов K. pneumoniae к бензалконию ген qacDE1 обнаруживался в диапазоне от 53,1 до 68,0 % [9]. В одном исследовании давалась оценка распространенности другого важного гена – qacE, который идентифицирован в 1,6 % случаев (1/64). Авторами высказано предположение, что данный механизм способствовал формированию устойчивости бактерии к двум компонентам биоцида торговой марки Trigene, относящимся к ЧАС (бензалконий, додециламин-сульфат). При проведении систематического обзора были получены публикации, посвященные обнаружению среди клебсиелл гена cepA, распространенность которого находилась на высоком уровне, составив 87,5 % [3].

Количество публикаций по изучению устойчивости Enterobacterspp, удовлетворявшихся критериям включения, было намного меньше по сравнению с другими рассматриваемыми микроорганизмами. В работах, посвященных распространению генов устойчивости к ДС, главным образом поднимались вопросы наличия у бактерий гена qacDE1. По обобщенным данным, он обнаруживался у клиническим штаммов Enterobacterspp в достаточном количестве, с колебаниями от 55 до 100 % случаев.

Неферментирующие грамотрицательные бактерии (НГОБ) неизменно являются объектами изучения чувствительности к антибиотикам. В то же время в настоящий момент крайне мало количество публикаций по оценке вклада различных механизмов в формирование устойчивости к ДС и антисептикам. На момент проведения нашего обзора из баз данных была извлечена одна публикация с описанием результатов подобного исследования на малой выборке. В нем у нескольких клинических штаммов Acinetobacterspp, изолированных в ожоговых центрах, присутствовали гены qacE (2/5) и qacDE1 (практически у всех изученных штаммов – 4/5). Авторы отмечают меньшее количество ацинетобактеров-носителей подобных генов по сравнению с синегнойной палочкой, выделенной ими в тех же условиях [8]. Важно отметить, что в подавляющем количестве публикаций, касающихся устойчивости НГОБ к ДС, обычно приводится описание того или иного механизма резистентности без количественной оценки распространенности возможных генов устойчивости в конкретной популяции.

В настоящее время ЧАС находят широкое применение в здравоохранении и различных отраслях народного хозяйства (в частности, пищевой промышленности). Полярность таких биоцидов обусловлена наличием у них поверхностно-активных свойств, отсутствие коррозирующего действия на обрабатываемые предметы, а также относительно низкой токсичностью. В то же время практика использования ДС на основе ЧАС требует проведения эпидемиологического и микробиологического мониторинга ввиду доказанного риска быстрого формирования к ним устойчивости у бактерий. Понимание молекулярных механизмов формирования устойчивости к ним существенно изменилось. Было установлено, что подобная резистентность ассоциирована с присутствием генов qacA и qacB, а также smr. Они кодируют синтез трансмембранных эффлюксных белков, которые обусловливают устойчивость микроорганизмов к липофильным катионным веществам, в т.ч. ЧАС, а также красителям (напр., этидия бромиду). Важной находкой было обнаружение у гена qacA способности влиять на появление устойчивости и к хлоргексидину. Гены qac можно обнаружить, как показано в ряде исследований, на крупных плазмидах.

Продуктом экспрессии гена smr являются т.н. «малые белки множественной лекарственной устойчивости», откуда и произошел этот акроним. Семейство генов smr включает в себя qacC,D,G,E,H, что говорит о более широком арсенале механизмов резистентности к дезинфектантам, чем это считалось ранее. Подобные структуры находятся на мелких и крупных конъюгативных пламидах [6]. Особое место занимают исследования по выявлению гена qacZ у грамположительных кокков. На модели E.faecalis было продемонстрировано, что данный ген кодирует синтез т.н. малого транспортера множественной лекарственной устойчивости (получившего название EFA0010) в положении генома V583. Выявлено участие этой генетической структуры не только в понижении чувствительности к ЧАС, но и по отношению к этидия бромиду [5].

Механизмы устойчивости грамнегативных бактерий к дезинфектантам, как правило, определяются генами, ассоциированными с резистентностью к ЧАС, а именно наличие у таких микроорганизмов генов qacE и qacDE. При этом представляется важным их мониторинг не только у штаммов с явными признаками резистентности к антибиотиками (к примеру, продукция БЛРС), но у вариантов бактерий с другими маркерами внутрибольничного эковара.

Методические особенности в представлении разными авторами результатов исследования устойчивости некоторых микроорганизмов к биоцидам, в частности, НГОБ обусловливают необходимость расширения информационного поиска, оптимизации параметров систематического обзора публикаций и проведения динамической оценки.

Заключение

Для объективной оценки устойчивости микроорганизмов к антимикробным препаратам необходимо осуществлять систематические обзоры не только по антибиотикорезистентности, но и устойчивости к ДС. В методическом отношении важно учитывать наличие на данный момент ограниченного числа исследований, результаты которых отличаются существенной гетерогенностью. Подобные обзоры, организованные с учетом принципов доказательной медицины, должны быть, безусловно, доступны специалистам на русском языке. Ряд вопросов, касающихся проблемы резистентности актуальных возбудителей ИСМП к ДС, применяемым в практическом здравоохранении, остаются изученными не в полной мере. Это является основанием для проведения молекулярно-генетического мониторинга устойчивости к ДС, внедрение унифицированной методики изучения чувствительности микроорганизмов к биоцидам.