anvendelsen af metalforbindelser som antimikrobielle midler strækker sig tusinder af år tilbage og ind i det 20.århundrede, kun for at blive erstattet af introduktionen af organiske antibiotika i midten af det 20. århundrede (Hobman og Crossman, 2015). Metalbaserede antimikrobielle stoffer (MBA) viser løfte om bæredygtighed over for smitsomme sygdomme (FN ‘s mål for bæredygtig udvikling ‐ 3.3), men deres anvendelse og praksis påvirker andre SDG’ er, herunder 3.9, 6.3 og 12.4, som alle vedrører ikke‐forurenede miljøer for sund levevis.
det ultimative mål for antimikrobielle stoffer er høj effektivitet ved lav dosering uden udvikling af resistens. En fornyet interesse for metaller som antimikrobielle og biocidholdige stoffer afspejles i håb om, at mindre resistens vil udvikle sig. Traditionelle antibiotika har tendens til at følge bullet‐target-konceptet, der virker på specifikke biokemiske processer: replikation, transkription, Oversættelse og andre husholdningsmetabolske stoffer, som giver let progressiv resistens (Tenover, 2006; Aminov, 2010). Alternativt ser metaller ud til at målrette mod flere cellulære processer, der fører til pleiotropiske virkninger på bakterieceller (Lemire et al., 2013).
det er nu almindeligt kendt, at en række metalioner er giftige for bakterier (Nies, 1999; Harrison et al., 2004). Samlet set er de metaller, der i stigende grad overvejes for antimikrobielle midler, typisk inden for overgangsmetallerne I d‐blokken (V, Ti, Cr, Co, Ni, Cu, NN, Tb, V, Ag, Cd, Au, Hg) og et par andre metaller og metalloider fra gruppe 13-16 i det periodiske system (Al, Ga, Ge, As, Se, Sn, SB, Te, Pb og Bi). En interessant opdagelse gjort over 10 år siden, at metaller har stærk effektivitet mod mikrober vokser som en biofilm (Teitsel og Parsek, 2003; Harrison et al., 2004). Dette var signifikant, da en kvintessens fænotype af biofilm er deres antimikrobielle resistens (Stuart og Costerton, 2001). Desuden har metaller vist en vis effektivitet på persisterceller, de sovende varianter af regelmæssige celler, der var uigennemtrængelige for antibiotika (Harrison et al., 2005A, b).
Vi har set bred spredning kommerciel implementering af MBA ‘ er i løbet af de sidste par årtier, især Cu og Ag. Undersøgelser har dokumenteret effekten og ydeevnen af metalioner for en række medicinsk udstyr og produkter. Nedenfor følger et par eksempler: sårforbindelser indeholdende Ag har vist sig at være ret effektive, hvilket viser en 99% reduktion i cellelevedygtighed., 2014). Urinkateter belagt i Ag viser en betydelig fordel for patienter med urinvejsinfektioner sammenlignet med traditionelle legeringsbelagte katetre (Rupp et al., 2004). Kombinationsbelægninger produceret gennem aflejring af Ag og Ti har også vist nedsat cellelevedygtighed mod Staphylococcus aureus og Klebsiella pneumoniae, mens de ikke viser nogen cytotoksicitet over for epitel-og osteoblastceller., 2006). Med stigende transmission fra patogener på forskellige overflader er forskellige cu-belægninger blevet undersøgt for deres potentiale til at mindske levedygtigheden af patogene mikroorganismer; rapporter har vist en reduktion i Listeria monocytogensnm., 2006), Escherichia coli, herunder en verocytotoksigen E. coli., 2005), Mycobacterium tuberculosis (Mehtar et al. 2008), Salmonella enterica, Camplylobacter jejuni., 2004), vancomycinresistente enterokokker (Varnes og Keevil, 2011), methicillinresistent S. aureus (Noyce et al., 2006). Levedygtigheden af bakterier er på tidsskalaerne fra kun få minutter til et par timer med Cu-overfladeeksponering sammenlignet med andre overflader såsom rustfrit stål, PVC, aluminiumbrons og siliciumbrons. Beskyttende respiratoriske ansigtsmasker imprægneret med kobber viser øget biocidal anti-influenseringsaktivitet., 2010) og Cu‐imprægnerede sokker har vist sig at forbedre helingen af mindre sår og nedskæringer hos diabetespatienter., 2009). Det er også nu almindeligt at se cu/Ag ionisatorer bruges til at kontrollere Legionella i drikkevandsdistributionssystemer på hospitaler for at afbøde nosokomiale infektioner (Lin et al., 2011). Kontrollen af mange af de ovennævnte organismer er nøglen til sundhedsbæredygtighed, da mange er noteret på den nylige liste over prioriterede patogener, som nye antibiotika er presserende behov for (Tacconelli et al., 2017).
i øjeblikket kan metalholdige forbindelser købes i butikker og på nettet; faktisk har sølv fundet vej ind i adskillige forbrugerprodukter, såsom tøj, deodorant, tandbørster, drikkeglas og endda sølvionisatorvaskemaskiner. Virksomheder tilbyder nu sølvbelægningstjenester til en række produkter, fra gulve til køkkenredskaber, og madopbevaringsbeholdere, for at nævne nogle få. Parallelt ser vi også brug af kobber til mange af disse typer produkter. Produktannoncering inkluderer tillid til sikkerheden ved metalbrug som et antimikrobielt middel, stadig, på trods af den rigdom af information, der er offentliggjort om mekanismerne for metaltoksicitet, i mange tilfælde de nøjagtige mekanismer, hvormed de dræber mikrober, og deres virkning på humane celler for den sags skyld er stadig uklar.
selvom det er nyttigt i markedsføring, vil sådanne almindelige anvendelser af MBA ‘ er føre til et tab i effektivitet, svarende til misbrug og overforbrug af antibiotika, der har ført til multi‐antibiotikaresistens stammer og deres hurtige tab af effektivitet. Desværre kan det allerede være for sent, i det mindste for Ag og Cu, på grund af deres udbredte implementering. Derudover er der allerede mange rapporter om krydsresistens mellem forskellige metalbaserede antimikrobielle stoffer (f.eks. Cu og Ag krydsresistens rapporteret af Torres‐Uridy and Bright, 2012), hvilket kan føre til multimetal resistens (MMR). Bestemt, mikrober, især vokser som en biofilm, har den iboende evne til at udvikle MMR (Harrison et al., 2007).
bæredygtighedspraksis for brugen af MBA ‘ er bør også omfatte en diskussion af affald. Vi ser allerede MBA ‘ er, der anvendes i landbrugsindustrien til husdyr og afgrøder, hvilket fører til en øget metalbelastning i jord og nedbør/vandingsafstrømning. Desuden synes der at være co-forekomst og coselection af antibiotikaresistensgener med metalresistensgener (Li et al., 2017). Som et supplement til bioteknologiske tilgange kan omics teknologirevolution, især genomik og proteomik, give biomarkører til modstandstræk, når de først er identificeret. I sidste ende kan dette føre til bæredygtig anvendelse af metalantibiotika gennem fokuserede/personaliserede anvendelsesmetoder, især så hvor MBA ‘ er ikke implementeres, når resistensmarkører er til stede.
bioremediering af giftige forurenende stoffer, herunder metaller, er afgørende for vedvarende sundhed og økonomisk velfærd. I de fleste lande i verden er lovgivningen imidlertid svag, og de moderate bøder betragtes for de fleste industrier simpelthen som omkostningerne ved at drive forretning. For det meste, der er lidt drivkraft til afhjælpning, og dermed, vi ser i bedste fald grave og dumpe eller hegn praksis. Uden stærkere lovgivning og sanktioner er den eneste måde at inspirere industrien tilføjet incitamenter til et produkt i bioremedieringsprocessen. Dette er nu ved at blive en mulighed inden for bioremediering af metal-og metalloidforurenende stoffer.
for at afbøde denne metalforurenende kilde bør der anvendes afhjælpningsstrategier gennem mikrobiel bioremediering. Selvom resistens over for metaller kan være gennem nedsat optagelses-eller udstrømningsmekanismer, er andre mekanismer, der skal udnyttes i bioteknologi til metalbioremediering, biotransformation og udfældning sammen med biosorption af metaller. Nedbør (gennem biomineralisering) er et spændende udsigt til at genvinde metaller fra metalforurenede akvatiske/marine systemer (Golby et al., 2014). For eksempel kunne mikrobielle bio‐skrubbere af metalforarbejdningsmikrobsamfund anvendes på kommunale spildevandsrensningssteder, hvor millioner af dollars ædle metaller frigives om året (Dobson og Burgess, 2007; Vesterhoff et al., 2015).
for nylig har der været en eksplosion i udviklingen af nano‐antimikrobielle stoffer baseret på metaller (Dastjerdi og Montaser, 2010). Derudover, en spændende bioteknologi ved hjælp af mikrober som grønne kemiske fabrikker til fremstilling af metal nanomaterialer er under udvikling; disse biofactory‐producerede nanomaterialer er blevet undersøgt for deres effektivitet og værdi som nano‐MBA. Eksempler inkluderer AuNP (Maliska et al., 2014), AgNP (Fay et al., 2010), SeNP (Cremonini et al., 2016; Pernille et al., 2017) og TeNP (Srivastava et al., 2015). Her kan man bruge bakterier til afhjælpning af et metalforurenende stof til at generere nye nano‐MBA-materialer på en bæredygtig måde. Brug af mikrober til at producere metal nanomaterialer med antimikrobielle egenskaber er et realistisk bioteknologisk løfte mod bæredygtighed, da det drager fordel af grønne syntetiske tilgange til stabile nanomaterialer, bedre end deres kemisk syntetiserede modstykker.mens forskning til dato på MBA ‘ er har et stort løfte, mangler forståelsen af toksikologien af disse metaller på mennesker, husdyr, afgrøder og det (mikrobielle) økosystem som helhed. Kronisk eksponering ignoreres ofte. For at opnå en bæredygtig praksis skal politikker baseret på både akut og kronisk eksponering systematisk undersøges parallelt med metallerne antimikrobielle/biocidholdige egenskaber.