a fémvegyületek antimikrobiális szerként való felhasználása évezredekre nyúlik vissza, egészen a 20.századig, csak a 20. század közepén a szerves antibiotikumok bevezetésével helyettesíthető (Hobman and Crossman, 2015). A fémalapú antimikrobiális szerek (MBA) ígéretet tesznek a fertőző betegségek fenntarthatóságára (ENSZ Fenntartható Fejlődési Célok ‐ 3.3), de használatuk és gyakorlatuk más fenntartható fejlesztési célokat is befolyásol, köztük a 3.9, 6.3 és 12.4, amelyek mind az egészséges életmód nem szennyezett környezetéhez kapcsolódnak.
az antimikrobiális szerek végső célja a magas hatékonyság alacsony dózis mellett a rezisztencia kialakulása nélkül. A fémek, mint antimikrobiális és biocid szerek iránti megújult érdeklődés abban a reményben mutatkozik meg, hogy kevesebb rezisztencia alakul ki. A hagyományos antibiotikumok általában a bullet-target koncepciót követik, specifikus biokémiai folyamatokra hatnak: replikáció, transzkripció, transzláció és egyéb háztartási metabolikus enzimek, amelyek megkönnyítik a progresszív rezisztenciát (Tenover, 2006; Aminov, 2010). Alternatív megoldásként úgy tűnik, hogy a fémek több sejtes folyamatot céloznak meg, amelyek pleiotropikus hatásokhoz vezetnek a baktériumsejteken (Lemire et al., 2013).
ma már köztudott, hogy számos fémion mérgező a baktériumokra (Nies, 1999; Harrison et al., 2004). Összességében az antimikrobiális szerek esetében egyre inkább figyelembe vett Fémek jellemzően a D‐blokk átmenetifémjeiben találhatók (V, Ti, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Tb, W, Ag, Cd, Au, Hg) és néhány más fém és metalloid a periódusos rendszer 13-16.csoportjából (Al, Ga, Ge, As, Se, Sn, Sb, Te, Pb és Bi). Érdekes felfedezés több mint 10 évvel ezelőtt, hogy a fémek erős hatékonysággal rendelkeznek a biofilmként növekvő mikrobákkal szemben (Teitzel and Parsek, 2003; Harrison et al., 2004). Ez jelentős volt, mivel a biofilmek alapvető fenotípusa az antimikrobiális rezisztencia (Stewart and Costerton, 2001). Ezenkívül a fémek némi hatékonyságot mutattak a perzisztens sejteken, a normál sejtek szunnyadó variánsain, amelyek áthatolhatatlanok voltak az antibiotikumokkal szemben (Harrison et al., 2005a, b).
láttuk széles körben elterjedt kereskedelmi bevezetése MBA az elmúlt néhány évtizedben, különösen a Cu és Ag. Tanulmányok dokumentálták a fémionok hatékonyságát és teljesítményét számos orvostechnikai eszköz és termék esetében. Az alábbiakban néhány példát követünk: az Ag-t tartalmazó sebkötszerek meglehetősen hatékonynak bizonyultak, bizonyítva a sejtek életképességének 99% – os csökkenését (Boonkaew et al., 2014). Az Ag-ben bevont vizeletkatéterek jelentős előnyt jelentenek a húgyúti fertőzésekben szenvedő betegek számára, összehasonlítva a hagyományos ötvözettel bevont katéterekkel (Rupp et al., 2004). Az Ag és Ti lerakódásával előállított kombinált bevonatok szintén csökkent sejt életképességet mutattak a Staphylococcus aureus és a Klebsiella pneumoniae ellen, miközben nem mutattak citotoxicitást az epitheliális és osteoblast sejtekre (Ewald et al., 2006). A kórokozók különböző felületeken történő átvitelének növekedésével különböző Cu bevonatokat vizsgáltak a patogén mikroorganizmusok életképességének csökkentésében; a jelentések kimutatták a Listeria monocytogenesnm csökkenését (Wilks et al., 2006), Escherichia coli, beleértve a verocytotoxigén E. colit (Wilks et al., 2005), Mycobacterium tuberculosis (Mehtar et al. 2008), Salmonella enterica, Camplylobacter jejuni (fa Xhamndez et al., 2004), vankomicin‐rezisztens enterococcusok (Warnes and Keevil, 2011), meticillin-rezisztens S. aureus (Noyce et al., 2006). A baktériumok életképessége csak percektől néhány óráig terjed a Cu felületi expozícióval, összehasonlítva más felületekkel, például rozsdamentes acél, PVC, alumínium bronz és szilícium bronz. A réz-oxiddal impregnált védő légúti arcmaszkok fokozott influenza elleni biocid aktivitást mutatnak (Borkow et al., 2010) és Cu‐impregnált zokni kimutatták, hogy javítja a gyógyulást a kisebb sebek és vágások cukorbetegek (Borkow et al., 2009). Az is gyakori, hogy a kórházak ivóvízelosztó rendszereiben a Legionella szabályozására használt Cu/Ag ionizátorokat a kórházi fertőzések enyhítésére használják (Lin et al., 2011). A fent említett szervezetek közül sok ellenőrzése kulcsfontosságú az egészség fenntarthatóságában, mivel sokan szerepelnek a WHO legutóbbi kiemelt kórokozók listáján, amelyek közül sürgősen új antibiotikumokra van szükség (Tacconelli et al., 2017).
jelenleg a fémtartalmú vegyületek megvásárolhatók az üzletekben és az Interneten; valójában az ezüst számos fogyasztási cikkbe, például ruházatba, dezodorba, fogkefékbe, ivópoharakba és még ezüst ionizáló mosógépekbe is bekerült. A vállalatok most ezüst bevonási szolgáltatásokat kínálnak számos termékhez, a padlótól a konyhai eszközökig és az élelmiszer-tároló tartályokig, hogy csak néhányat említsünk. Ezzel párhuzamosan a réz használatát is látjuk sok ilyen típusú terméknél. A termékhirdetés magában foglalja a fém antimikrobiális felhasználásának biztonságosságába vetett bizalmat, még mindig, a fémtoxicitás mechanizmusairól közzétett rengeteg információ ellenére, sok esetben a mikrobák elpusztításának pontos mechanizmusai, és az emberi sejtekre gyakorolt hatásuk még mindig nem tisztázott.
bár hasznos a marketingben, az MBA‐k ilyen általános felhasználása a hatékonyság csökkenéséhez vezet, hasonlóan az antibiotikumok visszaéléséhez és túlzott használatához, ami több antibiotikum-rezisztencia törzsekhez és azok gyors hatékonyságvesztéséhez vezetett. Sajnos már túl késő lehet, legalábbis az Ag és a Cu számára, széles körű telepítésük miatt. Ezenkívül már számos jelentés létezik a különböző fémalapú antimikrobiális szerek közötti keresztrezisztenciáról (pl. Cu és Ag keresztrezisztencia Torres‐Urquidy and Bright, 2012), ami multimetális rezisztenciához (MMR) vezethet. Természetesen a mikrobák, különösen biofilmként növekszik, rendelkeznek azzal a képességgel, hogy kifejlesszék az MMR-t (Harrison et al., 2007).
az MBA-k használatával kapcsolatos fenntarthatósági gyakorlatoknak tartalmazniuk kell a hulladékról szóló vitát is. Már látjuk, hogy a mezőgazdasági iparban az állattenyésztéshez és a növénytermesztéshez használt MBA-k megnövekedett fémterhelést eredményeznek a talajban és a csapadék / öntözés lefolyásában. Továbbá úgy tűnik, hogy az antibiotikum‐rezisztencia gének fémrezisztencia génekkel együtt fordulnak elő és kerülnek kiválasztásra (Li et al., 2017). A biotechnológiai megközelítések kiegészítéseként az omic technológiai forradalma, különösen a genomika és a proteomika, biomarkereket biztosíthat a rezisztencia tulajdonságaihoz, ha azokat azonosítják. Végső soron ez a fém antimikrobiális szerek fenntartható használatához vezethet fókuszált/személyre szabott alkalmazási megközelítések révén, különösen akkor, ha az MBA-kat nem alkalmazzák, ha rezisztencia markerek vannak jelen.
a mérgező szennyező anyagok Bioremediációja, beleértve a fémeket is, kritikus fontosságú a tartós egészség és a gazdasági jólét szempontjából. A világ legtöbb országában azonban a jogszabályok gyengék, és a mérsékelt bírságok a legtöbb iparág számára egyszerűen az üzleti tevékenység költségeinek tekinthetők. A legtöbb esetben kevés hajtóerő van a kármentesítéshez, így a legjobb esetben ásási és lerakási vagy kerítés gyakorlatokat látunk. Szigorúbb jogszabályok és szankciók nélkül az ipar ösztönzésének egyetlen módja a bioremediációs folyamatban lévő termékek ösztönzése. Ez most a fém és metalloid szennyeződések bioremediációjának lehetőségévé válik.
ennek a fémszennyező forrásnak a mérséklése érdekében a mikrobiális bioremediációval történő kármentesítési stratégiákat kell alkalmazni. Bár a fémekkel szembeni ellenállás a csökkent felvételi vagy efflux mechanizmusokon keresztül történhet, a biotechnológiában a fém bioremediációjához használt egyéb mechanizmusok a biotranszformáció és a kicsapódás a fémek bioszorpciójával együtt. A csapadék (biomineralizáció révén) izgalmas kilátás nyílik a fémek fémszennyezett vízi/tengeri rendszerekből történő kinyerésére (Golby et al., 2014). Például a fémfeldolgozó mikroba közösségek mikrobiális biotisztítóit lehetne alkalmazni a települési szennyvíztisztító telepeken, ahol évente több millió dollárnyi nemesfém szabadul fel (Dobson and Burgess, 2007; Westerhoff et al., 2015).
a közelmúltban robbanás történt a fémeken alapuló nano‐antimikrobiális szerek fejlesztésében (Dastjerdi and Montazer, 2010). Továbbá, egy izgalmas biotechnológia, amely mikrobákat használ zöld kémiai gyárakként fém nanoanyagok előállítására, fejlesztés alatt áll; ezeket a biofactory által előállított nanoanyagokat Nano‐MBA-ként vizsgálták hatékonyságuk és értékük szempontjából. Ilyen például az AuNP (Maliszewska et al., 2014), AgNP (Fayaz et al., 2010), SeNP (Cremonini et al., 2016; Piacenza et al., 2017) és TeNP (Srivastava et al., 2015). Itt baktériumokat használhatunk egy fémszennyező anyag kármentesítésére, hogy fenntartható módon új nano‐MBA anyagokat hozzunk létre. Mikrobák használata antimikrobiális tulajdonságokkal rendelkező fém nanoanyagok előállításához reális biotechnológiai ígéret a fenntarthatóság felé, mivel kihasználja a stabil nanoanyagok zöld szintetikus megközelítésének előnyeit, felülmúlva kémiailag szintetizált társaikat.
míg a kutatás a mai napig MBA jelentős ígéret, a megértés a toxikológiai ezen fémek emberre, állatállomány, növények és a (mikrobiális) – ökoszisztéma egészére hiányzik. A krónikus expozíciót gyakran figyelmen kívül hagyják. A fenntartható gyakorlat elérése érdekében az akut és krónikus expozíción alapuló politikákat szisztematikusan tanulmányozni kell a fémek antimikrobiális/biocid tulajdonságaival párhuzamosan.