El uso de compuestos metálicos como agentes antimicrobianos se remonta a miles de años y se remonta al siglo XX, solo para ser reemplazado por la introducción de antibióticos orgánicos a mediados del siglo XX (Hobman y Crossman, 2015). Los antimicrobianos a base de metales (MBA) son prometedores para la sostenibilidad frente a las enfermedades transmisibles (objetivos de desarrollo sostenible de las Naciones Unidas ‐ 3.3), sin embargo, su uso y prácticas influyen en otros ODS, incluidos los 3.9, 6.3 y 12.4, que se relacionan con entornos no contaminados para una vida saludable.
El objetivo final de los antimicrobianos es una alta eficacia a dosis bajas sin la evolución de la resistencia. El renovado interés por los metales como agentes antimicrobianos y biocidas se refleja en la esperanza de que evolucione una menor resistencia. Los antibióticos tradicionales tienden a seguir el concepto de blanco bala, actuando sobre procesos bioquímicos específicos: replicación, transcripción, traducción y otras enzimas metabólicas domésticas, que proporcionan facilidad de resistencia progresiva (Tenover, 2006; Aminov, 2010). Alternativamente, los metales parecen apuntar a múltiples procesos celulares que conducen a efectos pleiotrópicos en las células bacterianas (Lemire et al., 2013).
Ahora es de conocimiento común que una variedad de iones metálicos son tóxicos para las bacterias (Nies, 1999; Harrison et al., 2004). En general, los metales que se consideran cada vez más como agentes antimicrobianos se encuentran típicamente dentro de los metales de transición del bloque d (V, Ti, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Tb, W, Ag, Cd, Au, Hg) y algunos otros metales y metaloides de los grupos 13-16 de la tabla periódica (Al, Ga, Ge, As, Se, Sn, Sb, Te, Pb y Bi). Un descubrimiento interesante hecho hace más de 10 años de que los metales tienen una gran eficacia contra los microbios que crecen como biopelícula (Teitzel y Parsek, 2003; Harrison et al., 2004). Esto fue significativo, ya que un fenotipo por excelencia de las biopelículas es su resistencia antimicrobiana (Stewart y Costerton, 2001). Además, los metales han mostrado cierta eficacia en las células persistentes, las variantes latentes de las células regulares que eran impermeables a los antibióticos (Harrison et al., 2005a, b).
Hemos visto un despliegue comercial generalizado de MBA en las últimas décadas, particularmente Cu y Ag. Los estudios han documentado la eficacia y el rendimiento de los iones metálicos para una serie de dispositivos y productos médicos. A continuación se muestran algunos ejemplos: los apósitos para heridas que contienen Ag han demostrado ser bastante efectivos, demostrando una reducción del 99% en la viabilidad celular (Boonkaew et al., 2014). Los catéteres urinarios recubiertos en Ag muestran un beneficio significativo para los pacientes con infecciones del tracto urinario, en comparación con los catéteres recubiertos de aleación tradicionales (Rupp et al., 2004). Los recubrimientos combinados producidos a través de la deposición de Ag y Ti también han demostrado una disminución de la viabilidad celular frente a Staphylococcus aureus y Klebsiella pneumoniae, al tiempo que no muestran citotoxicidad para las células epiteliales y osteoblásticas (Ewald et al., 2006). Con el aumento de la transmisión de patógenos en varias superficies, se han examinado varios recubrimientos de Cu por su potencial para disminuir la viabilidad de microorganismos patógenos; los informes han demostrado una reducción en Listeria monocytogenesnm (Wilks et al., 2006), Escherichia coli, incluyendo una E. coli verocitotoxigénica (Wilks et al., 2005), Mycobacterium tuberculosis (Mehtar et al. 2008), Salmonella enterica, Camplylobacter jejuni (Faúndez et al., 2004), enterococos resistentes a vancomicina (Warnes y Keevil, 2011), S. aureus resistente a meticilina (Noyce et al., 2006). La viabilidad de las bacterias está en las escalas de tiempo de solo minutos a algunas horas con exposición a la superficie Cu, en comparación con otras superficies como acero inoxidable, PVC, bronce de aluminio y bronce de silicio. Las mascarillas protectoras respiratorias impregnadas con óxido de cobre muestran una mayor actividad biocida antigripal(Borkow et al., 2010) y los calcetines impregnados con Cu han demostrado mejorar la curación de heridas y cortes menores en pacientes diabéticos (Borkow et al., 2009). Ahora también es común ver ionizadores Cu / Ag utilizados para controlar la legionela en sistemas de distribución de agua potable en hospitales para mitigar las infecciones nosocomiales (Lin et al., 2011). El control de muchos de los organismos mencionados anteriormente es clave para la sostenibilidad de la salud, ya que muchos de ellos figuran en la reciente lista de patógenos prioritarios de la OMS, de los que se necesitan urgentemente nuevos antibióticos (Tacconelli et al., 2017).
Actualmente, los compuestos que contienen metal se pueden comprar en las tiendas y en la Web; de hecho, la plata ha encontrado su camino en numerosos productos de consumo, como ropa, desodorantes, cepillos de dientes, vasos para beber e incluso lavadoras de ionizador de plata. Las empresas ahora ofrecen servicios de revestimiento de plata para una amplia gama de productos, desde pisos hasta utensilios de cocina y contenedores de almacenamiento de alimentos, por nombrar algunos. En paralelo, también vemos el uso de cobre para muchos de estos tipos de productos. La publicidad de los productos incluye la confianza en la seguridad del uso de metales como antimicrobianos, sin embargo, a pesar de la gran cantidad de información publicada sobre los mecanismos de toxicidad de los metales, en muchos casos los mecanismos precisos por los que matan microbios y su efecto en las células humanas aún no está claro.
Aunque son útiles en la comercialización, tales usos comunes de los MBA conducirán a una pérdida de efectividad, similar al mal uso y uso excesivo de antibióticos que ha llevado a cepas de resistencia a múltiples antibióticos y su rápida pérdida de eficacia. Desafortunadamente, puede que ya sea demasiado tarde, al menos para Ag y Cu, debido a su despliegue generalizado. Además, ya hay numerosos informes sobre la resistencia cruzada entre diferentes antimicrobianos basados en metales (por ejemplo, resistencia cruzada Cu y Ag reportada por Torres‐Urquidy y Bright, 2012), que puede conducir a la resistencia multimetal (MMR). Ciertamente, los microbios, particularmente los que crecen como biopelícula, tienen la capacidad inherente de desarrollar MMR (Harrison et al., 2007).
Las prácticas de sostenibilidad del uso de los MBA también deberían incluir un análisis de los desechos. Ya vemos MBA utilizados en la industria agrícola para el ganado y los cultivos, lo que conduce a un aumento de la carga de metal en los suelos y la precipitación/escorrentía de riego. Además, parece haber co-ocurrencia y coselección de genes de resistencia a antibióticos con genes de resistencia a metales(Li et al., 2017). Como complemento de los enfoques biotecnológicos, la revolución tecnológica de laicic, en particular la genómica y la proteómica, puede proporcionar biomarcadores para los rasgos de resistencia una vez que se identifican. En última instancia, esto puede conducir al uso sostenible de antimicrobianos metálicos a través de enfoques de aplicación enfocados/personalizados, especialmente cuando no se implementan MBA cuando hay marcadores de resistencia presentes.
La biorremediación de contaminantes tóxicos, incluidos los metales, es fundamental para mantener la salud y el bienestar económico. Sin embargo, en la mayoría de los países del mundo, la legislación es débil y las multas moderadas se consideran para la mayoría de las industrias simplemente el costo de hacer negocios. En su mayor parte, hay poca fuerza impulsora para la remediación y, por lo tanto, vemos prácticas de excavación y descarga o cerco, en el mejor de los casos. Sin una legislación y sanciones más estrictas, la única manera de inspirar a la industria son los incentivos adicionales para un producto en el proceso de biorremediación. Esto se está convirtiendo en una posibilidad en el ámbito de la biorremediación de contaminantes metálicos y metaloides.
Para mitigar esta fuente de contaminantes metálicos, se deben emplear estrategias de remediación mediante biorremediación microbiana. Aunque la resistencia a los metales puede deberse a una disminución de los mecanismos de captación o de eflujo, otros mecanismos que se pueden explotar en la biotecnología para la biorremediación de metales son la biotransformación y la precipitación, junto con la biosorción de metales. La precipitación (a través de la biomineralización) es una perspectiva interesante para recuperar metales de sistemas acuáticos/marinos contaminados con metales (Golby et al., 2014). Por ejemplo, los depuradores biológicos microbianos de comunidades de microbios de procesamiento de metales podrían emplearse en sitios municipales de tratamiento de aguas residuales donde se liberan millones de dólares de metales preciosos al año (Dobson y Burgess, 2007; Westerhoff et al., 2015).
Recientemente, se ha producido una explosión en el desarrollo de nano antimicrobianos a base de metales (Dastjerdi y Montazer, 2010). Además, se está desarrollando una interesante biotecnología que utiliza microbios como fábricas químicas verdes para producir nanomateriales metálicos; estos biofábrica producido nanomateriales han sido exploradas por su eficacia y valor como nano‐MBA. Los ejemplos incluyen AuNP (Maliszewska et al., 2014), AgNP (Fayaz et al., 2010), SeNP (Cremonini et al., 2016; Piacenza et al., 2017) y TeNP (Srivastava et al., 2015). Aquí, uno puede usar bacterias para la remediación de un contaminante metálico para generar nuevos materiales de nano‐MBA de manera sostenible. El uso de microbios para producir nanomateriales metálicos con propiedades antimicrobianas es una promesa biotecnológica realista hacia la sostenibilidad, ya que aprovecha los enfoques sintéticos verdes hacia nanomateriales estables, superiores a sus homólogos sintetizados químicamente.
Si bien las investigaciones realizadas hasta la fecha sobre los MBA son bastante prometedoras, no se comprende la toxicología de estos metales en los seres humanos, el ganado, los cultivos y el ecosistema (microbiano) en su conjunto. La exposición crónica es frecuentemente ignorada. Para obtener una práctica sostenible, las políticas basadas en la exposición aguda y crónica deben estudiarse sistemáticamente en paralelo con las propiedades antimicrobianas/biocidas de los metales.