het gebruik van metaalverbindingen als antimicrobiële stoffen gaat duizenden jaren terug tot in de 20e eeuw, maar wordt pas vervangen door de introductie van organische antibiotica in het midden van de 20e eeuw (Hobman and Crossman, 2015). Op metaal gebaseerde antimicrobiële stoffen (MBA) zijn veelbelovend voor duurzaamheid ten opzichte van overdraagbare ziekten (UN sustainable development goals ‐ 3.3), maar hun gebruik en praktijken beïnvloeden andere SDG ‘ s, waaronder 3.9, 6.3 en 12.4 die alle betrekking hebben op niet‐vervuilde omgevingen voor een gezond leven.
het uiteindelijke doel van antimicrobiële stoffen is een hoge werkzaamheid bij lage dosering zonder de evolutie van resistentie. Een hernieuwde belangstelling voor metalen als antimicrobiële en biociden komt tot uiting in de hoop dat er minder resistentie zal ontstaan. Traditionele antibiotica hebben de neiging om het bullet‐target concept te volgen, handelend op specifieke biochemische processen: replicatie, transcriptie, vertaling en andere huishouding metabolische enzymen, die gemak van progressieve weerstand bieden (Tenover, 2006; Aminov, 2010). Als alternatief lijken metalen meerdere cellulaire processen te richten die leiden tot pleiotrope effecten op bacteriële cellen (Lemire et al., 2013).
Het is nu algemeen bekend dat een verscheidenheid aan metaalionen toxisch zijn voor bacteriën (Nies, 1999; Harrison et al., 2004). Over het algemeen zijn de metalen die in toenemende mate worden overwogen voor antimicrobiële stoffen typisch binnen de overgangsmetalen van het D‐blok, (V, Ti, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Tb, W, Ag, Cd, Au, Hg) en een paar andere metalen en metalloïden uit groepen 13-16 van het periodiek systeem (Al, Ga, Ge, As, Se, Sn, SB, te, Pb en Bi). Een interessante ontdekking die meer dan 10 jaar geleden werd gedaan dat Metalen een sterke werkzaamheid hebben tegen microben die als biofilm groeien (Teitzel and Parsek, 2003; Harrison et al., 2004). Dit was significant omdat een typisch fenotype van biofilms hun antimicrobiële resistentie is (Stewart and Costerton, 2001). Verder hebben metalen enige werkzaamheid aangetoond op persisterende cellen, de slapende varianten van reguliere cellen die ongevoelig waren voor antibiotica (Harrison et al., 2005a, b).
we hebben de afgelopen decennia een wijdverbreide commerciële inzet van MBA ‘ s gezien, met name Cu en Ag. Studies hebben de werkzaamheid en prestaties van metaalionen voor een aantal medische hulpmiddelen en producten gedocumenteerd. Hieronder volgt een paar voorbeelden: wondverbanden die Ag bevatten hebben bewezen vrij effectief te zijn, wat een 99% vermindering van de levensvatbaarheid van de cellen aantoont (Boonkaew et al., 2014). Urinaire katheters gecoat in Ag vertonen een significant voordeel voor patiënten met urineweginfecties, in vergelijking met traditionele legering gecoate katheters (Rupp et al., 2004). Combinatiecoatings geproduceerd door de depositie van Ag en Ti hebben ook een verminderde levensvatbaarheid van de cellen tegen Staphylococcus aureus en Klebsiella pneumoniae aangetoond, terwijl ze geen cytotoxiciteit vertonen voor epitheliale en osteoblastcellen (Ewald et al., 2006). Met toenemende overdracht van pathogenen op verschillende oppervlakken, zijn verschillende cu coatings onderzocht op hun potentieel in het verminderen van de levensvatbaarheid van pathogene micro-organismen; rapporten hebben een vermindering van Listeria monocytogenesnm aangetoond (Wilks et al., 2006), Escherichia coli, met inbegrip van een verocytotoxine-producerende E. coli (Wilks et al., 2005), Mycobacterium tuberculosis (Mehtar et al. 2008), Salmonella enterica, Camplylobacter jejuni (Faúndez et al., 2004), Vancomycine‐resistente enterokokken (Warnes and Keevil, 2011), methicilline‐resistente S. aureus (Noyce et al., 2006). De levensvatbaarheid van bacteriën is op de tijdschalen van slechts minuten tot een paar uur met CU oppervlakte blootstelling, in vergelijking met andere oppervlakken zoals roestvrij staal, PVC, aluminium brons en silicium brons. Beschermende respiratoire gezichtsmaskers geïmpregneerd met koperoxide vertonen verhoogde anti-influenza biocide activiteit (Borkow et al., 2010) en CU-geïmpregneerde sokken hebben aangetoond dat ze de genezing van kleine wonden en snijwonden bij diabetespatiënten verbeteren (Borkow et al., 2009). Het is nu ook gebruikelijk dat cu / Ag-ionizers worden gebruikt voor de bestrijding van Legionella in drinkwaterdistributiesystemen in ziekenhuizen om nosocomiale infecties te verminderen (Lin et al., 2011). De bestrijding van veel van de hierboven genoemde organismen is van cruciaal belang voor de duurzaamheid van de gezondheid, zoals velen worden vermeld op de recente who priority pathogenes list waarvan nieuwe antibiotica dringend nodig zijn (Tacconelli et al., 2017).momenteel kunnen metaalhoudende verbindingen in winkels en op internet worden gekocht; zilver heeft zijn weg gevonden in talrijke consumentenproducten, zoals kleding, deodorant, Tandenborstels, drinkglazen en zelfs zilverionisatorwasmachines. Bedrijven bieden nu silver coating diensten aan voor een scala aan producten, van vloeren tot keukengerei, en opslagcontainers voor voedsel, om er maar een paar te noemen. Tegelijkertijd zien we ook het gebruik van koper voor veel van deze soorten producten. Productreclame omvat vertrouwen in de veiligheid van metaalgebruik als antimicrobieel, nog steeds, ondanks de schat aan informatie gepubliceerd over de mechanismen van metaaltoxiciteit, in veel gevallen De precieze mechanismen waardoor ze microben doden, en hun effect op menselijke cellen wat dat betreft nog steeds onduidelijk.
hoewel dit nuttig is voor het op de markt brengen, zullen dergelijke veelgebruikte toepassingen van MBA ‘ s leiden tot een verlies aan effectiviteit, vergelijkbaar met het misbruik en overmatig gebruik van antibiotica die hebben geleid tot multi‐antibiotische resistentiestammen en hun snelle verlies van werkzaamheid. Helaas kan het al te laat zijn, althans voor Ag en Cu, vanwege hun wijdverbreide inzet. Daarnaast zijn er al tal van meldingen rond kruisresistentie tussen verschillende op metaal gebaseerde antimicrobiële stoffen (bijvoorbeeld Cu en Ag kruisresistentie gerapporteerd door Torres‐Urquidy en Bright, 2012), die kan leiden tot multimetale resistentie (MMR). Zeker, microben, in het bijzonder groeien als een biofilm, hebben de inherente capaciteit om MMR (Harrison et al., 2007).
Duurzaamheidspraktijken van het gebruik van MBA ‘ s moeten ook een discussie over afval omvatten. We zien al MBA ‘ s gebruikt in de agrarische industrie voor vee en gewassen, wat leidt tot een verhoogde metaalbelasting in de bodem en neerslag/irrigatie runoff. Verder lijken er co‐occurrence en coselectie van antibiotische resistentiegenen met metalen resistentiegenen (Li et al., 2017). Als aanvulling op biotechnologische benaderingen, kan de technologische revolutie van omic, in het bijzonder genomica en proteomica, biomarkers voor weerstandstrekken verstrekken zodra zij worden geà dentificeerd. Uiteindelijk, kan dit tot het duurzame gebruik van metaalantimicrobials door gerichte/gepersonaliseerde toepassingsbenaderingen leiden, vooral zo waar MBA ‘ s niet worden ingezet wanneer weerstandsmarkers aanwezig zijn.
bioremediatie van toxische verontreinigende stoffen, waaronder de metalen, is van cruciaal belang voor duurzame gezondheid en economisch welzijn. In de meeste landen ter wereld is de wetgeving echter zwak en worden de gematigde boetes voor de meeste industrieën gewoon beschouwd als de kosten van zakendoen. Voor het grootste deel is er weinig drijvende kracht voor sanering en dus zien we graven en dumpen of afrastering praktijken op zijn best. Zonder strengere wetgeving en sancties is de enige manier om de industrie te inspireren toegevoegde prikkels voor een product in het bioremediatieproces. Dit wordt nu een mogelijkheid op het gebied van bioremediatie van metalen en metalloïde contaminanten.
om deze bron van metaalverontreinigende stoffen te beperken, moeten saneringsstrategieën door middel van microbiële bioremediatie worden toegepast. Hoewel de weerstand tegen metalen door verminderde opname of effluxmechanismen kan zijn, zijn andere mechanismen die in de biotechnologie voor metaalbioremediatie moeten worden geëxploiteerd biotransformatie en precipitatie samen met biosorptie van metalen. Precipitatie (door middel van biomineralisatie) is een spannend vooruitzicht om metalen te recupereren uit metaal verontreinigde aquatische/mariene systemen (Golby et al., 2014). Bijvoorbeeld microbiële bio-scrubbers van metaalverwerking microbe gemeenschappen kunnen worden gebruikt op gemeentelijke afvalwaterzuiveringslocaties waar miljoenen dollars aan edelmetalen worden vrijgegeven per jaar (Dobson and Burgess, 2007; Westerhoff et al ., 2015).
onlangs is er een explosie geweest in de ontwikkeling van nano‐antimicrobiële stoffen op basis van metalen (Dastjerdi and Montazer, 2010). Bovendien, is een opwindende biotechnologie die microben als groene chemische fabrieken gebruiken om metaalnanomaterialen te produceren in ontwikkeling; deze biofactory-geproduceerde nanomaterialen zijn onderzocht voor hun doeltreffendheid en waarde als nano‐MBA. Voorbeelden hiervan zijn AuNP (Maliszewska et al., 2014), AgNP (Fayaz et al., 2010), SeNP (Cremonini et al., 2016; Piacenza et al., 2017) en TeNP (Srivastava et al., 2015). Hier kan men bacteriën gebruiken voor de sanering van een metaalverontreinigende stof om nieuwe nano‐MBA materialen op een duurzame manier te genereren. Het gebruiken van microben om het metaal nanomaterialen met antimicrobial eigenschappen te produceren is een realistische biotechnologische belofte naar duurzaamheid, aangezien het voordeel van groene synthetische benaderingen naar stabiele nanomaterialen, superieur aan hun chemisch gesynthetiseerde tegenhangers neemt.
hoewel het onderzoek naar MBA ‘ s tot nu toe veelbelovend is, ontbreekt het aan inzicht in de toxicologie van deze metalen op mensen, vee, gewassen en het (microbiële) ecosysteem als geheel. Chronische blootstelling wordt vaak genegeerd. Om tot een duurzame praktijk te komen, moet beleid op basis van zowel acute als chronische blootstelling systematisch worden bestudeerd, parallel met de antimicrobiële/biocidale eigenschappen van metalen.