utilizarea compușilor metalici ca agenți antimicrobieni se întinde în urmă cu mii de ani și în secolul 20, doar pentru a fi înlocuită de introducerea antibioticelor organice la mijlocul secolului 20 (Hobman și Crossman, 2015). Antimicrobienele pe bază de metal (MBA) arată promisiunea durabilității față de bolile transmisibile (obiectivele de Dezvoltare Durabilă ale ONU‐3.3), totuși utilizarea și practicile lor influențează alte ODD ‐ uri, inclusiv 3.9, 6.3 și 12.4, care se referă la medii nepoluate pentru o viață sănătoasă.
scopul final al antimicrobienelor este eficacitatea ridicată la doze mici, fără evoluția rezistenței. Un interes reînnoit pentru metale ca agenți antimicrobieni și biocizi se reflectă în speranța că va evolua o rezistență mai mică. Antibioticele tradiționale tind să urmeze conceptul glonț‐țintă, acționând asupra proceselor biochimice specifice: replicare, transcriere, traducere și alte enzime metabolice de menaj, care asigură ușurința rezistenței progresive (Tenover, 2006; Aminov, 2010). Alternativ, metalele par să vizeze mai multe procese celulare care duc la efecte pleiotropice asupra celulelor bacteriene (Lemire și colab., 2013).
acum este cunoscut faptul că o varietate de ioni metalici sunt toxici pentru bacterii (Nies, 1999; Harrison și colab., 2004). În general, metalele care sunt luate în considerare din ce în ce mai mult pentru agenții antimicrobieni sunt de obicei în metalele de tranziție ale blocului d (V, Ti, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Tb, W, Ag, Cd, Au, Hg) și alte câteva metale și metaloizi din grupele 13-16 din tabelul periodic (Al, Ga, Ge, As, Se, Sn, SB, Te, Pb și Bi). O descoperire interesantă făcută în urmă cu peste 10 ani că metalele au o eficacitate puternică împotriva microbilor care cresc ca biofilm (Teitzel și Parsek, 2003; Harrison și colab., 2004). Acest lucru a fost semnificativ, deoarece un fenotip chintesențial al biofilmelor este rezistența lor antimicrobiană (Stewart și Costerton, 2001). Mai mult, metalele au arătat o oarecare eficacitate asupra celulelor persistente, variantele latente ale celulelor obișnuite care erau impermeabile la antibiotice (Harrison și colab., 2005a, b).
am văzut o largă răspândire comercială a MBA-urilor în ultimele decenii, în special Cu și Ag. Studiile au documentat eficacitatea și performanța ionilor metalici pentru o serie de dispozitive și produse medicale. Mai jos urmează câteva exemple: pansamentele care conțin Ag s-au dovedit a fi destul de eficiente, demonstrând o reducere cu 99% a viabilității celulare (Boonkaew și colab., 2014). Cateterele urinare acoperite cu Ag prezintă un beneficiu semnificativ pentru pacienții cu infecții ale tractului urinar, în comparație cu cateterele tradiționale acoperite cu aliaj (Rupp și colab., 2004). Acoperirile combinate produse prin depunerea Ag și Ti au demonstrat, de asemenea, scăderea viabilității celulare împotriva Staphylococcus aureus și Klebsiella pneumoniae, în timp ce nu prezintă citotoxicitate celulelor epiteliale și osteoblaste (Ewald și colab., 2006). Odată cu creșterea transmiterii de la agenți patogeni pe diferite suprafețe, au fost examinate diferite acoperiri Cu pentru potențialul lor de scădere a viabilității microorganismelor patogene; rapoartele au demonstrat o reducere a Listeria monocytogenesnm (Wilks și colab., 2006), Escherichia coli, inclusiv un E. coli verocitotoxigenic (Wilks și colab., 2005), Mycobacterium tuberculosis (Mehtar și colab. 2008), Salmonella enterica, Camplylobacter jejuni (Fa si colab., 2004), enterococi rezistenți la vancomicină (Warnes și Keevil, 2011), S. aureus rezistent la meticilină (Noyce și colab., 2006). Viabilitatea bacteriilor este pe intervale de timp de doar câteva minute până la câteva ore cu expunerea la suprafața Cu, în comparație cu alte suprafețe, cum ar fi oțelul inoxidabil, PVC, bronzul de aluminiu și bronzul de siliciu. Măștile de protecție respiratorie impregnate cu oxid de cupru prezintă o activitate biocidă antigripală îmbunătățită (Borkow și colab., 2010) și șosetele impregnate cu Cu s‐au dovedit a îmbunătăți vindecarea rănilor și tăieturilor minore la pacienții diabetici (Borkow și colab., 2009). De asemenea, acum este obișnuit să se vadă Ionizatoare Cu/Ag utilizate pentru controlul Legionella în sistemele de distribuție a apei potabile din spitale pentru a atenua infecțiile nosocomiale (Lin și colab., 2011). Controlul multor organisme menționate mai sus este esențial pentru sustenabilitatea sănătății, deoarece multe sunt menționate pe lista recentă a agenților patogeni prioritari OMS, dintre care sunt necesare urgent noi antibiotice (Tacconelli și colab., 2017).
în prezent, compușii care conțin metale pot fi achiziționați în magazine și pe Web; de fapt, argintul și‐a găsit drumul în numeroase produse de consum, cum ar fi îmbrăcăminte, deodorant, periuțe de dinți, pahare de băut și chiar mașini de spălat cu ionizator de argint. Companiile oferă acum servicii de acoperire cu argint pentru o gamă largă de produse, de la podele la ustensile de bucătărie și containere de depozitare a alimentelor, pentru a numi câteva. În paralel, vedem și utilizarea cuprului pentru multe dintre aceste tipuri de produse. Publicitatea produsului include încrederea în siguranța utilizării metalelor ca antimicrobian, totuși, în ciuda bogăției de informații publicate cu privire la mecanismele de toxicitate a metalelor, în multe cazuri mecanismele precise prin care ucid microbii, iar efectul lor asupra celulelor umane rămâne neclar.
deși utile în marketing, astfel de utilizări comune ale MBA‐urilor vor duce la o pierdere a eficacității, similar cu utilizarea abuzivă și excesivă a antibioticelor care a dus la tulpini de rezistență multi-antibiotice și la pierderea rapidă a eficacității acestora. Din păcate, este posibil să fie deja prea târziu, cel puțin pentru Ag și Cu, din cauza implementării lor pe scară largă. În plus, există deja numeroase rapoarte privind rezistența încrucișată între diferite antimicrobiene pe bază de metal (de exemplu, rezistența încrucișată Cu și Ag raportată de Torres‐Urquidy și Bright, 2012), care poate duce la rezistență multimetală (MMR). Desigur, microbii, în special în creștere ca biofilm, au capacitatea inerentă de a dezvolta MMR (Harrison și colab., 2007).
practicile de durabilitate ale utilizării MBA ar trebui să includă, de asemenea, o discuție despre deșeuri. Vedem deja MBA-uri utilizate în industria agricolă pentru animale și culturi, ceea ce duce la o încărcare crescută a metalelor în soluri și la scurgerea precipitațiilor/irigațiilor. Mai mult, se pare că există co‐apariție și coselecție a genelor de rezistență la antibiotice cu gene de rezistență la metal (Li și colab., 2017). Ca o completare a abordărilor biotehnologice, revoluția tehnologică a omic, în special genomica și proteomica, poate oferi biomarkeri pentru trăsăturile de rezistență odată identificate. În cele din urmă, acest lucru poate duce la utilizarea durabilă a antimicrobienelor metalice prin abordări de aplicare concentrate/personalizate, în special în cazul în care MBA-urile nu sunt implementate atunci când sunt prezenți markeri de rezistență.
Bioremedierea poluanților toxici, inclusiv a metalelor, este esențială pentru sănătatea susținută și bunăstarea economică. Cu toate acestea, în majoritatea țărilor din lume, legislația este slabă, iar amenzile moderate sunt pentru majoritatea industriilor considerate pur și simplu costul de a face afaceri. În cea mai mare parte, există puțină forță motrice pentru remediere și, prin urmare, vedem săpați și aruncați sau opriți practicile în cel mai bun caz. Fără o legislație și sancțiuni mai stricte, singura modalitate de a inspira industria este adăugarea de stimulente pentru un produs în procesul de bioremediere. Acest lucru devine acum o posibilitate în domeniul bioremedierii contaminanților metalici și metaloizi.
pentru a atenua această sursă de poluanți metalici, ar trebui utilizate strategii de remediere prin bioremediere microbiană. Deși rezistența la metale poate fi prin mecanisme de absorbție sau eflux scăzute, alte mecanisme care trebuie exploatate în biotehnologie pentru bioremedierea metalelor sunt biotransformarea și precipitarea împreună cu biosorbția metalelor. Precipitarea (prin biomineralizare) este o perspectivă interesantă de recuperare a metalelor din sistemele acvatice/marine contaminate cu metale (Golby și colab., 2014). De exemplu, bio‐scruberele microbiene ale comunităților de microb de prelucrare a metalelor ar putea fi folosite la siturile municipale de tratare a apelor uzate unde milioane de dolari de metale prețioase sunt eliberate pe an (Dobson și Burgess, 2007; Westerhoff și colab., 2015).
recent, a avut loc o explozie în dezvoltarea nano‐antimicrobienelor pe bază de metale (Dastjerdi și Montazer, 2010). În plus, o biotehnologie interesantă care utilizează microbi ca fabrici chimice verzi pentru a produce nanomateriale metalice este în curs de dezvoltare; aceste nanomateriale produse de biofactory au fost explorate pentru eficacitatea și valoarea lor ca nano‐MBA. Exemplele includ AuNP (Maliszewska și colab., 2014), AgNP (Fayaz și colab., 2010), SeNP (Cremonini și colab., 2016; Piacenza și colab., 2017) și TeNP (Srivastava și colab., 2015). Aici, se pot folosi bacterii pentru remedierea unui poluant metalic pentru a genera noi materiale nano‐MBA într-un mod durabil. Utilizarea microbilor pentru a produce nanomaterialele metalice cu proprietăți antimicrobiene este o promisiune biotehnologică realistă către durabilitate, deoarece profită de abordările sintetice verzi către nanomateriale stabile, superioare omologilor lor sintetizați chimic.în timp ce cercetările de până acum privind MBA‐urile au o promisiune considerabilă, înțelegerea toxicologiei acestor metale asupra oamenilor, animalelor, culturilor și ecosistemului (microbian) în ansamblu lipsește. Expunerea cronică este adesea ignorată. Pentru a obține o practică durabilă, politicile bazate atât pe expunerea acută, cât și pe cea cronică trebuie studiate sistematic în paralel cu proprietățile antimicrobiene/biocide ale metalelor.