Снижение бактериальной обсемененности больничных поверхностей (часть 5)

Обсуждение результатов

В настоящей работе была изучена эффективность пробиотического санитарного раствора для твердых поверхностей в лабораторных условиях контролируемого загрязнения и в реальной обстановке больницы, послужившей экспериментальной площадкой для нашего исследования. Исследование базировалось на гипотезе о том, что пробиотические бактерии (которые определяются как живые микроорганизмы, благоприятно воздействующие на здоровье принимающего их человека [24]) способны колонизировать поверхности и помешать размножению других видов бактерий [17], в том числе тех, что признаны потенциально патогенными для человека. Пробиотики широко используются для приема внутрь как пищевые добавки для изменения качественного и количественного состава кишечной флоры человека.Благодаря их способности стимулировать иммунную систему Bacillusspp используются как пробиотики разного назначения, например, в качестве диетических добавок к человеческой пище и кормам для животных [25]. В частности, Bacillussubtilis признаны безопасными для потребления человеком [26,27] в вегетативной и споровой формах [28], в связи с чем появляется все больше данных и растет интерес к использованию этого непатогенного микроорганизма в приготовлении пищи [29].

Весьма многообещающую стратегию, основанную на использовании пробиотиков в качестве пищевых добавок, можно было бы распространить на новую сферу применения: эти бактерии могли бы участвовать в колонизации неживых поверхностей, чтобы минимизировать количество и помешать размножению штаммов других бактерий, потенциально патогенных для человека. В этом смысле процедура пробиотической санитарной обработки твердых поверхностей, предположительно, могла бы сыграть свою роль в контроле ИСМП, которые являются самыми распространенными осложнениями в медицинских учреждениях [1] и часто развиваются от прямого или опосредованного контакта с поверхностями, зараженными патогенами.

Доказательствами принципиальной возможности применения этой стратегии стали результаты исследований по контролируемому загрязнению, в которых были использованы коммерчески доступные штаммы таких патогенных бактерий, как Escherichiacoli, Pseudomonasaeruginosaи Staphylococcusaureus. Исследования в экспериментальных условиях показали, что пробиотический раствор обеспечивает значительное сокращение популяций патогенных микроорганизмов, используемых в качестве контроля, что свидетельствует о потенциальной применимости этого метода в реальных условиях. В качестве экспериментальной площадки для изучения данного вопроса в реальной обстановке была выбрана Университетская больница Св. Анны в Ферраре. Наблюдения за результатами применения пробиотического раствора показывают, что со временем он обеспечивает гораздо более выраженный эффект в виде сокращения патогенной обсемененностии поддержания ее на низком уровне, чем химический дезинфектант, на всех тестируемых поверхностях. Уменьшение патогенной обсемененности, наблюдаемое в случае пробиотической обработки, вероятно, обусловлено биостабилизацией в соответствии с принципом конкурентного исключения (законом Гаузе) [18,30], а также другими механизмами, связанными с естественной антимикробной активностью, которая была продемонстрирована в ряде исследований invitro [31–33] и недавно выделенным и описанным штаммом Bacillus, обладающим широким спектром активности по ингибированию роста биопленки [34].

Мы осознаем некоторую ограниченность данного исследования в том, что касается анализа реальных механизмов и динамики изучаемых процессов, который не является целью исследования. Следует отметить, что, как упоминалось выше, один из самых известных эффектов пробиотиков связан с принципом конкурентного исключения [35], согласно которому определенный бактериальный штамм получает преимущество перед другими штаммами, конкурирующими за одни и те же ресурсы. Впрочем, этот эффект может усиливаться за счет действия ряда других механизмов, таких как чувство кворума/подавление чувства кворума [36] или синтез полифункциональных молекул, известных как биосурфактанты, обладающие антагонистическими антиадгезионными свойствами против микробных патогенов [37,38]. Один из самых представительных биосурфактантов — сурфактин, продуцент Bacillussubtilis, который является поверхностно-активным липопептидом, относящимся к внеклеточным полимерным веществам (EPS) [39], демонстрирующим потенциальную антимикробную активность [40]. Кроме того, формирование биопленки и антимикробная активность Bacillussubtilis связны и с другими конкурентными процессами: каннибализмом ихищничеством, соответственно [41-44].

Предлагаемая пробиотическая очистка, в отличие от традиционных химических процедур санитарной обработки, постепенно снизила микробное заражение, причем этот эффект закрепился через 8–12 недель после первого применения. Представленные данные свидетельствуют о длительном эффекте пробиотической процедуры, достигаемом за счет воздействия на источники питания, доступные для развития микроорганизмов, или, что более вероятно, за счет формирования антипатогенных биопленок на неживых поверхностях.
При использовании традиционного химического дезинфектанта потенциально патогенная микробная обсемененностьв течение 7 часов резко повышалась, и в результате показатель КОЕ/см² возрастал в два или три раза. Напротив, в течение следующих 24 часов после применения пробиотического раствора увеличение микробной обсемененностибыло незначительным. Это наблюдение говорит о том, что пробиотический раствор продемонстрировал долгосрочный стабилизирующий эффект, который существенно снизил риск возникновения пиков патогенной обсемененности в периоды между двумя соседними по времени применениями, а это является одной из самых серьезных проблем, часто встречающихся при дезинфекции с помощью химических растворов.

Настоящее исследование указывает на необходимость осторожного использования микробиологических проб с поверхностей при мониторинге ОМЧ для оценки заражения окружающей среды из-за разнообразной микробной обсемененности, особенно при использовании химических дезинфектантов. Взятие поверхностных проб для оценки эффективности дезинфицирующего средства должно проводиться в течение 30 минут после его применения, однако этот метод не подходит для определения «среднего» за день заражения поверхностей. Напротив, в случае пробиотической обработки подсчет КОЕ/см², направленный на оценку количества конкретного бактериального штамма, позволяет получить с научной точки зрения более содержательный показатель, чем дает подсчет ОМЧ, что связано с небольшой вариацией микробной обсемененности в течение дня.

Об использовании бактерий для санитарной обработки можно спорить, хотя конечной целью самой этой обработки является не просто уменьшение количества микроорганизмов «вообще», а контроль или ограничение развития потенциально патогенных штаммов, допускающие присутствие микроорганизмов, безвредных для человека. Действительно, если говорить о риске, связанном с использованием пробиотических средств в помещениях (или в больничной среде), первостепенное значение должен иметь строгий отбор штаммов. Следует отметить, что многие пробиотические штаммы считаются безопасными для использования человеком [26,45,46], а Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) относит их к классу общепризнанно безопасных (GRAS) микроорганизмов. Кроме того, с 2007 года Европейское агентство по безопасности продуктов питания включило Bacillussubtilis в перечень микроорганизмов, имеющих статус квалифицированной презумпции безопасности (QPS) [47,48]. Тем не менее мы отдаем себе отчет, что оценки безопасности, включая устойчивость к антибиотикам и трансферабельность, генетическую стабильность и токсичность, остаются важными вопросами, дискуссии вокруг которых продолжаются даже в отношении тех пробиотиков, которые уже признаны пригодными для потребления как здоровыми, так и больными людьми [49].

По этим причинам, когда речь идет об учреждениях здравоохранения, принимающих пациентов
с нарушениями иммунной системы, абсолютным приоритетом должны быть обязательное наличие
и доступность надлежащих достоверных данных о безопасности и токсичности используемых штаммов.
С другой стороны, главная опасность современных процедур химической дезинфекции и используемых в них веществ связана с возобновлением роста микроорганизмов/повторным заражением, которые приводят
к колебаниям бактериальной обсемененности, что потенциально подвергает пациентов, находящихся
в больничных палатах, риску серьезных осложнений из-за ИСМП. Примечательно, что эта ситуация дает основания утверждать, что замена таких патогенных штаммов на пробиотические (как известно, более безопасные) штаммы должна привести к снижению риска развития ИСМП у пациентов.

Настоящее исследование продемонстрировало, что стратегия пробиотической санитарной обработки обеспечивает эффективное и долгосрочное снижение количества патогенов как в условиях контролируемого загрязнения, так и в больничной обстановке. Полученные нами данные показали следующее: i) процедура санитарной обработки на основе пробиотиков значительно (до 80%) эффективнее для уменьшения потенциально патогенной микробной обсемененности, чем традиционное химическое хлорсодержащее дезинфицирующее средство; ii) пониженная микробная обсемененностьоставалась стабильно низкой
в течение 24 часов после применения пробиотического продукта, несмотря на присутствие постоянных
и множественных источников повторного микробного заражения/обсеменения, обусловленного таким естественными внешними факторами, как пациенты, посетители, больничный персонал и перемещение материалов.

Вместе с тем, необходимы дальнейшие исследования, с тем чтобы выработать новые стандарты мониторинга гигиены, а также лучше понять механизмы, лежащие в основе этого метода пробиотической санитарной обработки. Одних только пробиотиков, находящихся в окружающей среде, может оказаться недостаточно для контроля всех видов микробов, к тому же обычные процедуры химической очистки могут помешать действию пробиотиков [15]. Кроме того, предстоит еще ответить на вопрос о том, связана ли стратегия пробиотической санитарной обработки твердых поверхностей в больницах с числом ИСМП, какова эта связь и насколько она сильна.

Выводы

В заключение следует сказать, что предлагаемая стратегия на основе новой системы PCHS доказывает принципиальную возможность применения стратегии биостабилизации и подтверждает, что пробиотические продукты являются надежной альтернативой традиционной химической дезинфекции внутрибольничных поверхностей, особенно тех, которые прямо или опосредованно контактируют с пациентами. Вместе с тем, данный метод не предполагается использовать для обработки помещений, где требуются очень низкие показатели ОМЧ, таких как операционные, инфекционные палаты, чистая комната и т.д. В будущем авторы намерены выявить корреляцию между эффективностью данной пробиотической процедуры очистки
и уменьшением числа нозокомиальных инфекций.

Наконец, чтобы оценить восприимчивость или устойчивость штаммов Bacillusк антибиотикам, было проведено исследование с использованием анализа антибиограмм для колоний Bacillusspp. с однотипных поверхностей (например, с пола), мониторинг которых осуществлялся в рамках натурных испытаний. Первые результаты показывают, что изолированные штаммы Bacillusspp. восприимчивы ко всем протестированным антибиотикам, кроме пенициллина, по отношению к которому Bacillussp обладают естественной устойчивостью; на это указывают и антибиограммы, построенные для коммерчески доступного штамма ATCC. В настоящей статье эти предварительные данные не представлены, однако они войдут
в будущее исследование, где также будут рассмотрены новые результаты, полученные с помощью молекулярных методов анализа (т.е. количественной ПЦР) для оценки факторов резистентности.

Благодарности

Авторы благодарят компанию COPMAScrl за финансирование исследования, а также советы директоров
и Комиссию по этике больницы, участвовавшей в данном исследовании.

Список литературы

1. SiegelJD, RhinehartE, JacksonM, ChiarelloL, HealthCareInfectionControlPracticesAdvisoryCommittee (2007) 2007 Guideline for isolation precautions: preventing transmission of infectious agents in health care settings. Am J Infect Control 35(10 Suppl 2): S65-S164.

2. Lanini S, Jarvis WR, Nicastri E, Privitera G, Gesu G, et al. (2009) Healthcare-associated infection in Italy: annual point-prence surveys, 2002-2004. Infect Control Hosp Epidemiol 30(7): 659-665.

3. European Centre for Disease Prevention and Control (ECDC) (2013) Point prence survey of healthcare-associated infections and antimicrobial use in European acute care hospitals 2011-2012.

4. Hota B (2004) Contamination, disinfection, and cross-colonization: are hospital surfaces reservoirs for nosocomial infection? Clin Infect Dis 39(8): 1182-1189.

5. Rutala WA, Weber DJ (2005) The benefits of surface disinfection. Am J Infect Control 33(7): 434-435.

6. Dettenkofer M, Spencer RC (2007) Importance of environmental decontamination-a critical view. J Hosp Infect 65(Suppl 2): 55-57.

7. Daschner FD, Schuster A, Dettenkofer M, Kummerer K (2004) No routine surface disinfection. Am J Infect Control 32(8): 513-515.

8. Rutala WA (1996) APIC guideline for ion and use of disinfectants. 1994, 1995, and 1996 APIC Guidelines Committee. Association for Professionals in Infection Control and Epidemiology, Inc. Am J Infect Control 24(4): 313-342.

9. Sehulster L, Chinn RY, CDC, HICPAC (2003) Guidelines for environmental infection control in health-care facilities. Recommendations of CDC and the Healthcare Infection Control Practices Advisory Committee (HICPAC). MMWR Recomm Rep 52(RR-10): 1-42.

10. Mangram AJ, Horan TC, Pearson ML, Silver LC, Jarvis WR (1999) Guideline for Prevention of Surgical Site Infection, 1999. Centers for Disease Control and Prevention (CDC) Hospital Infection Control Practices Advisory Committee. Am J Infect Control 27(2): 97-132.

11. Frabetti A, Vandini A, Balboni P, Triolo F, Mazzacane S (2009) Experimental uation of the efficacy of sanitation procedures in operating rooms. Am J Infect Control 37(8): 658-664.

12. McDonnell G, Russell AD (1999) Antiseptics and disinfectants: activity, action, and resistance. Clin Microbiol Rev 12(1): 147-179.

13. Aiello AE, Larson E (2003) Antibacterial cleaning and hygiene products as an emerging risk factor for antibiotic resistance in the community. Lancet Infect Dis 3(8): 501-506.

14. Russell AD (2003) Biocide use and antibiotic resistance: the relevance of laboratory findings to clinical and environmental situations. Lancet Infect. Dis 3(12): 794-803.

15. Liguori G, Bagattini M, Galle F, Quartucci V, Di Onofrio V, et al. (2009) Microbiological uation of the efficacy of two new biodetergents on multidrug-resistant nosocomial pathogens. Ann Clin Microbiol Antimicrob 8: 35.

16. Liguori G, Bagattini M, Galle F, Negrone M, Di Onofrio V, et al. (2010) Automated cleaning of fan coil units with a natural detergent-disinfectant product. Ann Clin Microbiol Antimicrob 9: 29.

17. Falagas ME, Makris GC (2009) Probiotic bacteria and biosurfactants for nosocomial infection control: a hypothesis. J Hosp Infect 71(4): 301-306.

18. Hardin G (1960) The competitive exclusion principle. Science 131(3409): 1292-1297.

19. Gatesoupe FJ (1999) The use of probiotics in aquaculture. Aquaculture. 180(1-2): 147-165.

20. Temmerman R, Vervaeren H, Noseda B, Boon N, Verstraete W (2007) Inhibition of Legionella pneumophila by Bacillus sp. Eng Life Sci 7(5): 497-503.

21. Hoben HJ, Somasegaran P (1982) Comparison of the pour, spread, and drop plate methods for enumeration of Rhizobium spp. in inoculants made from presterilized peat. Appl Environ Microbiol 44(5): 1246- 1247.

22. Pitzurra M, Savino A, Pasquarella C (1997) [Microbiological environment monitoring (MEM)]. Ann Ig 9(6): 439-454.

23. Hirano SS, Nordheim EV, Arny DC, Upper CD (1982) Lognormal distribution of epiphytic bacterial populations on leaf surfaces. Appl Environ Microbiol 44(3): 695-700.

24. Schrezenmeir J, de Vrese M (2001) Probiotics, prebiotics, and synbiotics--approaching a definition. Am J Clin Nutr 73(2 Suppl): 361S-364S.

25. Duc le H, Hong HA, Fairweather N, Ricca E, Cutting SM (2003) Bacterial spores as vaccine vehicles. Infect Immun 71(5): 2810-2818.

26. Sorokulova IB, Pinchuk IV, Denayrolles M, Osipova IG, Huang JM, et al. (2008) The safety of two Bacillus probiotic strains for human use. Dig Dis Sci 53(4): 954-963.

27. Duc le H, Hong HA, Barbosa TM, Henriques AO, Cutting SM (2004) Characterization of Bacillus probiotics available for human use. Appl Environ Microbiol 70(4): 2161-2171.

28. Hong HA, Duc le H, Cutting SM (2005) The use of bacterial spore formers as probiotics. FEMS Microbiol Rev 29(4): 813-835.

29. Hong HA, Huang JM, Khaneja R, Hiep LV, Urdaci MC, et al. (2008) The safety of Bacillus subtilis and Bacillus indicus as food probiotics. J Appl Microbiol 105(2): 510-520.

30. La Ragione RM, Woodward MJ (2003) Competitive exclusion by Bacillus subtilis spores of Salmonella enterica serotype Enteritidis and Clostridium perfringens in young chickens. Vet Microbiol 94(3): 245- 256.

31. Balcazar JL, Rojas-Luna T (2007) Inhibitory activity of probiotic Bacillus subtilis UTM 126 against vibrio species confers protection against vibriosis in juvenile shrimp (Litopenaeus vannamei). Curr Microbiol 55(5): 409-412.

32. Ravi AV, Musthafa KS, Jegathammbal G, Kathiresan K, Pandian SK (2007) Screening and uation of probiotics as a biocontrol agent against pathogenic Vibrios in marine aquaculture. Lett Appl Microbiol 45(2): 219-223.

33. Nakayama T, Lu H, Nomura N (2009) Inhibitory effects of Bacillus probionts on growth and toxin production of Vibrio harveyi pathogens of shrimp. Lett Appl Microbiol 49(6): 679-684.

34. Wu Z, Ye C, Guo F, Zhang S, Yu X (2013) Evidence for broad-spectrum biofilm inhibition by the bacterium Bacillus sp. strain SW9. Appl Environ Microbiol 79(5): 1735-1738.

35. Mountzouris KC, Balaskas C, Xanthakos I, Tzivinikou A, Fegeros K (2009) Effects of a multi-species probiotic on biomarkers of competitive exclusion efficacy in broilers challenged with Salmonella enteritidis. Br Poult Sci 50(4): 467-478.

36. Zhu J, Kaufmann GF (2013) Quo vadis quorum quenching? Curr Opin Pharmacol 13(5): 688-698.

37. Servin AL (2004) Antagonistic activities of lactobacilli and bifidobacteria against microbial pathogens. FEMS Microbiol Rev 28(4): 405-440.

38. Rivardo F, Turner RJ, Allegrone G, Ceri H, Martinotti MG (2009) Anti-adhesion activity of two biosurfactants produced by Bacillus spp. prevents biofilm formation of human bacterial pathogens. Appl Microbiol Biotechnol 83(3): 541-553.

39. Flemming HC, Neu TR, Wozniak DJ (2007) The EPS matrix: the “house of biofilm cells”. J Bacteriol 189(22): 7945-7947.

40. Gonzalez DJ, Haste NM, Hollands A, Fleming TC, Hamby M, et al. (2011) Microbial competition between Bacillus subtilis and Staphylococcus aureus monitored by imaging mass spectrometry. Microbiology 157(Pt 9): 2485-2492.

41. Gonzalez-Pastor JE, Hobbs EC, Losick R (2003) Cannibalism by sporulating bacteria. Science 301(5632): 510-513.

42. Gonzalez-Pastor JE (2011) Cannibalism: a social beh

avior in sporulating Bacillus subtilis. FEMS Microbiol Rev 35(3): 415-424.

43. Lopez D, Vlamakis H, Losick R, Kolter R (2009) Cannibalism enhances biofilm development in Bacillus subtilis. Mol Microbiol 74(3): 609-618.

44. Nandy SK, Bapat PM, Venkatesh KV (2007) Sporulating bacteria prefers predation to cannibalism in mixed cultures. FEBS Lett 581(1): 151-156.