兽医随笔:细菌对消毒剂的耐药性
细菌对抗菌素的耐药性是一个长期存在且被广泛研究的问题,业界也越来越关注各种微生物对抗菌剂的反应。
抗菌素耐药性由于其传播迅速而成为一种新的世界性疾病。全球抗菌素耐药菌疫情表明,流行率上升,迫切需要有效的灭菌产品来抑制病原体的增殖和传播。
消毒剂通过抑制或破坏传播介质中的细菌和病毒等病原生长,可以有效控制传染病。消毒剂对生态健康和生命安全起着至关重要的作用,在医疗、水处理和配送、食品加工、农业、医疗保健等领域广泛应用。
然而,由于缺乏科学的管理和合理的规划,导致了消毒剂的过度使用和滥用,从而增加了抗菌素耐药基因(ARGs)的丰度。在含氯污水处理厂和施用杀菌剂的温室土壤中,细胞外ARGs(eARGs)和细胞内ARGs(iARGs)的丰度显著增加。
此外,环境中稀释和残留的消毒剂可以通过表型适应、基因突变和水平基因转移(HGT)提高细菌的耐受性。细菌对消毒剂的持续暴露培养了对消毒剂的适应性和耐受性。消毒剂耐药菌的生长速度令人震惊,这将大大降低消毒剂的杀灭效率,频繁检测到的多药耐药菌和多药耐药基因对人类健康和生态系统构成严重威胁。
细菌什么时候被认为具有耐药性?
细菌可以被不同种类的抗微生物产品杀死或抑制,这些产品被命名为抗菌素(用于人类或动物抗感染)和抗菌剂(如消毒剂、消毒防腐剂和防腐剂)。在某些情况下,对抗菌剂的耐药机制研究可能有助于对抗菌素的耐药研究。
尽管抗菌产品的使用浓度通常足以抑制或杀死被处理的细菌,但有些细菌菌株能够在这种浓度下存活甚至生长,他们被称为“抵抗”。
在下列情况下,细菌被认为对抗菌素或抗菌剂具有耐药性:
当一个菌株没有被实践中常用浓度的抗菌素或抗菌剂杀死或抑制时;
当一个菌株没有被可对该微生物的大多数菌株有效的抗菌素或抗菌剂杀死或抑制时;
当细菌细胞没有被对培养物中大多数细胞有效的抗菌素或抗菌剂杀死或抑制时。
当细菌有天然(先天)的特质,如一个特定的包膜结构,削弱抗菌素或抗菌剂渗透,而产生“不易感”。如果细菌受到对敏感菌株有效的抗菌素或抗菌剂浓度的影响较小时,那么细菌就会产生“耐受性”,因此需要更高浓度的抗菌素或抗菌剂来阻止细菌繁殖。
细菌可以将不同的遗传物质(质粒、转座子等)转移到其他含有相关基因的细菌。当编码不同抗微生物机制的遗传信息转移到新的宿主上时,称为“共抗性”。
“交叉耐药”细菌是那些已经进化出生存方法的细菌,可以有效地对抗具有相同作用机制的不同类型的抗菌素或抗菌剂。
多药耐药(MDR)是指当一个细菌菌株对几种不同的抗菌药物产生耐药性时。
消毒剂抗性机制
细菌可通过生物膜降低细菌膜表面的消毒剂浓度,也可通过降低菌膜通透性来防止消毒剂进入细菌。当消毒剂穿透细胞膜并进入细菌时,细菌触发氧化应激反应并产生高水平的活性氧(ROS)来抵抗消毒剂的作用。
细菌还可激活SOS反应(对DNA损伤的保守反应)来修复损伤和适应消毒剂,修复容易出错的DNA来减少自身的损伤。在这个过程中,多种基因被表达。例如,外排系统被激活,单个或多个外排单元将消毒剂排出体外。
细菌还可以通过改变消毒剂的作用目标来避免其与细菌结合。
此外,细菌还可以通过加强可降解消毒剂的酶活性抵抗抗菌剂。
耐药性的影响因素及可能的解决办法
了解消毒剂耐药性的影响因素,可以提高消毒剂的使用效率。首先,消毒剂的抗药性取决于细菌的特性。不同类型的细菌对杀菌剂的敏感性不同。
细菌孢子对消毒剂的耐药性最高,其次是分枝杆菌、革兰氏阴性菌和球菌。细菌对消毒剂的抗性还与细胞表面饱和脂肪酸含量有关。饱和脂肪酸更稳定,不易氧化。其次,消毒剂浓度和物理状态与病原菌灭活程度呈正相关。此外,系统温度、pH值、暴露时间、腐植酸含量、细菌附着环境、培养状态等环境因素对消毒剂的抗性也有影响。在适当范围内提高温度可以显著增加生物膜的厚度和致密性,从而提高对消毒剂的抗性。
随着广泛的消毒剂耐药性菌的出现,有必要通过开发新的消毒剂或替代品来替代现有广泛使用的消毒剂。抑制消毒剂耐药性和保护现有消毒剂和其他抗菌剂具有重要意义。
生物膜为细菌结合提供了理想的环境。然而,在基因交换过程中,细菌排列紧密,更有利于生物膜的形成。这降低了细菌对消毒剂的敏感性,并更方便地传播耐药性。在探索解决生物膜耐药性的方法时,发现有效使用益生菌作为抗菌剂的替代品是减少生物膜的有效手段。外排是多重耐药菌的重要自我保护机制,外排泵抑制剂的开发和应用也应受到重视。
对于实验动物兽医来说,选择合适的消毒剂并定期进行轮换、制定合理的清洁消毒流程,强化细节管理,监督流程的有效实施是确保动物设施良好卫生条件的关键。同时,我们也需要关注细菌对消毒剂的耐药性问题,科学合理的解释环境卫生监测的结果,根据需要制定消毒剂的轮换计划和卫生监测计划。
参考文献:
1. A D Russell etc. Bacterial resistance to disinfectants: present knowledge and future problems, 2009
2. Chaoyu Tong etc. Disinfectant resistance in bacteria: Mechanisms, spread, and resolution strategies, Environmental Research, 2021
3. Effects of Biocides on antibiotic resistance, Scientific Committees, Health and Consumers of the European Commission, 2009
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