 Final-3.jpg "Avicultura")
RezistenÈ›a microorganismelor la agenÈ›ii antimicrobieni – o problemă de actualitate în sectorul zootehnic
Chiar din anii 2000, Uniunea Europeană a interzis utilizarea antibioticelor ca promotori de creÈ™tere (Parlamentul European È™i Consiliul European, 2003). Cu toate acestea, antibioticele au fost utilizate în continuare în scopul contracarării episoadelor endemice sau recurente de boală, fapt ce prezintă un risc major privind transferul bacteriilor rezistente la agenÈ›ii antimicrobieni (sau al elementelor ce codifică genetic această caracteristică) de la animal la om, prin alimente È™i nu numai (Davies È™i Wales, 2019).
O mare parte dintre antibioticele utilizate astăzi a fost dezvoltată având la bază chiar compuÈ™ii obÈ›inuÈ›i de la microorganisme, aceÈ™tia având rolul de a distruge competiÈ›ia de ordin microbian. De exemplu, penicilina a fost derivată dintr-un compus chimic produs de speciile de mucegaiuri Penicillium (O’Bryan È™i col., 2018).
Speciile bacteriene ce prezintă rezistență la antibiotice È™i care totodată constituie un risc în zootehnie sunt microorganisme ce provoacă zoonoze, fiind transmisibile mai ales prin alimente. Considerate a fi cele mai riscante sunt: Salmonella enterica, Campylobacter spp. È™i Staphylococcus aureus (rezistent la meticilină, denumit astfel MRSA). Acestea joacă un rol activ în apariÈ›ia zoonozelor, însă sunt responsabile È™i de transmiterea elementelor genetice (plasmide) ce codifică rezistenÈ›a la antibiotice (Davies È™i Wales, 2019).
Speciile bacteriene deÈ›in gene ce codifică rezistenÈ›a, în absenÈ›a unor factori ce pot exercita presiune antropogenă de selecÈ›ie (Allen, 2014).
1. Principalele potențiale cauze ale apariției rezistenței la antibiotice
Cauza principală a antibiorezistenţei, identificată inițial, este utilizarea antibioticelor cu scop curativ, la nivel de fermă. Mecanismul de declanșare a acestui tip de rezistență este bazat pe:
- Apariția unei mutații ce afectează sit-urile țintă pentru antibiotice;
- Creșterea fenomenului de expresie a genelor ce codifică rezistența;
- Selecția pentru multiplicare pe orizontală a genelor de rezistență (Davies și Wales, 2019).
Gillings (2016) susÈ›ine că a doua cauză, la nivel de fermă, este utilizarea antibioticelor, fapt ce determină creÅŸterea frecvenÈ›ei transferului conjugat dintre bacterii a materialului genetic responsabil pentru apariÈ›ia rezistenÈ›ei. Cu toate acestea, mecanismul unui astfel de transfer este încă insuficient studiat la acest moment.
În 2011, EFSA (2011b) a publicat un raport în care menÈ›ionează faptul că există inclusiv posibilitatea transferului vertical, de la o rasă importată, purtătoare a genelor responsabile de rezistenÈ›a la antibiotice, la o alta. Mecanismul de transfer vertical este însoÈ›it de recircularea locală È™i de selecÈ›ie.
Bennet (2008) sugerează faptul că genele de rezistență sunt transmise de la o bacterie la alta, prin intermediul unui transfer de gene pe orizontală. Aceste gene sunt transmise prin: transducÈ›ie (bacteriofagi È™i integroni, ca mijloc de transport), conjugare (prin plasmide È™i transpozoni conjuganÈ›i) sau prin transformare (prin încorporare de ADN cromozomial din plasmidele cuprinse într-un cromozom). Ulterior, genele transferate sunt încorporate într-un cromozom prin recombinare sau transpoziÈ›ie, fapt ce poate determina modificări ale secvenÈ›ei genetice.
2. Factori de risc al rezistenÈ›ei la antibiotice pentru activitatea desfășurată în unitățile avicole
PrezenÈ›a microorganismelor enterice cu potenÈ›ial zoonotic (Salmonella È™i Campylobacter) în unitățile de creÈ™tere a păsărilor a sporit atenÈ›ia specialiÈ™tilor prin creÈ™terea incidenÈ›ei rezistenÈ›ei la antibiotice, o rezistență vizibilă inclusiv în cazul microorganismelor comensale (E. coli). Acestea din urmă prezintă capacitatea de a fi purtătoare de elemente mobile de rezistență, precum plasmidele, fapt ce poate determina transferul rezistenÈ›ei la antibiotice către ale specii bacteriene (Wales È™i Davies, 2019).
Nivelul crescut de rezistență la antibiotice, în cazul speciilor de Salmonella (Hur È™i col., 2012) este atribuită mai multor mecanisme: producÈ›ia de enzime cu rol de inactivare a antibioticelor, reducerea permeabilității celulelor bacteriene, activarea unor pompe de flux È™i modificarea target-ului celular pentru substanÈ›e necunoscute sau care nu au fost deja aprobate.
Într-un studiu din 2004, Mayrhofer È™i col. au analizat cu atenÈ›ie rezistenÈ›a la acÈ›iunea antibioticelor a cinci specii separate de microorganisme de interes din punct de vedere al siguranÈ›ei alimentelor, izolate din carnea provenită de la trei specii: porc, vită È™i pui.
Aceștia au descoperit următoarele:
- Rezistența la antibiotice a speciilor de Campylobacter, Salmonella și E. coli (patogenic) a fost extrem de crescută și ratele de rezistență au fost similare;
- Salmonella È™i E. coli au dezvoltat rezistență la mai multe clase de antibiotice – de exemplu, la E. coli È™i Salmonella, s-a observat o asociere a rezistenÈ›ei la acid nalidixic cu cea la ciprofloxacin;
- La speciile de Campylobacter È™i Salmonella, rezistenÈ›a la quinolone a atins un nivel de 40%, în comparaÈ›ie cu E. coli. În acest ultim caz, rezistenÈ›a s-a observat la carnea provenită de la pui;
- Toate speciile studiate au prezentat rezistență la tetraciclină, acest fapt sugerând conexiunea dintre antibioticele utilizate frecvent în tratamentul animalelor de interes economic È™i rezistenÈ›a microorganismelor la aceleaÈ™i clase de antibiotice.
S-a constatat că rezistenÈ›a la antibiotice poate fi asociată cu câÈ›iva factori externi de biosecuritate, precum proximitatea unităților de creÈ™tere a suinelor, sau personalul ce lucrează concomitent cu alte specii de interes economic. Conform Wales È™i Davies (2019), o serie de măsuri, precum separarea activităților desfășurate în cadrul efectivelor (utilizarea de echipament separat pentru fiecare, de exemplu), pare a prezenta o eficiență acceptabilă.
Un alt factor de risc poate fi considerat prezenÈ›a păsărilor sălbatice în proximitatea unității de creÈ™tere. AceiaÈ™i autori menÈ›ionează rolul potenÈ›ial protector al următorilor factori: utilizarea unei măști de către lucrători, suprafeÈ›ele cu care păsările intră în contact au fost curățate temeinic de praf È™i unitățile de furajare au fost igienizate È™i dezinfectate.
Înlocuirea antibioticelor cu alte substanÈ›e de tipul probioticelor, prebioticelor, simbioticelor sau acizilor organici poate reprezenta o variantă potrivită, alături de măsurile de biosecuritate. Aceasta reprezintă o soluÈ›ie agreată nu numai de specialiÈ™tii din industria avicolă, ci È™i de consumatori, ca alternativă la antibiotice. În 2003, ulterior interzicerii utilizării antibioticelor ca promotori de creÈ™tere, Edens sugera faptul că industria avicolă (ca parte a sectorului zootehnic) ar putea fi impactată economic prin introducerea probioticelor. Însă, acelaÈ™i autor indică È™i faptul că utilizarea produselor alternative, precum probioticele, este benefică pe termen lung. Nu toate produsele din această categorie funcÈ›ionează în acelaÈ™i mod, astfel influenÈ›ând diferit statusul fiziologic la nivel intestinal.
Probioticele au demonstrat eficacitatea prin inhibarea dezvoltării speciilor bacteriene patogene atât in vitro cât È™i in vivo, prin diferite mecanisme:
1) Menținerea unei microflore intestinale prin excludere competitivă și prin antagonism;
2) Alterarea metabolismului prin creșterea activității enzimelor digestive și scăderea eficienței activității enzimelor bacteriene și producției de amoniac;
3) Îmbunătățirea ingestiei de furaj È™i a digestiei;
4) Stimularea sistemului imunitar (Lutful Kabir, 2009).
Prebioticele utilizate predominant sunt produsele pe bază de fructooligozaharide (inulină, oligofructoză, FOS - abreviere a termenului „Fructooligosaccharide”). Acestea au principalul rol de îmbogățire selectivă a populaÈ›iilor bacteriene benefice. Pe de altă parte, mannanoligozaharidele (MOS), utilizate, de asemenea, cu succes, în acelaÈ™i mod, nu funcÈ›ionează prin acelaÈ™i mecanism. Acestea din urmă acÈ›ionează prin legarea È™i îndepărtarea agenÈ›ilor patogeni de la nivel intestinal, stimulând concomitent sistemul imunitar (Patterson È™i Burkholder, 2003).
Bacteriofagii au fost, de asemenea, incluÈ™i în lista produselor alternative pentru prevenirea È™i abordarea infecÈ›iilor bacteriene la păsări, primul produs comercial fiind lansat în 1930.
Pentru potențialele aplicații din industria avicolă, s-au realizat studii pentru următoarele specii bacteriene: Salmonella, Campylobacter, E. coli și Clostridium perfringens (Hume, 2011).
În privinÈ›a uleiurilor esenÈ›iale, acestea sunt
cunoscute pentru stimularea secreÈ›iilor enzimelor digestive, stimularea circulaÈ›iei sanguine, exercitarea proprietăților antioxidante, reducerea încărcăturii de bacterii patogene din organism È™i creÈ™terea sistemului imunitar (Brenes È™i Roura, 2010).
Extractele din plante au demonstrat proprietăți antimicrobiene, anticoccidiene, fungicide și antioxidante. Astfel, carvacrol, thymol și cinnamaldehida au produs inhibarea dezvoltării bacteriilor Gram negative, precum E. coli și S. enterica serovar typhimurium (Applegate și col., 2010).
Cu toate acestea, există și un dezavantaj, mai precis faptul că lactobacilii ar putea, de asemenea, prezenta sensibilitate la efectele antimicrobiene ale uleiurilor esențiale.
3. Posibilități de ordin tehnic pentru studierea rezistenței speciilor bacteriene la antibiotice
Analiza metagenomică a întregului ADN din cadrul unei comunități bacteriene poate reprezenta o metodă eficientă pentru evaluarea genelor ce codifică acest tip de rezistență (Allen, 2014). Această metodă poate fi folosită practic pentru descoperirea unor aspecte neprevăzute ale ecologiei genelor de rezistență la antibiotice. De asemenea, adnotarea genelor de rezistență la antibiotice a fost mult îmbunătățită, mai întâi prin ARDB (Antibiotice Resistance Gene Database) È™i ulterior prin CARD (Comprehensive Antibiotice Resistance Database).
În 2005, Perreten È™i col. au dezvoltat un test pentru detecÈ›ia a 90 de gene ce codifică rezistenÈ›a bacteriilor Gram pozitive la antibiotice, prin metoda hibridizării. Fiecare genă ce codifică rezistenÈ›a la antibiotice este reprezentată prin două oligonucleotide specifice selectate din secvenÈ›e ale familiilor genetice, cu excepÈ›ia a nouă gene pentru care nu s-au putut dezvolta oligonucleotide. În acest multitest, a fost identificat un număr de 137 de oligonucleotide, fiecare test din serie fiind supus unei hibridizări cu 36 de tulpini purtătoare de gene ce codifică rezistenÈ›a la antibiotice. Acestea au permis testarea sensibilității È™i specificității pentru 125 de oligonucleotide. Utilizând acest test, Perreten È™i col. (2005) au realizat detecÈ›ia a 12 gene de rezistență la antibiotice pentru specia Staphylococcus haemolyticus È™i 6 pentru Clostridium pefringens. Testul conceput în cadrul acestui studiu, denumit ArrayTube, poate fi astfel utilizat ca metodă rapidă de detecÈ›ie a genelor de rezistență pentru speciile bacteriene Gram pozitive.
O altă metodă de identificare a genelor responsabile pentru codificarea rezistenÈ›ei la antibiotice a speciilor bacteriene a fost propusă în 2014 de Gupta È™i col., fiind denumită ARG-ANNOT (Antibiotice Resistance Gene-ANNOTation). Aceasta reprezintă un sistem bioinformatic creat pentru identificarea genelor ce codifică rezistenÈ›a la antibiotice, atât cele existente È™i cât È™i cele nedescoperite încă, din genomul bacterian. Utilizând baza de date GenBank a NCBI (National Center for Biotechnology Information - https://www.ncbi.nlm.nih.gov/), autorii au construit o nouă bază de date ce conÈ›ine 1689 de gene de rezistență. Programul ce realizează identificarea acestor gene, pe baza materialelor analizate (genom specie bacteriană), este denumit BLAST.
Bibliografie
Allen H.K. (2014). Antibiotic resistance gene discovery in food-producing animals, Current Opinion in Microbiology, 19: 25-29.
Applegate T.J., Klose V., Steiner T., Ganner A., Schatzmayr G. (2010). Probiotics and phytogenics for poultry: Myth or reality? The Journal of Applied Poultry Research, 19 (2): 194-210.
Bennet P.M. (2008). Plasmid encoded antibiotic resistance: acquisition and transfer of antibiotice resistance genes in bacteria, British Journal of Pharmacology, 153, 347-357.
Brenes A., Roura E. (2010). Essential oils in poultry nutrition: main effects and modes of action, Animal Feed Science and Technology, 158 (1-2): 1-14.
Davies R., Wales A. (2019). Antimicrobial Resistance on Farms: A Review Including Biosecurity and the Potential Role of Disinfectants in Resistance Selection, Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 18 (3): 753-774.
Edens F.W. (2003). An alternative for antibiotic use in poultry: probiotics, Brazilian Journal of Poultry Science, 5 (2).
http://www.scielo.br/scielo.php?pid=s1516-635x2003000200001&script=sci_arttext
EFSA (2011b). Scientific opinion on the public health risks of bacterial strains producing extended-spectrum β-lactamases and/or AmpC β-lactamases in food and food producing animals: ESBL/AmpC in food-producing animals and foods, EFSA Journal, 9 (8), 2322.
Gillings, M.R. (2016). Lateral gene transfer, bacterial genome evolution, and the Anthropocene. Annals of the New York Academy of Sciences, 1389 (1), 20-36.
Gupta S.K., Padmanabhan B.R., Diene S.M., Lopez-Rojas R., Kempf M., Landraud L., ROlain J.-M. (2014). ARG-ANNOT, a new bioinformatic tool to discover antibiotic resistance genes in bacterial genomes, Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 58 (1): 212-22-.
Hume M.E. (2011). Historic perspective: prebiotics, probiotics and other alternatives to antibiotics, Poultry Science, 90 (11): 2662-2669.
Hur J., Jawale C., Hwa Lee J. (2012). Antimicrobial resistance of Salmonella isolated from food animals: a review, Food Research International, 45: 810-830.
Lutful Kabir S.M. (2009). The role of probiotics in the poultry industry, International Journal of Molecular Sciences, 10: 3631-3546.
Mayrhofer S., Paulsen P., Smulders F.J.M., Hilbert F. (2004). Antimicrobial resistance profile of five major food-borne pathogens isolated from beef, pork and poultry, International Journal of Food Microbiology, 97, 23-29.
O’Bryan C.A., Crandall P.G., Ricke S.C. (2018). Chapter 6 – Antimicrobial Resistance to Foodborne Pathogens, in: Food and Feed Safety Systems and Analysis, p. 99-115.
Parlamentul European È™i Consiliul European, 2003 – Regulamentul CE nr. 1831/2003 al Parlamentului European È™i al Consiliului din 22 Septembrie 2003 cu privire la utilizarea aditivilor în hrana animalelor. Official Journal of the European Union, 46, 29-43.
Patterson J.A., Burkholder K.M. (2003). Application of prebiotics and probiotics in poultry production, Poultry Science, 82 (4): 627-631.
Perreten V., Vorlet-Fawer L., Slickers P., Ehricht R., Kuhnert P., Frey J. (2005). Microarray-Based Detection of 90 Antibiotic Resistance Genes of Gram-positive Bacteria, Journal of Clinical Microbiology, 43 (5): 2291-2302.
Wales A., Davies R. (2019). Antimicrobial drug resistance in Salmonella and related organisms in poultry – what do we know about risk factors? Proceedings of Turkey Science and Production Conference, March 2019, p. 3-7.