användningen av metallföreningar som antimikrobiella medel sträcker sig tillbaka tusentals år och in i 20‐talet, bara för att ersättas med införandet av organiska antibiotika i mitten av 20-talet (Hobman och Crossman, 2015). Metallbaserade antimikrobiella medel (MBA) visar löfte om hållbarhet mot smittsamma sjukdomar (UN sustainable development goals ‐ 3.3), men deras användning och praxis påverkar andra SDG: er inklusive 3.9, 6.3 och 12.4 som alla relaterar till icke‐förorenade miljöer för ett hälsosamt liv.
det ultimata målet för antimikrobiella medel är hög effekt vid låg dos utan utveckling av resistens. Ett förnyat intresse för metaller som antimikrobiella och biocidala medel återspeglas i hopp om att mindre resistens kommer att utvecklas. Traditionella antibiotika tenderar att följa bullet-target-konceptet, som verkar på specifika biokemiska processer: replikering, transkription, översättning och andra hushållsmetaboliska enzymer, vilket ger enkel progressiv resistens (Tenover, 2006; Aminov, 2010). Alternativt verkar metaller rikta sig mot flera cellulära processer som leder till pleiotropa effekter på bakterieceller (Lemire et al., 2013).
det är nu allmänt känt att en mängd metalljoner är giftiga för bakterier (Nies, 1999; Harrison et al., 2004). Sammantaget är metallerna som alltmer övervägs för antimikrobiella medel typiskt inom övergångsmetallerna I d-blocket, (V, Ti, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Tb, W, Ag, Cd, Au, Hg) och några andra metaller och metalloider från grupperna 13-16 i det periodiska systemet (Al, Ga, Ge, As, Se, Sn, Sb, Te, Pb och Bi). En intressant upptäckt som gjordes för över 10 år sedan att metaller har stark effekt mot mikrober som växer som en biofilm (Teitzel och Parsek, 2003; Harrison et al., 2004). Detta var signifikant eftersom en avgörande fenotyp av biofilmer är deras antimikrobiella resistens (Stewart och Costerton, 2001). Dessutom har metaller visat viss effekt på persisterceller, de vilande varianterna av vanliga celler som var ogenomträngliga för antibiotika (Harrison et al., 2005A, b).
Vi har sett stor spridning kommersiell utplacering av MBA under de senaste decennierna, särskilt Cu och Ag. Studier har dokumenterat effektiviteten och prestandan hos metalljoner för ett antal medicintekniska produkter och produkter. Nedan följer några exempel: sårförband som innehåller Ag har visat sig vara ganska effektiva, vilket visar en 99% minskning av cellens livskraft (Boonkaew et al., 2014). Urinkatetrar belagda i Ag visar en signifikant fördel för patienter med urinvägsinfektioner, jämfört med traditionella legeringsbelagda katetrar (Rupp et al., 2004). Kombinationsbeläggningar producerade genom avsättning av Ag och Ti har också visat minskad cellviabilitet mot Staphylococcus aureus och Klebsiella pneumoniae, medan de inte visar någon cytotoxicitet mot epitel-och osteoblastceller (Ewald et al., 2006). Med ökande överföring från patogener på olika ytor har olika Cu-beläggningar undersökts för deras potential för att minska livskraften hos patogena mikroorganismer; rapporter har visat en minskning av Listeria monocytogenesnm (Wilks et al., 2006), Escherichia coli, inklusive en verocytotoxigenisk E. coli (Wilks et al., 2005), Mycobacterium tuberculosis (Mehtar et al. 2008), Salmonella enterica, Camplylobacter jejuni (fa Askorbndez et al., 2004), vankomycinresistenta enterokocker (Warnes och Keevil, 2011), meticillinresistenta S. aureus (Noyce et al., 2006). Bakteriens livskraft är på tidsskalorna på bara några minuter till några timmar med Cu-ytexponering, jämfört med andra ytor som rostfritt stål, PVC, aluminiumbrons och kiselbrons. Skyddande respiratoriska ansiktsmasker impregnerade med kopparoxid uppvisar förbättrad biocidaktivitet mot influensa (Borkow et al., 2010) och Cu‐impregnerade strumpor har visat sig förbättra läkning av mindre sår och nedskärningar hos diabetespatienter (Borkow et al., 2009). Det är också nu vanligt att se cu / Ag jonisatorer som används för att kontrollera Legionella i dricksvattendistributionssystem på sjukhus för att mildra nosokomiala infektioner (Lin et al., 2011). Kontrollen av många av de ovan nämnda organismerna är nyckeln till hälsohållbarhet, eftersom många noteras på den senaste WHO: s prioriterade patogenlista över vilka nya antibiotika som behövs (Tacconelli et al., 2017).
för närvarande kan metallinnehållande föreningar köpas i butiker och på webben; i själva verket har silver hittat sin väg till många konsumentprodukter, såsom kläder, deodorant, tandborstar, dricksglas och till och med silverjoniseringsmaskiner. Företag erbjuder nu silverbeläggningstjänster för en rad produkter, från golv till köksredskap och matlagringsbehållare, för att nämna några. Parallellt ser vi också användning av koppar för många av dessa typer av produkter. Produkt annons inkluderar förtroende för säkerheten för metallanvändning som ett antimikrobiellt, fortfarande, trots den rikedom av information som publiceras på mekanismerna för metalltoxicitet, i många fall de exakta mekanismer genom vilka de dödar mikrober, och deras effekt på mänskliga celler för den delen fortfarande oklart.
även om det är användbart i marknadsföring, kommer sådana vanliga användningar av MBA att leda till en förlust av effektivitet, liknande missbruk och överanvändning av antibiotika som har lett till multi‐antibiotikaresistensstammar och deras snabba förlust av effekt. Tyvärr kan det redan vara för sent, åtminstone för Ag och Cu, på grund av deras omfattande utplacering. Dessutom finns det redan många rapporter om korsresistens mellan olika metallbaserade antimikrobiella medel (t.ex. Cu och Ag korsresistens rapporterad av Torres‐Urquidy och Bright, 2012), vilket kan leda till multimetalresistens (MMR). Visst, mikrober, särskilt växande som en biofilm, har den inneboende förmågan att utveckla MMR (Harrison et al., 2007).
hållbarhetspraxis för användning av MBA bör också innehålla en diskussion om avfall. Vi ser redan MBA som används inom jordbruksindustrin för boskap och grödor, vilket leder till ökad metallbelastning i mark och nederbörd/bevattningsavrinning. Vidare verkar det finnas samtidig förekomst och coselection av antibiotikaresistensgener med metallresistensgener (Li et al., 2017). Som ett komplement till biotekniska tillvägagångssätt kan omic: s teknologirevolution, särskilt genomik och proteomik, ge biomarkörer för resistensegenskaper när de identifieras. I slutändan kan detta leda till hållbar användning av antimikrobiella metallmedel genom fokuserade/personliga applikationsmetoder, särskilt så där MBA inte används när resistensmarkörer är närvarande.
bioremediering av giftiga föroreningar inklusive metallerna är avgörande för hållbar hälsa och ekonomisk välfärd. Men i de flesta länder i världen är lagstiftningen svag och de måttliga böterna är för de flesta branscher helt enkelt betraktade kostnaden för att göra affärer. För det mesta finns det liten drivkraft för sanering och därmed ser vi i bästa fall gräva och dumpa eller stänga av praxis. Utan starkare lagstiftning och påföljder är det enda sättet att inspirera industrin att lägga till incitament mot en produkt i bioremedieringsprocessen. Detta blir nu en möjlighet inom bioremediering av metall-och metalloidföroreningar.
för att mildra denna metallföroreningskälla bör saneringsstrategier genom mikrobiell bioremediering användas. Även om resistens mot metaller kan ske genom minskat upptag eller utflödesmekanismer, är andra mekanismer som ska utnyttjas i bioteknik för metallbioremediering biotransformation och Utfällning tillsammans med biosorption av metaller. Nederbörd (genom biomineralisering) är en spännande möjlighet att återvinna metaller från metallförorenade akvatiska/marina system (Golby et al., 2014). Till exempel kan mikrobiella bio‐skrubber av metallbearbetningsmikrobesamhällen användas vid kommunala avloppsreningsplatser där miljontals dollar av ädla metaller släpps ut per år (Dobson och Burgess, 2007; Westerhoff et al., 2015).
nyligen har det skett en explosion i utvecklingen av nano‐antimikrobiella medel baserade på metaller (Dastjerdi och Montazer, 2010). Dessutom är en spännande bioteknik som använder mikrober som gröna kemiska fabriker för att producera metallnanomaterial under utveckling; dessa biofactory-producerade nanomaterials har utforskats för deras effektivitet och värderar som nano‐MBA. Exempel inkluderar AuNP (Maliszewska et al., 2014), AgNP (Fayaz et al., 2010), SeNP (Cremonini et al., 2016; Piacenza et al., 2017) och TeNP (Srivastava et al., 2015). Här kan man använda bakterier för sanering av ett metallförorenande ämne för att generera nya nano‐MBA-material på ett hållbart sätt. Att använda mikrober för att producera metallnanomaterialen med antimikrobiella egenskaper är ett realistiskt biotekniskt löfte mot hållbarhet, eftersom det utnyttjar gröna syntetiska tillvägagångssätt mot stabila nanomaterial, överlägsen deras kemiskt syntetiserade motsvarigheter.
medan forskning hittills på MBA har ett stort löfte saknas förståelsen för toxikologin hos dessa metaller på människor, boskap, grödor och det (mikrobiella) ekosystemet som helhet. Kronisk exponering ignoreras ofta. För att få en hållbar praxis måste policyer baserade på både akut och kronisk exponering systematiskt studeras parallellt med metallernas antimikrobiella/biocida egenskaper.