Gli agenti antimicrobici di vario tipo sono in uso da oltre 100 anni. Tra gli esempi vi sono gli antibiotici per animali, piante e/o persone, gli igienizzanti e i disinfettanti usati per le superfici dure e i disinfettanti usati per le mani e la pelle. Gli isolati microbici hanno mostrato un livello di resistenza ad alcuni di questi agenti antimicrobici, creando una legittima preoccupazione per lo sviluppo di tale resistenza ai biocidi attraverso il loro normale utilizzo. Mentre la resistenza agli antibiotici è ben descritta, la tolleranza ai sanificanti e ai disinfettanti è meno conosciuta. In questo articolo spiegheremo la differenza tra resistenza agli antibiotici e ai disinfettanti e il loro impatto sulle prestazioni.
Differenze tra resistenza agli antibiotici e ai disinfettanti
Nei media, e in misura minore in altra letteratura, si fa poca distinzione tra le resistenze a diverse classi di agenti antimicrobici, contribuendo all'ambiguità sul fatto che la resistenza a un agente sia collegata alla resistenza ad altri agenti. Molti pensano che la resistenza agli antibiotici sia la stessa di quella ai disinfettanti e che una soluzione che affronti la resistenza a un antimicrobico funzionerà anche per gli altri. A differenza degli antibiotici, i problemi di resistenza ai disinfettanti si verificano molto meno frequentemente, poiché i due agenti agiscono con meccanismi diversi. Mentre gli antibiotici agiscono in modo specifico su alcuni processi biologici del metabolismo dei batteri, i disinfettanti agiscono in modo non specifico sulle intere strutture biologiche della cellula. Non sorprende quindi che i batteri possano modificare questi siti specifici di attacco (da parte degli antibiotici) subendo mutazioni. Tuttavia, le cellule batteriche sono molto meno capaci di adattarsi e proteggersi dall'attacco dei disinfettanti.
Cosa provoca la tolleranza antibatterica e come si manifesta
Anche se gli adattamenti dei microbi ai disinfettanti sono meno ben descritti, sono noti alcuni meccanismi che consentono una certa tolleranza. Tuttavia, è necessario distinguere tra resistenza e tolleranza. La tolleranza è spesso un livello inferiore di insensibilità e raramente è completa. Questo basso livello di insensibilità si distingue dalla resistenza, che è un livello elevato di insensibilità e può essere quasi un'immunità a un antimicrobico.
- La resistenza acquisita è spesso ottenuta tramite mutazioni genetiche o l'acquisizione di geni che codificano la tolleranza da altri organismi attraverso il trasferimento genico orizzontale. Può anche essere il risultato di una risposta allo stress, come la produzione di biofilm.
- Un biofilm è una comunità di microrganismi associati a una superficie e racchiusi in sostanze polimeriche extracellulari (EPS). I biofilm possono formarsi in ambienti diversi e, di conseguenza, all'interno di una matrice di biofilm si possono trovare materiali non cellulari come terra e cristalli minerali. I batteri nei biofilm sono fenotipicamente e geneticamente diversi e sono più difficili da uccidere rispetto alle loro controparti planctoniche perché l'EPS limita il contatto diretto tra le cellule microbiche nei biofilm e gli antimicrobici. Le cellule persistenti sono una sottopopolazione fenotipicamente diversa di cellule nei biofilm che sono più tolleranti agli antimicrobici. Una volta rimossi dal biofilm e dall'EPS protettivo, la maggior parte dei batteri è sensibile come gli altri organismi che non facevano parte del biofilm.
- Le pompe di efflusso sono in grado di spostare una serie di diversi composti tossici fuori dalle cellule e di accordare direttamente ai batteri una maggiore tolleranza agli antimicrobici attraverso l'estrusione nell'ambiente esterno di sanificanti o disinfettanti che si sono diffusi nella cellula. In genere migliorano anche la tolleranza agli antimicrobici favorendo la formazione di biofilm.
- La resistenza genotipica è una forma di resistenza codificata da geni specifici. Tali geni di resistenza possono nascere tramite mutazione durante la mitosi (un processo di duplicazione cellulare) e possono codificare un sistema in grado di ridurre l'efficacia di un antimicrobico (ad esempio, le pompe di efflusso).
La diversa tolleranza dei microbi ai disinfettanti dipende da diversi fattori. Ad esempio, la diversa struttura della cellula batterica può portare a una diversa sensibilità agli antimicrobici. Inoltre, ci sono batteri che hanno la capacità di formare spore (ad esempio, il Clostridioides difficile). Questo stato di spora conferisce ai microrganismi una maggiore resistenza a determinate sostanze chimiche o influenze ambientali (come le alte temperature).
Tolleranza ai disinfettanti e ai sanificanti: influisce sulle prestazioni di tali prodotti?
Per tutti gli antimicrobici, la concentrazione in uso gioca un ruolo importante nel rischio di sviluppare resistenza o tolleranza all'antimicrobico. Gli antimicrobici rappresentano una pressione selettiva sui microrganismi. Quando i microrganismi sono esposti a una dose elevata di antimicrobici (esposizione acuta), tendono ad avere una probabilità molto più bassa di sviluppare resistenza o tolleranza. Al contrario, l'esposizione cronica a bassi livelli di antimicrobici rappresenta un rischio più elevato di resistenza, poiché una pressione selettiva così bassa ma prolungata consente ai microrganismi di sviluppare meccanismi specifici di resistenza e tolleranza (Donaghy, 2019) (Kampf, 2019) (Weber, 2006).
Esistono differenze nei principi attivi dei disinfettanti?
Cloruro di ammonio quaternario (Quat): La tolleranza al quat è stata relativamente ben caratterizzata. A livelli superiori alla concentrazione minima inibitoria (MIC - livello minimo di biocida necessario per l'attività antimicrobica), i quat alterano le membrane cellulari. Quando i quat sono utilizzati a concentrazioni inferiori alla MIC, la modalità d'azione è complicata e comprende sempre processi multipli come la modifica delle membrane cellulari, l'iperespressione di pompe di efflusso o l'acquisizione di geni di efflusso specifici per i quat. Sebbene molti meccanismi di efflusso che possono fornire tolleranza al quat possano anche fornire resistenza agli antibiotici, non è chiaro se esista una relazione causale in cui l'uso del quat porti alla resistenza agli antibiotici o viceversa. Non sorprende che esistano diversi geni di tolleranza al quat e che questi geni siano ampiamente diffusi e relativamente comuni. Tuttavia, l'impatto di tali geni sulla tolleranza fenotipica non è chiaro. Non è nemmeno chiaro l'impatto dei geni di tolleranza al quat sui livelli subletali di quat. In generale, i geni di tolleranza non sembrano avere alcun impatto sulla tolleranza ai livelli d'uso raccomandati di sanificanti e disinfettanti a base di quat.
Gli ossidanti (cloro, acido peracetico, perossido di idrogeno) agiscono come denaturanti delle proteine reagendo con i gruppi tiolici e amminici e danneggiando di conseguenza le strutture cellulari, tra cui la parete cellulare, le membrane e gli acidi nucleici.
Poiché gli ossidanti colpiscono indistintamente quasi tutte le strutture cellulari, la resistenza attraverso geni e processi cellulari specifici non è prevista e non è stata dimostrata in letteratura. Tuttavia, i batteri possono avere una ridotta suscettibilità allo stress ossidativo formando un biofilm o un'altra tolleranza fenotipica. I microrganismi che formano biofilm producono sostanze polimeriche extracellulari che annullano gli effetti degli ossidanti. Pertanto, per uccidere i microrganismi nei biofilm è solitamente necessaria una concentrazione più elevata di agente ossidante. Alcuni microrganismi producono l'enzima catalasi, che converte il perossido di idrogeno in ossigeno e acqua e può fornire una resistenza intrinseca a livelli molto bassi di H202. Tuttavia, la maggior parte dei disinfettanti e dei sanificanti utilizza il perossido a un livello tale da superare l'inattivazione da parte della catalasi.
L'efficacia dell'alcol nell'uccidere i batteri vegetativi è dovuta principalmente alla denaturazione delle proteine, con soluzioni al 60-80% di alcol tipicamente raccomandate (OMS, 2009). Tuttavia, le soluzioni alcoliche non sono agenti antimicrobici efficaci contro le spore batteriche (OMS, 2009) (Boyce, 2018). Un recente studio di Pidot (2018) ha dimostrato una gamma variabile di efficacia (10 volte) dell'alcol contro diversi isolati di Enterococcus faecium, suggerendo la possibilità che esistano meccanismi di tolleranza o resistenza. Tuttavia, questo studio è stato condotto utilizzando una soluzione al 23% di isopropanolo, che è significativamente al di sotto del livello di alcol che abbiamo appena discusso, quindi il significato clinico del risultato è incerto. Quando invece sono state utilizzate le soluzioni standard di alcol al 70%, l'efficacia è stata conforme alle aspettative e coerente tra i vari isolati. Uno studio di Tinajero (2019) non ha rilevato differenze nella suscettibilità all'alcol tra gli isolati di Enterococcus faecium dopo l'adozione a livello ospedaliero di sfregamenti per le mani a base di alcol.
I disinfettanti per superfici contenenti alcol sono in genere formulati con altri ingredienti per migliorare l'efficacia e diminuire l'adsorbimento ai terreni (Boyce, 2018). I disinfettanti a base di alcol sono scarsi detergenti, evaporano rapidamente e sono spesso infiammabili, il che li rende una scelta inferiore per la disinfezione generale delle superfici (Boyce, 2018). La loro efficacia biocida è notoriamente compromessa dalla presenza di terreni, soprattutto quelli a base di proteine (Boyce, 2018) (OMS, 2009). Utilizzando un disinfettante a base di alcol, ci si aspetterebbe una pre-pulizia delle superfici, che di per sé avrebbe un impatto sul livello di microrganismi rimasti sulla superficie. Pertanto, non è certo che i risultati di Pidot (2018) abbiano un significato pratico per l'igiene delle mani o la disinfezione delle superfici.
Conclusione - Sulla base della letteratura attuale:
Negli ultimi anni, diversi studi pubblicati hanno dimostrato che i batteri possono sviluppare resistenza non solo agli antibiotici, ma anche tolleranze ai disinfettanti e ai sanificanti. Tuttavia, le pubblicazioni collegano questo fenomeno principalmente al QUAT come ingrediente attivo e all'esposizione subletale a lungo termine, che non è utilizzata nella pratica. Inoltre, i biofilm devono essere considerati in modo specifico per i motivi illustrati in questo articolo. In ogni caso, sono necessarie ulteriori ricerche in queste aree.
Riferimenti:
- Boyce JM. Gli alcoli come disinfettanti di superficie nelle strutture sanitarie. Infect Cont and Hosp Epidemiol, 2018; 39 (3): 323-328.
- Donaghy JA, Balamurugan J, Goodburn K, Grunwald L, Jensen AJ, Kanagachandran K, LaFforgue H, Seefelder W, Quentin MC. Relazione tra sanificanti, disinfettanti e detergenti e resistenza antimicrobica. J Food Prot. 2019; 82(5): 889-902.
- Kampf G. La risposta batterica adattativa all'esposizione a basso livello di clorexidina e le sue implicazioni per l'igiene delle mani. Microbial Cell. 2019; 6(7): 307-320.
- Pidot SJ, Gao W, Buultjens AH, Monk IR, Guerillot R, Carter GP, et. al. Aumento della tolleranza dell'Enterococcus faecium ospedaliero agli alcoli per il lavaggio delle mani. Science Translational Medicine. 2018; 10: eaar6115.
- Tinajero CG, Bobadilla-Del Valle M, Alvarez JA, Mosqueda JL, De Leon AP, Macias AE. Sensibilità dell'Enterococcus faecium resistente alla vancomicina all'alcol isopropilico prima e dopo l'implementazione dello sfregamento alcolico delle mani in un ospedale. Am J of Infect Cont. 2019; 47: e-27-29.
- Weber DJ, Rutala WA. Uso di germicidi in ambito domestico e sanitario: Esiste una relazione tra l'uso di germicidi e la resistenza agli antibiotici? Infect Cont and Hosp Epidemiol. 2006; 27(10): 1107-1119.
- Organizzazione Mondiale della Sanità. Linee guida dell'OMS sull'igiene delle mani nell'assistenza sanitaria. OMS Press. 2009; Ginevra, Svizzera.