CC BY
39
УДК 579.26; 574.2
DOI: 10.24412/1728-323X-2020-6-20-23
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ
БАКТЕРИЯМИ С МНОЖЕСТВЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТЬЮ К АНТИБИОТИКАМ
И. Н. Лыков, доктор биологических наук,
профессор, научный руководитель
Института естествознания
и Медицинского института
Калужского государственного университета
им. К. Э. Циолковского, Калуга, Россия,
linprof47@yandex.ru,
К. И. Жулин, Е. А. Лебедева,
Л. Е. Матусевич,
Муниципальное бюджетное образовательное учреждение дополнительного образования «Детско-юношеский центр космического образования «Галактика» города Калуги, «БИОКВАНТОРИУМ», Калуга, Россия
В большинстве помещений воздух содержит множество биоаэрозолей, которые активно загрязняют различные поверхности. Кроме того, поверхности загрязняются при ежедневном и активном контакте людей, что способствует передаче инфекции и может серьезно повлиять на здоровье человека. Целью настоящего исследования является оценка и сравнение общего микробного загрязнения наиболее эксплуатируемых поверхностей. Объектами исследования были общественные унитазы, дверные ручки, учебные столы в школах и университете, клавиатуры в компьютерных классах, мобильные телефоны школьников и студентов, наушники. Наши результаты подтвердили высокую степень загрязнения поверхностей бактериями, некоторые из которых являются условно-патогенными микроорганизмами для человека. Среди выделенных и идентифицированных микроорганизмов наибольшую распространенность имели Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Enterococcus faecalis, Pseudomonas aeruginosa, а также спорообразующие палочки (Bacillus spp.). Бактериальное загрязнение поверхностей варьировало в пределах от 9,1 до 138 КОЕ/см . Наибольшее количество микроорганизмов обнаружено на клавиатуре, дверных ручках, унитазах и сотовых телефонах. Меньше всего микроорганизмов находилось на поверхности наушников и учебных парт. Выделенные микроорганизмы в той или иной степени обладали мультирезистентностью к исследованным антибиотикам. Уровень устойчивости микроорганизмов к антибиотикам варьировал от 1,1 до 97,1 %.
In most rooms, the air contains many bioaerosols, which actively pollute various surfaces. In addition, the surfaces are contaminated by daily and active contact between people, which contributes to the transmission of infection and can seriously affect human health. The aim of this study is to assess and compare the total microbial contamination of the most exploited surfaces. The objects of the study were public toilets, doorknobs, study tables in schools and universities, keyboards in computer labs, mobile phones of schoolchildren and students, and headphones. Our results confirmed a high degree of surface contamination by bacteria, some of which are opportunistic microorganisms for humans. Among the isolated and identified microorganisms, Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Enterococcus faecalis, Pseudomonas aeruginosa, as well as spore-forming bacilli (Bacillus spp.) were most prevalent. Bacterial contamination of surfaces varied from 9.1 to 138 CFU/cm2. The largest numbers of microorganisms were found on keyboards, doorknobs, toilets and cell phones. The least of all microorganisms were found on the surface of headphones and training desks. The isolated microorganisms, to one degree or another, had multiresistance to the studied antibiotics. The level of resistance of microorganisms to antibiotics ranged from 1.1 to 97.1 %.
Ключевые слова: поверхности, смывы, микроорганизмы, количественный учет, антибиотики, резистентность.
Keywords: surfaces, washings, microorganisms, quantitative accounting, antibiotics, resistance.
Введение. Важным резервуаром накопления микрофлоры, устойчивой к антибиотикам, являются различные поверхности. На поверхности микроорганизмы могут поддерживать метаболическую активность за счет необходимой влажности, температуры и доступности питательных веществ. Поэтому многие микроорганизмы, в том числе патогенные, способны длительно выживать на различных поверхностях. Осевшие на поверхностях микроорганизмы могут вновь загрязнять воздух или прилипать к рукам, загрязнять пищу и попадать в организм человека [1, 2].
Микрофлора поверхностей формируется за счет воздушной и контактной микрофлоры. Многие поверхности, в первую очередь современные материалы из стекла и пластика, контаминируют пылевые ч астицы и аэрозоли за счет накопленного статического электричества. Например, на экране мониторов, клавиатуре и мышках, на телефонных аппаратах, факсах и ксероксах общее количество микроорганизмов может быть больше, чем в общественных туалетах.
Загрязненные поверхности являются важным фактором контактного распространения микроорганизмов. При минимальном времени контакта от поверхности к рукам переносится до 40 % бактерий, с сотового телефона — от 38,5 до 41,8 % бактерий, а с вентиля водопроводного крана — от 27,6 до 40,0 % бактерий [3]. Сотовые телефоны и компьютерная клавиатура постоянно подвергаются воздействию микроорганизмов кожи человека. Секрет потовых желез является прекрасной средой, способствующей формированию биологической пленки, сохранению и размножению микроорганизмов. На поверхности сотовых телефонов, клавиатуры и дверных ручках микроорганизмы могут сохраняться неделями и передаваться через контакт от человека к человеку [4, 5].
Поэтому микробиологическое исследование поверхностей в помещениях является одним из наиболее важных направлений медико-экологической оценки качества среды обитания и ее опасности для здоровья человека.
На поверхностях очень часто формируется биологическая пленка, которая представляет собой экологическую нишу бактерий. Многоклеточная природа бактериальных сообществ биопленок обеспечивает защиту микроорганизмов от различных неблагоприятных факторов окружающей среды, а также формирует устойчивость бактерий к антибиотикам [6, 7]. Устойчивость к антибиотикам определяется, как генетическая способность бактерий кодировать гены, которые повышают их устойчивость к ингибирующе-му действию потенциальных антибиотиков, способствуют выживанию. Такие гены формируются либо путем естественной рекомбинации и интеграции в бактериальный геном, либо приобретаются посредством горизонтальной передачи генов (конъюгация, трансформация или трансдукция). Биопленки обеспечивают совместимые условия для горизонтального переноса генов, такие как высокая плотность клеток, повышенная генетическая компетентность, накопление генетических элементов или поглощение генов устойчивости [8].
Устойчивые к антибиотикам бактерии представляют собой растущую не только медико-экологическую, но и экономическую проблему. Например, в Европе потери здравоохранения составляют более девяти миллиардов евро в год. В США прямые затраты на здравоохранение, связанные с антибиотикорезистентностью, превышают 20 миллиардов долларов. Оценочные расходы на лечение одного пациента с устойчивой к антибиотикам инфекцией колеблются от 18 588 до 29 069 долларов США [9]. Это определяет ак-
27%
H Е. coli § Ps. aeruginosa St. aureus
0 Ent. faecalis Щ Ent. aerogenes Ц] Bacillus spp
Рис. 1. Частота встречаемости микроорганизмов, выделенных из различных объектов
туальность и направление настоящего исследования.
Методы исследования. Объектами исследования были общественные унитазы (n = 25), дверные ручки (n = 25), учебные столы в школах и университете (n = 25), клавиатуры в компьютерных классах (n = 25), мобильные телефоны школьников и студентов (n = 25), наушники (n = 25). Смывы с поверхностей и количественный учет микроорганизмов (колонии образующие единицы — КОЕ) проводили в соответствии с Методическими указаниями МУК 4.2.2942-11. Идентификацию бактерий выполняли в следующей последовательности: описание культураль-ных признаков выделенного микроорганизма; получение чистой суточной культуры путем посева на питательные среды; окраска по Граму и микроскопирование препарата.
Определение чувствительности бактерий к антибиотикам осуществляли диффузионным методом с использованием дисков с антибиотиками (табл. 1).
Статистическую обработку результатов исследования проводили с использованием классических методов математической статистики и табличного процессора Microsoft Excel.
Результаты и обсуждение. Исследованные образцы смывов с поверхностей показали рост микроорганизмов в 86,1 % случаях. Чаще всего из проанализированных образцов высевали Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis, спорообразующие палочки (Bacillus spp.), а также Enterobacter aerogenes (рис. 1). Среди выделенных микроорга-
Таблица 1
Перечень использованных антибиотиков
№ п/п Наименование Концентра- Обозначе-
ция, мкг ние
1 Офлоксацин 5 ОБ
2 Кларитромицин 15 KTM
3 Бензилпенициллин 10 ед. РЕМ
4 Ципрофлоксацин 5 CIP
5 Цефоперазин 75 CPR
6 Новобиоцин 5 NB
7 Тилозин 15 TLZ
8 Доксициклин 30 DOC
9 Левофлоксацин 5 LFC
10 Фосфомицин 200 FOS
11 Тобрамицин 10 TOB
12 Оптохин 6 OP
13 Тетрациклин 30 TETR
14 Ампициллин 10 AMP
ВШШ Е. coli ■■■■ Ps. Aeruginosa I—I St. aureus —*— Ent. faecalis-Ent. aerogenes— ■ Bacillus spp.
Рис. 2. Уровень устойчивости микроорганизмов к антибиотикам
Таблица 2
Уровни бактериального загрязнения различных поверхностей (КОЕ/см2)
Микроорганизмы Сиденье унитазов Клавиатура Сотовые телефоны Дверные ручки Наушники Учебные столы
E. coli 19,3 ± 5,1 21,1 ± 9,3 15,3 ± 6,2 17,1 ± 8,08 5,1 ± 0,6 0
Ps. aeruginosa 17,1 ± 3,4 19,2 ± 8,6 9,7 ± 4,6 11,2 ± 5,9 0 0
St. aureus 7,7 ± 2,5 35,4 ± 3,7 23,2 ± 8,3 19,9 ± 6,1 7,5 ± 1,8 5,0 ± 2,3
Ent. faecalis 22,7 ± 3,3 15,8 ± 9,9 7,9 ± 2,08 13,7 ± 4,4 3,4 ± 2,2 0
Ent. aerogenes 9,4 ± 1,6 12,0 ± 6,1 11,4 ± 3,4 25,5 ± 7,3 1,7 ± 1,1 0
Bacillus spp. 3,31 ± 0,9 34,4 ± 13,4 27,6 ± 11,9 34,3 ± 12,3 6,6 ± 4,2 4,1 ± 1,4
низмов преобладали грамотрицательные изоляты (55,8 %). Удельный вес грамположительных бактерий составил 44,2 %.
Бактериальное загрязнение поверхностей варьировало в пределах от 9,1 до 138 КОЕ/см2. Наибольшее количество микроорганизмов (138 КОЕ/см2) высевали с поверхности клавиатуры компьютерных классов. С поверхности дверных ручек, унитазов в ш колах и университете, сотовых телефонов высевали 122, 79 и 95 КОЕ/см2 соответственно. Меньше всего микроорганизмов находилось на поверхности наушников и учебных парт (табл. 2).
Выделенные микроорганизмы в той или иной степени обладали мультирезистентностью к исследованным антибиотикам. Уровень устойчивости к антибиотикам варьировал от 1,1 до 97,1 % для всех изолятов.
Наибольшую устойчивость микроорганизмы проявляли в отношении кларитромицина (21,7— 84,1 %), бензилпенициллина (33,8—97,1 %) и
ампициллина (до 31,1—67,7 %). За ними следуют тилозин (1,7—30,3 %), левофлоксацин (11,4— 25,7 %), тобрамицин (3,1—25,5 %), тетрациклин (7,1—27,2 %) и ципрофлоксацин (4,7—8,5 %). Изоляты бактерий кишечной группы (E. Coli, Ps. Aeruginosa, Ent. Faecalis, Ent. Aerogenes) а также St. aureus показали наибольшую антибиотико-резистентность. Наиболее эффективными антибиотиками были офлоксацин, новобиоцин, фос-фомицин и оптохин (рис. 2).
Резистентность микроорганизмов к бензилпе-нициллину, ампициллину и кларитромицину в настоящем исследовании имеет большое значение, поскольку эти антибиотики наиболее ш ироко используются при лечении различных инфекций.
Выводы.
1. Бактериальное загрязнение поверхностей варьировало в пределах от 9,1 до 138 КОЕ/см2. Наибольшее количество микроорганизмов высевали с поверхности клавиатуры компьютерных классов, дверных ручек и унитазов.
2. Выделенные микроорганизмы в той или иной степени обладали мультирезистентностью к исследованным антибиотикам. Уровень устойчивости к антибиотикам варьировал от 1,1 до 97,1 % для всех изолятов.
3. Наибольшую устойчивость микроорганизмы проявляли в отношении кларитромицина, бензилпенициллина и ампициллина. За ними
следуют тилозин, левофлоксацин, тобрамицин и тетрациклин, ципрофлоксацин.
4. Постоянное пользование дверными ручками, сотовыми телефонами, клавиатурой способствует скоплению микроорганизмов на их поверхности. Эти объекты являются приоритетными переносчиками различных микробов от ч е-ловека к человеку
Библиографический список
1. Лыков И. Н., Шестакова Г. А. Микроорганизмы: Биология и экология. — Калуга: Изд-во «СерНа», 2014. — 451 с.
2. Rusin P., Maxwell S., Gerba C. Comparative surface-to-hand and fingertip-to-mouth transfer efficiency of gram-positive bacteria, gram-negative bacteria, and phage // Journal of Applied Microbiology. — 2002. — V. 93. — Р. 585—592.
3. A. Gerhardts T. R., Hammer C. B. et al. A model of the transmission of micro-organisms in a public setting and its correlation to pathogen infection risks // Journal of Applied Microbiology. — 2012. — V. 112. — Р. 614—621. — doi:10.1111/j.1365-2672.2012.05234.x
4. Al-Ghamdi A. K., Abdelmalek S. M. A., Ashshi A. M. et al. Bacterial contamination of computer keyboards and mice, elevator buttons and shopping carts // African Journal of Microbiology Research. — 2011. — V. 5 (23). — Р. 3998—4003. http://www.academicjournals.org/ajmr
5. Chitlange P. R. Contamination of cell phones by pathogenic microorganisms: Comparison between hospital staff and college students // Nusantara bioscience. — 2014. — V. 6. No. 2. — Р. 203—206.
6. Mah Thien-Fah. Biofilm-specific antibiotic resistance // Future Microbiology. — 2012. — V. 7 (9). — Р. 1061—1072. — DOI: 10.2217/fmb.12.76
7. Reygaert W. C. An overview of the antimicrobial resistance mechanisms of bacteria // AIMS Microbiol. — 2018. — V. 4 (3). — Р. 482—501. doi: 10.3934/microbiol.2018.3.482
8. Abe K., Nomura N., Suzuki S. Biofilms: hot spots of horizontal gene transfer (HGT) inaquatic environments, with a focus on a new HGT mechanism // FEMS Microbiology Ecology. — 2020. — V. 96. No. 5. — Р. 5—12.
9. Shrestha P., Cooper B. S., Coast J. et al. Enumerating the economic cost of antimicrobial resistance per antibiotic consumed to inform the evaluation of interventions affecting their use // Antimicrobial Resistance & Infection Control. — 2018. — V. 7. No. 98. — Р. 2—9. https://doi.org/10.1186/s13756-018-0384-3
CONTAMINATION OF SURFACES WITH BACTERIA WITH MULTIPLE ANTIBIOTIC RESISTANCE
I. N. Lykov, Ph. D. (Biology), Dr. Habil, Professor, Scientific Director of the Institute of Natural Science and Medical Institute of Tsiolkovsky Kaluga State University, Kaluga, Russia, linprof47@yandex.ru, K. I. Zhulin, E. A. Lebedeva, L. E. Matusevich,
Municipal budgetary educational institution of additional education "Children and Youth Center for Space Education "Galaxy" of the city of Kaluga, "BIOQUANTORIUM", Kaluga, Russia
References
1. Lykov I. N., Shestakova G. A. Mikroorganizmy: Biologiya i ekologiya. [Microorganisms: Biology and Ecology]. Kaluga, SerNa Publishing House. 2014. 451 p. [in Russian].
2. Rusin P., Maxwell S., Gerba C. Comparative surface-to-hand and fingertip-to-mouth transfer efficiency of gram-positive bacteria, gram-negative bacteria, and phage. Journal of Applied Microbiology. 2002. Vol. 93. Р. 585—592.
3. A. Gerhardts T. R., Hammer C. B. et al. A model of the transmission of micro-organisms in a public setting and its correlation to pathogen infection risks. Journal of Applied Microbiology. 2012. Vol. 112. Р. 614—621. doi: 10.1111/j. 1365-2672.2012.05234.x
4. Al-Ghamdi A. K., Abdelmalek S. M. A., Ashshi A. M. et al. Bacterial contamination of computer keyboards and mice, elevator buttons and shopping carts. African Journal of Microbiology Research. 2011. Vol. 5 (23). Р. 3998—4003. http://www.aca-demicjournals.org/ajmr
5. Chitlange P. R. Contamination of cell phones by pathogenic microorganisms: Comparison between hospital staff and college students. Nusantara bioscience. 2014. Vol. 6. No. 2. Р. 203—206.
6. Mah Thien-Fah. Biofilm-specific antibiotic resistance. Future Microbiology. 2012. Vol. 7 (9). Р. 1061—1072. DOI: 10.2217/ fmb.12.76
7. Reygaert W. C. An overview of the antimicrobial resistance mechanisms of bacteria. AIMS Microbiol. 2018. Vol. 4 (3). Р. 482—501. doi: 10.3934/microbiol.2018.3.482
8. Abe K., Nomura N., Suzuki S. Biofilms: hot spots of horizontal gene transfer (HGT) inaquatic environments, with a focus on a new HGT mechanism. FEMS Microbiology Ecology. 2020. Vol. 96. No. 5. Р. 5—12.
9. Shrestha P., Cooper B. S., Coast J. et al. Enumerating the economic cost of antimicrobial resistance per antibiotic consumed to inform the evaluation of interventions affecting their use. Antimicrobial Resistance & Infection Control. 2018. Vol. 7. No. 98. Р. 2—9. https://doi.org/10.1186/s13756-018-0384-3
