Rezistencia voči antibiotikám sa stáva globálnym problémom. Až 80 percent z celkového predaja antibiotík je určených hospodárskym zvieratám.
Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphotos.com. Autor: Jacob Wackerhausen
Odolnosť baktérií proti antibiotikám predstavuje významnú hrozbu pre zdravie ľudí i zvierat a považuje sa za vznikajúci globálny problém. Kontrola a prevencia rezistencie sú jednou z priorít projektu One Health (Jedno zdravie), ktorý zjednocuje prístup rovnováhy a optimalizácie zdravia ľudí, zvierat a životného prostredia. Okrem rezistencie napomáha baktériám prežiť aj schopnosť mikroorganizmu prenikať do tela a vyvolať chorobu (schopnosť virulencie).
Baktérie chráni biofilm
Mikroorganizmy prenikajúce do tela môžu tvoriť bakteriálny biofilm, ktorý ich chráni pred imunitným systémom hostiteľa. „V dôsledku mnohobunkovej štruktúry je bakteriálny biofilm bežne spájaný s vyššou rezistenciou voči antibiotikám, a liečba je tak menej efektívna, čo vedie k snahe nájsť alternatívne možnosti terapie. Nami riešené projekty sa zameriavajú nielen na detekciu antibiotickej rezistencie vo veterinárnej medicíne či záchyt kmeňov schopných tvoriť biofilm, ale aj na progresívne ekologické, udržateľné stratégie ničenia bakteriálnych biofilmov tvorených rezistentnými baktériami,“ uvádza kolektív autorov z Ústavu fyziológie hospodárskych zvierat Centra biovied SAV, v. v. i.
Doteraz zistené výsledky poukazujú na výskyt znepokojujúcej rezistencie voči antibiotikám v prípade animálnych baktérií tvoriacich biofilm. Zároveň však odhaľujú aj schopnosť napríklad zinku v rôznych formách vykazovať antibakteriálny a antibiofilmový potenciál, dokonca aj voči multirezistentným baktériám. Tieto zistenia prinášajú do budúcna nádej efektívnejšie čeliť odolnosti baktérií.
O tejto problematike sme sa podrobnejšie porozprávali s RNDr. Dobroslavou Bujňákovou, PhD., z Ústavu fyziológie hospodárskych zvierat Centra biovied SAV.
Biele pilulky na dlani. Zdroj: iStockphotos.com. Autor: Pablo Gaston Velez
Rezistencia voči antibiotikám
Prečo narastá odolnosť proti antibiotikám? Môže to byť pre ich nadmerné (zbytočné) užívanie?
Vývoj akejkoľvek bakteriálnej odolnosti (aj proti antibiotikám) je prirodzeným evolučným javom, ktorému sa nedá zabrániť. Baktérie sú najrozšírenejšou formou života na Zemi, obývajú našu planétu viac ako 3,8 miliardy rokov, a to aj vďaka ich schopnosti prispôsobiť sa, prenášať genetické informácie a neustále si vyvíjať nové mechanizmy, ktoré im umožňujú existovať v najrozmanitejších prostrediach s cieľom prežiť.
Avšak i nadmerná a neracionálna aplikácia rôznych antimikrobiálnych látok (vrátane antibiotík) v humánnej a vo veterinárnej medicíne, ako aj v poľnohospodárstve a ich následné uvoľnenie do životného prostredia do výraznej miery prispieva k rozvoju odolnosti proti antibiotikám. Baktérie obsahujúce gény kódujúce antibiotickú rezistenciu (odolnosť) sú schopné v prostredí určitý čas perzistovať, cirkulovať a prenášať sa medzi ľuďmi, zvieratami a prostredím, keďže sú medzi sebou navzájom neoddeliteľne poprepájané.
Problém odolnosti proti antibiotikám treba riešiť komplexne, a preto Svetová zdravotnícka organizácia prijala koncept medzinárodnej interdisciplinárnej spolupráce One Health (Jedno zdravie), ktorý sa podieľa na dosiahnutí optimálneho zdravia ľudí, zvierat a životného prostredia.
Antibiotiká sa z tela pacienta dostávajú do čističiek odpadových vôd. Vedia čističky vôd tieto zložky odfiltrovať?
Antibiotiká metabolizované v ľudskom tele sa dostávajú do čističiek odpadových vôd. Čistenie odpadovej vody prechádza okrem iného i tzv. biologickým stupňom, ktorý je v podstate odpozorovaný z prírody. Využívajú sa pri ňom baktérie, ktoré konzumujú rôzne organické látky, medziiným aj antibiotiká, a exprimujú gény rezistencie. Typická čistička odpadových vôd vyrába tony biomasy obsahujúcej tiež tieto baktérie.
Vedci zistili, že produkty čistenia odpadových vôd obsahujú stopové množstvá DNA, ktoré zahŕňajú gény zodpovedné za odolnosť proti antibiotikám. Problémom je, že tieto produkty sú potom často opätovne vracané do životného prostredia ako hnojivo na poľnohospodárske plodiny a do zásobovania vodou, čo môže viesť k rozšíreniu odolnosti proti antibiotikám.
Ako hnojivo sa používajú tiež výkaly hospodárskych zvierat. Tie sú síce spracovávané rôznymi spôsobmi, ale zistilo sa, že ani jeden nedokáže úplne odstrániť antibiotiká, ale ani gény zodpovedné za odolnosť proti antibiotikám.
Kravy natlačené v klietke pri odsávaní materského mlieka elektrickou dojičkou. Zdroj: iStockphotos.com. Autor: Vladimir Zapletin
Použitie antibiotík nebolo adekvátne v 50 percentách prípadov
Prečo predpisujú lekári antibiotiká v takej vysokej miere? V ktorých prípadoch je adekvátne užiť antibiotiká?
Vývoj bakteriálnej rezistencie (odolnosti) spúšťa aj nadmerné a neuvážené podávanie antibiotík, ako sme už spomenuli. Epidemiologické štúdie demonštrovali priamy vzťah medzi spotrebou antibiotík a vývojom rezistentných baktérií. Zverejnené prieskumy Centra na kontrolu a prevenciu chorôb preukázali, že indikácia liečby, voľba správneho antibiotika, ako aj dĺžka terapie neboli adekvátne až v 50 percentách.
K vývoju antibiotickej rezistencie významne prispieva i správne dávkovanie antibiotík. Avšak obviňovať nemôžeme len humánnych lekárov. Zneužívanie antibiotík je praktizované aj vo veterinárnom a v potravinárskom priemysle vrátane takmer 50-ročného nekontrolovaného podávania antibiotík zdravým chovným zvieratám s cieľom zvýšenia ich rastu a prevencie infekčných ochorení.
Odhaduje sa, že až 80 percent z celkového predaja antibiotík je určených zvieratám. Systematický prehľad a metaanalýzy v poslednom období ukázali, že obmedzenie používania antibiotík v prípade zvierat určených na výrobu potravín môže viesť k zníženiu absolútneho rizika antimikrobiálnej rezistencie o 10 – 15 percent. Ešte výraznejší pokles zaznamenali u ľudí, ktorí boli v priamom kontakte s chovnými zvieratami.
V zásade by malo platiť, že antibiotiká sa majú užívať len vtedy, keď je to nevyhnutné. Neliečia chrípku, prechladnutie ani iné vírusové ochorenie. Od roku 2023 nadobudol účinnosť postup pre manažment pacientov s podozrením na akútne infekcie horných dýchacích ciest v lekárňach. Jeho súčasťou sú správne postupy a pravidlá pri meraní a interpretácii výsledkov hodnôt C reaktívneho proteínu (CRP), vďaka ktorým sa vie rýchlo predbežne odlíšiť vírusová infekcia od bakteriálnej, a tak prispieť k rozhodovaniu o liečbe antibiotikami.
Môžeme sa vrátiť do éry pred existenciou antibiotík
Aké sú rozdiely v odolnosti antibiotík pri ľuďoch a pri zvieratách? Kde je situácia horšia?
Údaje o rezistencii zoonotických (tie, ktoré sa môžu prenášať medzi zvieratami a ľuďmi) a indikátorových baktérií ľudí, zvierat a potravín každoročne zhromažďujú členské štáty Európskej únie. Tie sú ďalej analyzované Európskym úradom pre bezpečnosť potravín (EFSA), Európskou agentúrou pre lieky (EMA) a Európskym centrom pre prevenciu a kontrolu chorôb (ECDC).
Mimoriadna pozornosť sa venuje prioritnému zoznamu patogénov vypracovaného Svetovou zdravotníckou organizáciou. Najkritickejšou skupinou sú multirezistentné baktérie (odolné proti trom a viacerým triedam antibiotík), ktoré predstavujú osobitnú hrozbu v nemocniciach, opatrovateľských domovoch a medzi pacientmi, ktorých starostlivosť vyžaduje prístroje (pľúcne ventilátory, katétre). Závažné a často smrteľné infekcie môžu spôsobiť aj karbapeném – rezistentné kmene Acinetobacter, Pseudomonas, druhy z čeľade Enterobacterales (Klebsiella, Escherichia coli, Serratia a Proteus) či Enterococcus a Staphylococcus aureus.
Monitorovanie vo veterinárnej medicíne je zamerané na izoláty Salmonella, Campylobacter, indikátorové Escherichia coli a zahŕňa aj špecifické monitorovanie izolátov Escherichia coli produkujúcich širokospektrálne betalaktamázy (ESBL), ampicilinázy (AmpC) a karbapenemázy (CPE). Na dobrovoľnej báze sa poskytujú údaje o výskyte meticilín rezistentného kmeňa Staphylococcus aureus (MRSA). Porovnávať údaje získané v humánnej a vo veterinárnej medicíne je preto náročnejšie, ale vo všeobecnosti môžeme skonštatovať, že situácia s výskytom rezistencie je kritickejšia v humánnej medicíne.
„Len v Európskej únii umiera na antibiotickú rezistenciu až 35-tisíc ľudí ročne.“
Aké tempo má narastanie odolnosti proti antibiotikám? Približne o koľko rokov môžeme dôjsť do bodu, keď sa nimi už takmer vôbec nebudeme vedieť liečiť, resp. kedy dôjde ku kritickej situácii?
Svetová zdravotnícka organizácia uznala rezistenciu voči antibiotikám za vážny globálny problém – strašiak súčasnej medicíny. Len v Európskej únii umiera na antibiotickú rezistenciu až 35-tisíc ľudí ročne. Prognózy do budúcnosti sú ešte hrozivejšie. Čoraz viac sa hovorí o hrozbe návratu éry pred existenciou antibiotík a odhaduje sa, že okolo roku 2050 bude úmrtí na vysokorezistentné baktérie viac ako na onkologické ochorenia.
Účinné riešenie problému antibiotickej rezistencie vyžaduje spoluprácu viacerých sektorov a účastníkov (zákonodarcov, farmaceutického priemyslu, poľnohospodárskeho a potravinárskeho sektora, zdravotníckych pracovníkov, pacientov atď.).
Riešenia problému
Aké sú možnosti riešenia tohto problému z vedeckého hľadiska? Ak teda vynecháme možnosť užívať antibiotiká menej, keďže počítam s predpokladom, že je ťažké zmeniť akékoľvek procesy v spoločnosti dostatočne rýchlo.
Prvým riešením je uvážené používanie antibiotík, teda len v prípade bakteriálnych infekcií. Ďalej je to cielená liečba a správny výber antibiotika – to znamená neliečiť „naslepo“ a ak to zdravotný stav pacienta dovoľuje, je vhodné urobiť odber biologického materiálu na mikrobiologické vyšetrenie, aby mohol lekár získať výsledok citlivosti bakteriálneho pôvodcu infekcie na antibiotiká a cielene naordinovať liečbu.
Inou možnosťou je vývoj nových antibiotík vo farmaceutickom priemysle, ale ten napreduje pomaly. Z vedeckého hľadiska je ďalším riešením hľadanie nových neantibiotických biologických alebo chemických látok, ktoré môžu pomôcť lekárom a veterinárom v budúcnosti zvládnuť liečbu bakteriálnych infekcií spôsobených rezistentnými baktériami. Pokrok v alternatívnych stratégiách môže prispieť k boju proti antibiotickej rezistencii.
Akým spôsobom viete detegovať antibiotickú rezistenciu?
V našom laboratóriu používame automatizovaný systém. Ide o kvantitatívny kolorimetrický test určený na detekciu antimikrobiálnej citlivosti s automatickým odčítaním, ktorý používa na detekciu životaschopnosti mikroorganizmov metabolický indikátor MTT ( 3- (4,5-dimetyltiazol-2-yl) -2,5-difenyltetrazóliumbromid) a slúži na rutinnú diagnostiku aeróbnych gramnegatívnych nenáročných baktérií, stafylokokov a E. faecalis. Vo veterinárnej medicíne sa však na testovanie antibiotickej citlivosti používa aj disková difúzna metóda či rôzne iné systémy a kity pre konkrétny druh baktérií alebo zvieraťa.
Práca v laboratóriu. Zdroj: iStockphotos.com. Autor: 10174593_258
Odolnosť proti zinku
Ktorou metódou by sa dal zničiť ochranný biofilm rezistentných baktérií?
Táto otázka nie je vôbec jednoduchá. Definícia bakteriálnych biofilmov znie, že sú to organizované zhluky mikroorganizmov viažuce sa na rôzne živé, ale aj neživé povrchy pomocou tzv. extracelulárnej polymérnej látky – matrix –, ktorá ich chráni pred imunitným systémom hostiteľa a konvenčne používanými antibiotikami.
Možnosťou je teda zaútočiť rôznymi spôsobmi na zložky tohto matrix alebo nejakým spôsobom cezeň preniknúť k bakteriálnym bunkám. Napríklad nanočastice rôznych kovov používajú viacero mechanizmov súčasne. Môžu ľahko preniknúť cez extracelulárny matrix, ktorý pôsobí ako bariéra pre antibiotiká, ale aj blokujú syntézu bunkovej steny, biofilmu, cieľovej RNA, syntézu proteínov a menia membránový potenciál bunky.
Je možné, že baktérie dokážu byť časom odolné aj proti zinku?
Poľnohospodári používali zinok (vo forme oxidu zinočnatého) v chovoch hospodárskych zvierat ako stimulátor rastu a ako profylaktické liečivo s cieľom nahradiť antibiotiká, ktoré sú zakázané od roku 2006. Zistilo sa však, že oxid zinočnatý nielenže znečisťuje životné prostredie, ale opakovaná záťaž zinkom môže vyvolať zvýšenú rezistenciu voči antibiotikám.
Európska komisia preto rozhodla, že od júna 2022 musia byť všetky veterinárne lieky obsahujúce oxid zinočnatý stiahnuté z trhu. Preto stúpa záujem o nové ekologické a udržateľné možnosti využitia iných foriem zinku vrátane nanočastíc zinku, či už komerčne dostupných, alebo chemických, resp. biologicky syntetizovaných.
Aj keď existujú dôkazy o aktivite zinku pri inhibícii rastu a zabíjaní určitých skupín baktérií a najnovší vedecký výskum ukazuje potenciál tohto mikroelementu v nanotechnologických metódach boja proti mikroorganizmom, je potrebné hlbšími analýzami preskúmať tieto alternatívy.
Ktoré projekty rieši vaša výskumná skupina?
Okrem monitorovania rezistencie voči antibiotikám v prípade animálnych kmeňov baktérií (VEGA 2/0010/21) sa naša výskumná skupina zameriava na projekty bezantibiotického prístupu kontroly mastitíd dojníc na produkčných farmách (APVV 22-0457) a možného potenciálu a perspektívy alternatívnych zdrojov zinku v prípade hospodárskych zvierat (APVV 21-0301).
Taktiež sa venujeme problematike alternatívnych možností boja proti bakteriálnemu biofilmu, ktorý je bežne spájaný s vyššou rezistenciou voči antibiotikám a môže prispievať k menej efektívnej liečbe (VEGA 2/0040/25; POO-09I03-03-V04-00364).
Kto všetko pracuje na týchto projektoch?
Tím z laboratória mikrobiálnej genetiky Centra biovied SAV, v. v. i., organizačnej zložky Ústavu fyziológie hospodárskych zvierat (CBv SAV ÚFHZ), konkrétne RNDr. Dobroslava Bujňáková, PhD.; MVDr. Lívia Karahutová, PhD.; MVDr. Tímea Kocúreková v spolupráci s kolegami z laboratória trávenia a výživy CBv SAV ÚFHZ pod vedením RNDr. Klaudie Čobanovej, PhD., ale aj v spolupráci s Univerzitou veterinárskeho lekárstva a farmácie v Košiciach pod vedením doc. MVDr. Františka Ziga, PhD., či Leteckou fakultou Technickej univerzity v Košiciach.
RNDr. Dobroslava Bujňáková, PhD., pôsobí v Ústave fyziológie hospodárskych zvierat Centra biovied SAV. Je vedúca projektov Bezantibiotické prístupy kontroly mastitíd dojníc so zvýšením hygieny prostredia na produkčných farmách (APVV 22-0457) a Potenciál a perspektíva alternatívnych zdrojov zinku u hospodárskych zvierat (APVV 21-0301).
Zdroj: CVTI SR, TS Ústavu fyziológie hospodárskych zvierat Centra biovied SAV
(LDS)
