Элизабетта Казелли*/Elisabetta Caselli*
CIAS, секция микробиологии, факультет медицинских наук, Университет Феррары, via L. Borsari 46, 44121 Феррара, Италия.
Резюме
Инфекции, связанные с оказанием медицинской помощи (ИСМП), представляют собой глобальную проблему, затрагивая все западные больницы и, как предполагается, ухудшая клинический исход до 15 % всех госпитализированных пациентов. Предполагается, что постоянная микробная контаминация больничных поверхностей способствует возникновению HAIs, представляя собой резервуар для больничных патогенов. С другой стороны, традиционная санитарная обработка с использованием химических средств не предотвращает повторного заражения и может привести к выделению лекарственно-устойчивых штаммов, в результате чего более 50% поверхностей остаются контаминированными. Поэтому существует острая необходимость в альтернативных устойчивых и эффективных способах борьбы с загрязнением и передачей патогенов. Для достижения этой цели мы недавно сообщили, что санитарная обработка на основе пробиотиков может стабильно снижать количество патогенов на поверхностях на 90 % по сравнению с обычными дезинфицирующими средствами, не вызывая отбора устойчивых видов. В данной статье обобщены некоторые из наших наиболее значимых результатов.
Попытка обеспечить здоровую окружающую среду во время пребывания в больнице представляет собой важную цель устойчивого развития последних лет в попытке противостоять глобальной проблеме внутрибольничных инфекций.
Такие инфекции поражают до 15 % всех госпитализированных пациентов в странах с высоким уровнем дохода (Allegranzi et al., 2011; Cookson et al., 2013; Suetens et al., 2013) и занимают четвертое место по числу жертв в США (Pharmaceutical, 2015).
Просто в силу своих болезней больничные пациенты предрасположены к заражению и распространению инфекций, а больничные поверхности могут быть резервуаром для соответствующих патогенов.
Получено 2 июня 2017 г.; принято 2 июня 2017 г.
* Для корреспонденции. E-mail csb@unife.it; Тел. +39 0532 455387; Факс +39 0532 974470.
Microbial Biotechnology (2017) 10(5), 1079–1083 doi:10.1111/1751-7915.12755
Информация о финансировании
Информация о финансировании не предоставлена.
Фактически, загрязненные поверхности больниц все чаще признаются важным фактором в приобретении инфекций, связанных с госпитализацией (healthcare-associated infections, HAIs).
До сих пор борьба с поверхностным загрязнением велась почти исключительно с помощью химических реагентов, которые оказывают значительное воздействие на окружающую среду (Kummerer, 2001) и имеют существенные недостатки.
Во-первых, хотя дезинфицирующие средства могут быть эффективны для немедленного уничтожения патогенов на поверхностях, они неэффективны для предотвращения явлений реконтаминации, происходящих в течение 30 минут, которые в конечном итоге ответственны за персистенцию патогенов. В соответствии с этим наблюдением, несколько исследований показали, что по меньшей мере половина больничных поверхностей недостаточно обеззараживается с помощью химических гермицидов (Carling et al., 2008; Good- man et al., 2008). Многие патогенные микроорганизмы сохраняются в течение длительного времени на носочно- минеральных поверхностях с высокой, средней или низкой степенью соприкосновения (Hota, 2004; Kramer et al., 2006; Boyce et al., 2011; Huslage et al., 2013). Стафилококки, включая метициллин-устойчивый золотистый стафилококк (MRSA), ванкомицин-устойчивый энтерококк (VRE), Pseudomonas spp., Acinetobacter spp. и даже вирусы (например, норо-вирус), сохраняют свою инфекционность на сухих неживых поверхностях от нескольких дней до нескольких месяцев (Weber and Rutala, 1997; Kramer et al., 2006; Boyce, 2007; Weber et al., 2010). Споры Clostridium difficile действительно сохраняются в течение семи-семи месяцев на поверхностях окружающей среды и загрязняют около 75 % помещений, в которых находятся инфицированные пациенты (Weber et al., 2010).
Во-вторых, дезинфицирующие средства могут селектировать устойчивые штаммы микроорганизмов к самому дезинфицирующему средству (Bock et al., 2016), а также, что более важно, к антибиотикам, как недавно сообщалось в случае индукции хлоргексидином устойчивости к колистину (Wand et al., 2017), антибиотику, который до 2016 года считался препаратом последней надежды для лечения инфекций, вызванных грамотрицательными бактериями с множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ).
Потенциальная индукция антибиотикорезистентности - крайне нежелательный побочный эффект химической очистки, поскольку в последние десятилетия наблюдается постоянный и быстрый рост МЛУ патогенов, и значительная часть случаев инфицирования ВИЧ вызвана МЛУ бактериями (Caini et al., 2013; Cornejo-Juarez et al., 2015), что ставит под угрозу исход все более широкого спектра инфекций.
Таким образом, в совокупности эти данные свидетельствуют о том, что химическая санитария, хотя и преследует благие цели, не может гарантировать действительно здоровую среду для пациентов, поскольку она, по-видимому, не способна обеспечить безопасность окружающей среды и даже может повысить лекарственную устойчивость бактерий.
Для борьбы с загрязнением поверхностей были предложены альтернативные химическим дезинфицирующим средствам методы, включая использование «самодезинфицирующихся» поверхностей, основанных на применении тяжелых металлов (серебра, меди), импрегнированных гермицидами материалов или активируемых светом антимикробных покрытий (Carling and Bartley, 2010; Dancer, 2011; Davies et al., 2011; Rutala and Weber, 2011, 2013; Otter et al., 2013). Однако эти методы очень дороги и не подходят для всех типов поверхностей и условий, в том числе в странах с низким уровнем дохода.
Исходя из этих наблюдений, существует острая необходимость в поиске устойчивых эффективных альтернатив использованию обычных гермицидов.
В попытке свести к минимуму инфекционный риск для пациентов, находящихся в стационаре, а также избежать повышения лекарственной устойчивости и воздействия на окружающую среду, санитария больничных поверхностей была недавно переосмыслена, в попытке управлять «здоровьем» больничной среды, как здоровьем человеческого организма.
Этот подход, вдохновленный данными проекта «Микробиом», предполагает, что вместо уничтожения всех патогенных микроорганизмов более эффективной мерой по снижению инфекций может стать замена патогенных микробов на полезные (Al-Ghalith and Knights, 2015; Pettigrew et al., 2016).
В действительности общепризнано, что полезные микробы важны для нашего здоровья и что их использование может быть эффективным в профилактике и лечении инфекционных заболеваний (Koenigsknecht and Young, 2013). Среди микроорганизмов, потенциально полезных для достижения этой цели, особый интерес представляют пробиотики, которые рассматриваются как полезные для нашего здоровья микробы, способные «заполнить пустоту», препятствуя колонизации патогенами (WHO, 2001; Hill et al., 2014). В частности, было доказано, что пробиотики эффективно снижают частоту возникновения различных нозокомиальных инфекций, включая диарею, некротизирующий энтероколит (Giamarellos- Bourboulis et al., 2009), инфекции верхних дыхательных путей (Banupriya et al., 2015) и инфекции у хирургических пациентов (Rayes et al., 2002, 2012; Som-macal et al., 2015).
Исходя из этого, мы уже несколько лет работаем над созданием санитарного подхода, основанного на добавлении спор пробиотиков, принадлежащих к роду Bacillus, в экологически чистые моющие средства. В этом исследовании рассматриваются некоторые из наших наиболее значимых результатов.
Бактерии рода Bacillus апатогенны (за исключением двух хорошо узнаваемых видов) (EFSA, 2010), повсеместно распространены (они присутствуют в почве, воде, овощах, а также в кишечнике человека) и имеют долгую историю безопасного использования в организме человека. Кроме того, бывшие споровые пробиотики - бактерии Bacillus - являются апатогенными (за исключением двух хорошо известных видов) (EFSA, 2010), повсеместно распространенными (они присутствуют в почве, воде, овощах, а также в кишечнике человека) и имеют долгую историю безопасного использования у людей. Кроме того, бывшие споры пробиотиков особенно подходят для добавления в моющие средства, поскольку споры сохраняют свою жизнеспособность в концентрированном моющем средстве, образуя вегетативные бактерии при разведении в воде и высеваются на поверхности.
Система, названная Probiotic Cleaning Hygiene System (PCHS) и включающая три вида Bacillus (B. subtilis, B. pumilus, B. megaterium), была протестирована в десяти различных больницах Италии и Бельгии, как путем одновременного сравнения палат, обработанных PCHS и обычными дезинфицирующими средствами, так и путем последовательного сравнения бионагрузки на поверхности до и после обработки в тех же палатах, обработанных последовательно с помощью обеих систем. Результаты, собранные за 4 года, показали, что PCHS стабильно снижает присутствие патогенов на обработанных поверхностях, примерно на 90 % больше, чем обычные моющие средства (Vandini et al., 2014; Caselli et al., 2016a) (рис. 1A). Этот эффект был связан с зародышеобразованием спор пробиотических бацилл, за которым последовало фактическое замещение патогенов бациллами PCHS, достигшее около 70 % от общей микробиоты поверхности через 1 месяц после применения (Caselli et al., 2016a). Важно отметить, что PCHS не выбрал ни одного лекарственно-устойчивого штамма, а, напротив, вызвал общее снижение всех генов антибиотикорезистентности остаточной микробиоты по сравнению с исходной (Caselli et al., 2016a) (рис. 1B).
Кроме того, пробиотические бациллы оказались генетически очень стабильными, так как не приобрели ни одного нового гена резистентности за 4 года непрерывного использования, несмотря на постоянный контакт с поверхностно-патогенными и лекарственно-устойчивыми соседями (Caselli et al., 2016a)
Наконец, благодаря ферментативной активности пробиотических бацилл, вырабатывающих эстеразы, липазы, глюкозидазы и фосфатазы (неопубликованные личные наблюдения), их добавление в моющие средства позволило отказаться от высоких концентраций химических моющих соединений в самих моющих средствах, что привело к созданию экологически устойчивых рецептур с низким воздействием на окружающую среду и низкой стоимостью.
Однако, поскольку одним из основных препятствий, до сих пор ограничивающих использование пробиотиков для санации больниц, является их теоретический инфекционный риск, мы хотели рассмотреть этот вопрос, так как в прошлом сообщалось о нескольких анекдотических случаях побочных эффектов (Logan, 1988), а систематических исследований по безопасности пробиотиков не хватает (Doron and Snydman, 2015).
Таким образом, мы осуществляли микробиологический надзор за Bacillus в медицинских учреждениях на постоянной основе с использованием PCHS в течение 4 лет, анализируя на наличие Bacillus все клинические образцы, полученные от госпитализированных пациентов. Было проанализировано более 32 000 клинических образцов, полученных от пациентов с HAIs и без них, и не было обнаружено ни одного положительного образца (Caselli et al., 2016b), даже с использованием высокочувствительных молекулярных методов (Caselli et al., 2016a,b), что позволяет предположить, что пробиотические бациллы не представляют инфекционного риска даже для особо восприимчивых госпитализированных пациентов.
Пробиотики как устойчивые дезинфицирующие средства 1081
Рис. 1. Влияние микробной очистки на основе пробиотиков на микробиоту, контаминирующую больничные поверхности.
A. Влияние PCHS на количество грамположительных (Staphylococcus spp.) и грамотрицательных (Enterobacteriaceae spp.) патогенов на обработанных поверхностях через 1, 2, 3, 4 месяца непрерывной санации PCHS (значения TO отличаются от значений, полученных при химической санации); результаты выражены как среднее количество КОЕ на м2
B. Влияние PCHS на R-гены всей остаточной микробиоты (резистома) после 1-4 месяцев санитарной обработки PCHS; результаты получены с помощью ПЦР-микрочипов и выражены в виде логарифмического изменения R-генов по сравнению со значениями, выявленными при ТО; приведены средние значения за 4 месяца ± SD.
В совокупности эти данные показывают,
что санитарная система, основанная на принципе конкурентного антагонизма между хорошими и плохими бактериями, может быть весьма эффективной для снижения и поддержания на стабильно низком уровне уровня опасных патогенов в больничной среде. Кроме того, отсутствие селекции
резистентных видов может способствовать снижению риска опасных и трудноизлечимых
инфекций у госпитализированных лиц. Наконец, стоимость
этой системы еще ниже, чем стоимость химических дезинфицирующих средств, что
делает ее пригодной для широкого применения без дополнительных затрат для медицинских структур и мгновенного обеззараживания..
Эта особенность может быть существенно улучшена и заслуживает будущих исследований. Кроме того, необходимо проверить, соответствует ли снижение количества поверхностно-устойчивых патогенов действительно уменьшенному числу развившихся HAI. С этой целью в настоящее время мы проводим 18-месячное многоцентровое исследование в семи итальянских больницах с участием около 19 000 пациентов, размещенных в структурах, обработанных PCHS (Caselli et al., 2016c), поскольку снижение инфекций у госпитализированных пациентов является основной целью этих исследований.
Мы убеждены, что при использовании микробиологических агентов постоянный мониторинг с помощью микробиологических и молекулярных анализов является обязательным, поскольку он может гарантировать как безопасность, так и оптимизацию эффективности процедуры микробиализации.
Однако, основываясь на собранных к настоящему времени данных, мы считаем, что пробиотические стратегии могут значительно продвинуть усилия по снижению инфекций в больницах и, вероятно, в других условиях (домашний уход, фермы по разведению и т.д.), тем самым значительно улучшая устойчивость здравоохранения.
Благодарности
Эта статья не была поддержана специальными фондами.
Учет интересов
У автора нет никаких интересов, о которых он мог бы заявить.
References
Al-Ghalith, G.A., and Knights, D. (2015) Bygiene: the New Paradigm of Bidirectional Hygiene. Yale J Biol Med 88:
359–365.
Allegranzi, B., Bagheri Nejad, S., Combescure, C., Graafmans, W., Attar, H., Donaldson, L., and Pittet, D. (2011) Burden of endemic health-care-associated infection in developing countries: systematic review and meta-analy- sis. Lancet 377: 228–241.
Banupriya, B., Biswal, N., Srinivasaraghavan, R., Narayanan, P., and Mandal, J. (2015) Probiotic prophylaxis to prevent ventilator associated pneumonia (VAP) in children on mechanical ventilation: an open-label randomized con- trolled trial. Intensive Care Med 41: 677–685.
Bock, L.J., Wand, M.E., and Sutton, J.M. (2016) Varying activity of chlorhexidine-based disinfectants against Kleb- siella pneumoniae clinical isolates and adapted strains. J Hosp Infect 93: 42–48.
Boyce, J.M. (2007) Environmental contamination makes an important contribution to hospital infection. J Hosp Infect 65(Suppl 2): 50–54.
Boyce, J.M., Havill, N.L., Havill, H.L., Mangione, E., Dumi- gan, D.G., and Moore, B.A. (2011) Comparison of fluores- cent marker systems with 2 quantitative methods of assessing terminal cleaning practices. Infect Control Hosp Epidemiol 32: 1187–1193.
Caini, S., Hajdu, A., Kurcz, A. and Borocz, K. (2013) Hospital-acquired infections due to multidrug-resistant organ- isms in Hungary, 2005-2010. Euro Surveill 18: 1–9.
Carling, P.C., and Bartley, J.M. (2010) Evaluating hygienic cleaning in health care settings: what you do not know can harm your patients. Am J Infect Control 38: S41– S50.
Carling, P.C., Parry, M.F., and Von Beheren, S.M. (2008) Identifying opportunities to enhance environmental clean- ing in 23 acute care hospitals. Infect Control Hosp Epi- demiol 29: 1–7.
Caselli, E., D’Accolti, M., Vandini, A., Lanzoni, L., Camerada, M.T., Coccagna, M., et al. (2016a) Impact of a probiotic-based cleaning intervention on the microbiota ecosystem of the hospital surfaces: focus on the resis- tome remodulation. PLoS ONE 11: e0148857.
Caselli, E., Antonioli, P., and Mazzacane, S. (2016b) Safety of probiotics used for hospital environmental sanitation. J Hosp Infect 94: 193–194.
Caselli, E., Berloco, F., Tognon, L., Villone, G., La Fauci, V., Nola, S., et al. (2016c) Influence of sanitizing methods on healthcare-associated infections onset: a multicentre, randomized, controlled pre-post interventional study.
J Clin Trials 6: 6.
Cookson, B., Mackenzie, D., Kafatos, G., Jans, B., Latour, K., Moro, M.L., et al. (2013) Development and assess- ment of national performance indicators for infection prevention and control and antimicrobial stewardship in European long-term care facilities. J Hosp Infect 85: 45– 53.
Cornejo-Juarez, P., Vilar-Compte, D., Perez-Jimenez, C., Namendys-Silva, S.A., Sandoval-Hernandez, S., and Volkow-Fernandez, P. (2015) The impact of hospital-acquired infections with multidrug-resistant bacteria in an oncology intensive care unit. Int J Infect Dis 31: 31– 34.
Dancer, S.J. (2011) Hospital cleaning in the 21st century. Eur J Clin Microbiol Infect Dis 30: 1473–1481.
Davies, A., Pottage, T., Bennett, A., and Walker, J. (2011) Gaseous and air decontamination technologies for Clostridium difficile in the healthcare environment. J Hosp Infect 77: 199–203.
Doron, S., and Snydman, D.R. (2015) Risk and safety of probiotics. Clin Infect Dis 60(Suppl 2): S129–S134.
EFSA (2010) Panel on Biological Hazards (BIOHAZ). Scien- tific opinion on the maintenance of the list of QPS microorganisms intentionally added to food or feed (2010 update). EFSA J 8: 1–89.
Giamarellos-Bourboulis, E.J., Bengmark, S., Kanellakopoulou, K., and Kotzampassi, K. (2009) Pro- and syn- biotics to control inflammation and infection in patients with multiple injuries. J Trauma 67: 815–821.
Goodman, E.R., Platt, R., Bass, R., Onderdonk, A.B., Yokoe, D.S., and Huang, S.S. (2008) Impact of an environmental cleaning intervention on the presence of methicillin-resistant Staphylococcus aureus and van- comycin-resistant enterococci on surfaces in intensive care unit rooms. Infect Control Hosp Epidemiol 29: 593–599.
Hill, C., Guarner, F., Reid, G., Gibson, G.R., Merenstein, D.J., Pot, B., et al. (2014) Expert consensus document. The international scientific association for probiotics and prebiotics consensus statement on the scope and appro- priate use of the term probiotic. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 11: 506–514.
Hota, B. (2004) Contamination, disinfection, and cross-colonization: are hospital surfaces reservoirs for nosocomial infection? Clin Infect Dis 39: 1182–1189.
Huslage, K., Rutala, W.A., Gergen, M.F., Sickbert-Bennett, E.E., and Weber, D.J. (2013) Microbial assessment of high-, medium-, and low-touch hospital room surfaces. Infect Control Hosp Epidemiol 34: 211–212.
Koenigsknecht, M.J., and Young, V.B. (2013) Faecal microbiota transplantation for the treatment of recurrent Clostridium difficile infection: current promise and future needs. Curr Opin Gastroenterol 29: 628–632.
Kramer, A., Schwebke, I., and Kampf, G. (2006) How long do nosocomial pathogens persist on inanimate surfaces? A systematic review. BMC Infect Dis 6: 130.
Kummerer, K. (2001) Drugs in the environment: emission of drugs, diagnostic aids and disinfectants into wastewater by hospitals in relation to other sources–a review. Che-
mosphere 45: 957–969.
Logan, N.A. (1988) Bacillus species of medical and veteri- nary importance. J Med Microbiol 25: 157–165.
Otter, J.A., Yezli, S., Perl, T.M., Barbut, F., and French,
G.L. (2013) The role of ‘no-touch’ automated room disin- fection systems in infection prevention and control. J Hosp Infect 83: 1–13.
Pettigrew, M.M., Johnson, J.K., and Harris, A.D. (2016) The
human microbiota: novel targets for hospital-acquired infections and antibiotic resistance. Ann Epidemiol 26: 342–347.
Pharmaceutical, I.M. (2015) RID Study: infection caught in
the US hospitals is the 4th biggest killer.
Rayes, N., Seehofer, D., Hansen, S., Boucsein, K., Muller, A.R., Serke, S., et al. (2002) Early enteral supply of lacto- bacillus and fiber versus selective bowel decontamination: a controlled trial in liver transplant recipients. Transplanta- tion 74: 123–127.
Rayes, N., Pilarski, T., Stockmann, M., Bengmark, S., Neu-
haus, P., and Seehofer, D. (2012) Effect of pre- and pro- biotics on liver regeneration after resection: a randomised, double-blind pilot study. Benef Microbes 3: 237–244.
Rutala, W.A., and Weber, D.J. (2011) Are room decontami-
nation units needed to prevent transmission of environ- mental pathogens? Infect Control Hosp Epidemiol 32: 743–747.
Kramer, A., Schwebke, I., and Kampf, G. (2006) How long do nosocomial pathogens persist on inanimate surfaces? A systematic review. BMC Infect Dis 6: 130.
Kummerer, K. (2001) Drugs in the environment: emission of drugs, diagnostic aids and disinfectants into wastewater by hospitals in relation to other sources–a review. Chemosphere 45: 957–969.
Logan, N.A. (1988) Bacillus species of medical and veteri- nary importance. J Med Microbiol 25: 157–165.
Otter, J.A., Yezli, S., Perl, T.M., Barbut, F., and French, G.L. (2013) The role of ‘no-touch’ automated room disin- fection systems in infection prevention and control. J Hosp Infect 83: 1–13.
Pettigrew, M.M., Johnson, J.K., and Harris, A.D. (2016) The human microbiota: novel targets for hospital-acquired infections and antibiotic resistance. Ann Epidemiol 26: 342–347.
Pharmaceutical, I.M. (2015) RID Study: infection caught in the US hospitals is the 4th biggest killer.
Rayes, N., Seehofer, D., Hansen, S., Boucsein, K., Muller, A.R., Serke, S., et al. (2002) Early enteral supply of lacto- bacillus and fiber versus selective bowel decontamination: a controlled trial in liver transplant recipients. Transplanta- tion 74: 123–127.
Rayes, N., Pilarski, T., Stockmann, M., Bengmark, S., Neuhaus, P., and Seehofer, D. (2012) Effect of pre- and pro- biotics on liver regeneration after resection: a randomised, double-blind pilot study. Benef Microbes 3: 237–244.
Rutala, W.A., and Weber, D.J. (2011) Are room decontamination units needed to prevent transmission of environ- mental pathogens? Infect Control Hosp Epidemiol 32: 743–747.
Rutala, W.A., and Weber, D.J. (2013) Disinfectants used for environmental disinfection and new room decontamination technology. Am J Infect Control 41: S36–S41.
Sommacal, H.M., Bersch, V.P., Vitola, S.P., and Osvaldt, A.B. (2015) Perioperative synbiotics decrease postopera- tive complications in periampullary neoplasms: a random- ized, double-blind clinical trial. Nutr Cancer 67: 457–462.
Suetens, C., Hopkins, S., Kolman, J., and Diaz Ho€gberg, L.(2013) Point Prevalence Survey of Healthcare Associated Infections and Antimicrobial Use in European Acute Care Hospitals. Stockholm, Sweden: European Centre for Dis- ease Prevention and Control.
Vandini, A., Temmerman, R., Frabetti, A., Caselli, E., Anto- nioli, P., Balboni, P.G., et al. (2014) Hard surface biocon- trol in hospitals using microbial-based cleaning products. PLoS ONE 9: e108598.
Wand, M.E., Bock, L.J., Bonney, L.C. and Sutton, J.M. (2017) Mechanisms of increased resistance to chlorhexi- dine and cross-resistance to colistin following exposure of Klebsiella pneumoniae clinical isolates to chlorhexidine.
Antimicrob Agents Chemother 61: e01162–16. Weber, D.J., and Rutala, W.A. (1997) Role of environmental contamination in the transmission of vancomycin-resistant enterococci. Infect Control Hosp Epidemiol 18: 306–309.
Weber, D.J., Rutala, W.A., Miller, M.B., Huslage, K., and Sickbert-Bennett, E. (2010) Role of hospital surfaces in the transmission of emerging health care-associated pathogens: norovirus, Clostridium difficile, and Acineto- bacter species. Am J Infect Control 38: S25–S33.
WHO, F. (2001) Health and Nutritional Properties of Probiotics in Food Including Powder Milk with Live Lactic Acid Bacteria. http://www.fao.org/3/a-a0512e.pdf: World Health Organization [online].
© 2017 Авторы. Microbial Biotechnology, опубликованная John Wiley & Sons Ltd и Обществом прикладной микробиологии, Микробная
биотехнология, 10, 1079-1083