ISSN 0001-6012/2020/62/1/7-12 Acta Médica Costarricense, © 2020 Colegio de Médicos y Cirujanos Revisión de Costa Rica Resistencia a desinfectantes y su relación con la resistencia a los antibióticos (Resistance to disinfectants and their relationship with antibiotic resistance) Luz Chacón-Jiménez,1 Keilor Rojas-Jiménez2 Resumen Objetivo: sistematizar los principales mecanismos de acción de los desinfectantes y describir mecanismos de resistencia comunes entre biocidas y antibióticos. Métodos: se realizó una revisión bibliográfica de artículos científicos entre 2000 y julio de 2019, sobre la relación entre la resistencia a biocidas y a los antibióticos, utilizando como palabras clave “antibiotic”, “biocide”, “resistance” y “bacteria”, en las bases de datos PubMed y Google Scholar. Conclusiones: existe numerosa evidencia científica que indica la relación entre bacterias resistentes a los desinfectantes y la adquisición de resistencia a los antibióticos, lo que implica un replanteamiento del uso de esas sustancias en diferentes contextos clínicos, con el fin de minimizar el impacto que puedan tener en la selección de microorganismos multirresistentes a los antibióticos. Descriptores: bacterias, desinfectantes, resistencia, antibióticos. Abstract Aim: to summarize the main mechanisms of action of disinfectants and to describe some common resistance mechanisms shared between biocides and antibiotics. Methods: a bibliographic review of scientific articles was carried out between 2000 and July 2019 on the relationship between resistance to biocides and antibiotics, using as keywords “antibiotic”, Afiliación de los autores: 1Instituto de Investigaciones en “biocide”, “resistance” and “bacteria” in the data bases of PubMed and Google Scholar. Salud (INISA), Universidad de Costa Rica. 2Escuela de Biología, Conclusions: numerous scientific studies indicate a relationship between disinfectant-resistant Universidad de Costa Rica. bacteria and the acquisition of antibiotic resistance. It is necessary to analyze the use of these Fuentes de apoyo: Vicerrectoría substances in the clinical context in order to minimize the impact that they may have on the de Investigación de la Universidad selection of antibiotic-resistant microorganisms. de Costa Rica. Conflicto de intereses: los autores declaran no tener conflicto Keywords: bacteria, disinfectants, antibiotic resistance. de intereses.  luz.chacon@ucr.ac.cr Fecha recibido: 08 de agosto 2019 Fecha aprobado: 31 de octubre 2019 7 Uno de los mayores problemas globales en salud pública o superficies, mientras que los antisépticos se aplican sobre es la resistencia a los antibióticos. La Organización Mundial tejidos vivos.6 de la Salud (OMS), en su portal web, indica que la resistencia a los antimicrobianos ocurre cuando un microorganismo: Los biocidas más comunes son los derivados del amonio bacteria, virus, hongo o parásito, cambia su forma de responder cuaternario (cloruro de benzalconio), las biguanidas a un medicamento, y este se vuelve un tratamiento ineficaz; (clorhexidina), los fenoles (triclosán), los alcoholes, los aldehídos si un microorganismo se hace resistente a la mayoría de los (glutaraldehído), los compuestos halogenados (yodo y cloro) y antimicrobianos, se conoce como “superbug”.1 el peróxido de hidrógeno.7 De acuerdo con la información proporcionada por la OMS, A grandes rasgos, los derivados del amonio cuaternario los niveles de resistencia a los antibióticos están aumentando (DAC) funcionan como tensioactivos (una parte de la molécula en todo el mundo, lo que provoca que el tratamiento de es polar y otra no polar), lo que les permite unirse de forma neumonía, tuberculosis, septicemia, gonorrea y enfermedades irreversible a fosfolípidos y proteínas de membrana, e incluso, de transmisión alimentaria, sea cada vez más difícil. La presión la porción hidrofóbica puede insertarse dentro de la membrana, selectiva generada, entre otras causas, por el uso / abuso lo cual provoca una alteración de la permeabilidad de esta y una de antimicrobianos, tanto en la práctica clínica como en la disfunción de la cadena respiratoria.8 industria, es la principal responsable de este aumento.1 Las biguanidinas se asocian fuertemente con sitios aniónicos En los últimos años se ha observado que la aparición de (fosfolípidos acídicos y proteínas) expuestos sobre la membrana la resistencia no obedece solo al uso de fármacos, sino que y pared celular, lo que produce un desplazamiento de los la exposición de las bacterias a biocidas, particularmente los cationes divalentes Mg2+ y Ca2+ de estas estructuras, que implica desinfectantes, puede favorecer la selección y supervivencia de una disminución en la fluidez de la membrana y alteraciones microorganismos resistentes.2,3 osmóticas en la célula bacteriana.9 Generalidades de los biocidas En el caso de los fenoles, como el triclosán, el mecanismo de acción no solo se limita a la generación de alteraciones Son biocidas aquellas sustancias químicas como: antisépticos, en la membrana bacteriana, sino que el químico puede ser desinfectantes y preservantes, que no tienen actividad específica absorbido por difusión hacia el citoplasma bacteriano y afectar para un grupo microbiano particular y con cuya aplicación se directamente las vías metabólicas de síntesis de ácidos grasos, espera reducir el número de microorganismos en el ambiente, inhibiendo enzimas como la NADH-reductasa dependiente de a niveles inofensivos.4 Una misma sustancia es capaz de ácidos grasos.10 afectar diferentes grupos de microorganismos y distintos blancos celulares de forma simultánea, por lo que se considera El mecanismo de acción de los alcoholes se potencia en inespecífica, a diferencia de un antibiótico, que se dirige a un presencia de agua y se asocia a la generación de daños en la grupo bacteriano particular y a un blanco celular específico, por membrana y en las proteínas bacterianas, lo cual genera su citar un ejemplo.5 desnaturalización y efectos metabólicos que propician la lisis de la bacteria en un corto plazo.4 El objetivo de todos los biocidas es destruir o inhibir el crecimiento de los microorganismos; sin embargo, el término Los aldehídos, como el glutaraldehído, afectan proteínas, desinfectante se utiliza cuando el biocida es usado sobre objetos principalmente de pared y membrana bacteriana, actuando sobre grupos tioles, aminos y sulfidrilos. Al unirse a estos grupos “fijan” estructuras y enzimas e inhiben funciones básicas de supervivencia bacteriana.9 Por último, los compuestos halogenados y el peróxido de hidrógeno son sumamente reactivos y actúan como oxidantes y radicales libres capaces de interactuar con componentes celulares como ribosomas y diversas proteínas.11 En la Figura 1 se muestra un esquema donde se resumen los principales blancos celulares de los biocidas mencionados. Resistencia a biocidas Desde la década de los 50 del siglo pasado, se informó de las primeras cepas bacterianas capaces de adquirir resistencia a biocidas, como por ejemplo, hacia los derivados del amonio cuaternario, y se demostró la capacidad de estos microorganismos Figura 1. Principales blancos de biocidas en células procariotas de modificar la composición lipídica de las células para sobrevivir a la exposición a estos compuestos.12 Sin embargo, esa situación 8 Acta méd costarric Vol 62 (1), enero-marzo 2020 Resistencia a desinfectantes y antibióticos / Chacón-Jiménez, Rojas-Jiménez ha ido en aumento, en el Cuadro 1 se detallan algunos informes Las alteraciones de composición de la membrana no son de aislamientos bacterianos resistentes a desinfectantes a nivel el único mecanismo de resistencia; en los últimos años se han clínico alrededor del mundo, siendo de particular interés el identificado diferentes estrategias bacterianas para sobrevivir incremento en la frecuencia de estos en los últimos 5 años.13-29 en altas concentraciones de biocidas, siendo la utilización Es necesario destacar que un aislamiento bacteriano se considera de bombas de eflujo, una de las estrategias más extendida y resistente cuando la concentración mínima inhibitoria que exitosa. Estas fueron descubiertas mientras se estudiaban los presenta es superior a la concentración de trabajo del biocida mecanismos de resistencia a la tetraciclina y, posteriormente, a respectivo, de acuerdo con las recomendaciones del fabricante, cloranfenicol y norfloxacina. Pero, normalmente son utilizadas o en su defecto, del protocolo de aplicación de estas sustancias por las bacterias para expulsar diversas sustancias tóxicas del en el centro médico donde se realizó el aislamiento. interior de la célula.30,31 Cuadro 1. Especies de aislamientos clínicos reportadas con resistencia a biocidas Bacteria Lugar de aislamiento Resistencia descrita País Referencia bibliográfica Úlcera de piel, esputo, exudado de heridas, Biguanidas, derivados del España 13 amonio cuaternario, Acinetobacter baumanii frotis de garganta, lavado biguanidas, compuestos bronquial, orina, lavado alveolar, halogenados, derivados del punta de catéter, bilis, líquido amonio cuaternario China 14 cefalorraquídeo Bordetella pertusis Colección de aislamientos República clínicos Alcoholes Checa 15 Burkholderia cepacia Sangre Biguanida República de Korea 16 Bigunidas, peróxidos, Enterococcus faecium Colección de aislamientos clínicos derivados del amonio Dinamarca 17cuaternario Escherichia coli Orina Derivados del amonio cuaternario Irán 18 Klebsiella pneumonie Colección de aislamientos clínicos Biguanidas Reino Unido 19 Klebsiella oxytoca Piel Biguanida Kuwait 20 Mycobacterium sp. Colección de aislamientos Derivados del amonio clínicos cuaternario Venezuela 21 Alcoholes, biguanidas, Mycobacterium tuberculosis Colección de aislamientos compuestos halogenados clínicos derivados del amonio Japón 22 cuaternario Esputo Compuestos halogenados Reino Unido 23 Pseudomonas aeruginosa Muestras de endoscopios Aldehídos Suiza 24 Colección de aislamientos Derivados del amonio Brasil 25 clínicos cuaternario Staphylococcus sp. Sangre, secreciones, puntas de catéter, fluidos biológicos Biguanidas Brasil 26 Colección de aislamientos Biguanidas Reino Unido 27 clínicos Staphylococcus aureus Biguanidas Fenoles Australia 28 Muestras de la Unidad de Cuidados Intensivos Alcohol Aldehídos Brasil 29 9 En general, estas bombas son transportadores dependientes cantidades de compuestos derivados del amonio cuaternario, y de energía y se clasifican en cinco principales familias: 1. la compararon con muestras de suelos agrícolas. Encontraron superfamilia unidora de adenosíntrifosfato (ABC, por sus siglas que las muestras provenientes de la pesquería portaban en inglés),32 2. familia resistencia-nodulación-división (RND, bacterias muy resistentes a derivados del amonio cuaternario, por sus siglas en inglés),33 3. familia de resistencia a multidrogas y que la presencia de integrones clase 1 era significativamente pequeñas (SMR, por sus siglas en inglés),34 4. superfamilia más alta en estas; demostraron que en ese ambiente se estaba de facilitadores mayores (MFS, por sus siglas en inglés),35 y coseleccionando microorganismos resistentes a biocidas y a 5. familia de expulsión de multidrogas y compuestos tóxicos antibióticos.44 (MATE, por sus siglas en inglés).36 Para 2015 un metanálisis, basado en secuenciación de Únicamente los transportadores ABC usan energía a partir 2522 genomas y 4582 plásmidos de bacterias, encontró que del adenosíntrifosfato (ATP) para el bombeo de sustancias, el 86 % de los genomas estudiados posee genes relacionados mientras que las otras 4 familias emplean como fuente de con resistencia a biocidas y metales pesados y solo un 17 % energía, el flujo de protones. Las RND se encuentran sobre todo de los genomas posee tanto genes de resistencia a los biocidas en bacterias Gram negativas, mientras que las otras familias, como a los antibióticos, sin embargo, ese 17 % representa tanto en Gram positivos como en Gram negativos.37 en principio, aislamientos de origen clínico, siendo las bacterias con más frecuencia identificadas en esa categoría: Para mostrar un ejemplo del tipo de proteínas que son Providencia, Citrobacter, Klebsiella, Enterobacter, Escherichia, estas transportadoras, nos enfocaremos en la familia SMR. A Staphylococcus y Salmonella. Además, identificaron que los la fecha se han identificado más 250 genes relacionados con plásmidos que poseen genes de resistencia a biocidas y a los esta familia, la cual se divide en tres subfamilias: bombas antibióticos son conjugativos, lo que favorece la movilización pequeñas multidrogas (SMP, por sus siglas en inglés), bombas horizontal entre diferentes especies bacterianas, cuando están pequeñas de resistencia a multidrogas (PSMR, por sus siglas en estrecho contacto físico unas con otras.45 en inglés) y supresores de mutaciones de groEL (SUG, por sus siglas en inglés). Suelen ser altamente hidrofóbicas (poseen Es preciso mencionar que la coselección de estos cuatro dominios transmembrana), se componen de 100 a 150 microorganismos no solo se produce en ambientes clínicos, aminoácidos y se acoplan a transportadores de protones que les sino que el uso / abuso de desinfectantes y antibióticos a permiten transportar una amplia gama de biocidas y cationes nivel domiciliar, hace que las aguas residuales y las plantas lipofílicos (se intercalan dentro de la doble cadena del ADN).38,39 de tratamiento de éstas sean ambientes que actúan como reservorios y suplidores de resistencia a los antibióticos.46 En 2009 se estimó que cerca de un 34 % de los miembros de los fila Bacteria y Archaea, poseen en promedio 2 genes En Costa Rica, en el INISA, se han identificado aislamientos de SMR por especie, siendo relevantes en Proteobacteria y clínicos de Shigella sp. multirresistentes con presencia de Clostridia, ambos de significancia médica, ya que la mayoría de inti-1 y genes de resistencia a β-lactamasas (blaOXAyblaTEM), las bacterias patógenas pertenecen a estos.40 también se han encontrado aislamientos de Escherichia coli multirresistente, proveniente de aguas residuales domésticas, Relación entre resistencia a biocidas y resistencia a los con presencia de intI-1, intI-2, sul-1, sul-2 y bla 47,48 TEM. A su vez, antibióticos estudios preliminares realizados en el INISA han identificado concentraciones subinhibitorias de cloruro de benzalconio A nivel bacteriano, un sistema muy exitoso en la obtención en muestras de lodos activados de plantas de tratamiento de de genes de resistencia son los integrones. Los integrones aguas residuales domiciliares, y también se han encontrado son regiones del ADN compuestas de tres elementos: un aislamientos de Escherichia coli multirresistentes a los gen que codifica por una tirosinrecombinasa (conocida como antibióticos, con presencia de genes de resistencia a biocidas y integrasa y codificada en el gen intI-1), un sitio específico metales pesados.49-52 para recombinación (attI) y reconocido por la integrasa, y un promotor (Pc) localizado corriente arriba del sitio de integración La existencia de microorganismos con estos perfiles e indispensable para que se produzca la transcripción de los representa una confirmación de la presencia de coselección de genes localizados en el sitio de recombinación.41 microorganismos resistentes a antibióticos y a biocidas en el país. La utilización de biocidas a nivel doméstico, clínico e industrial, Por su secuencia genética, los integrones se pueden clasificar había sido una práctica recomendada en aras de minimizar en tres grupos, siendo los de tipo 1 los más importantes a la cantidad de microorganismos potencialmente nocivos. Sin nivel clínico. Por ejemplo, un integrón de una cepa bacteriana embargo, en vista de la escalada en los niveles de resistencia de origen clínico puede transportar hasta nueve genes de a los antibióticos conviene replantearse los protocolos de resistencia a los antibióticos.42 El origen de estas estructuras se utilización de los biocidas, con el fin de evaluar su efectividad y ha asociado a la fusión del gen qacE (relacionado con resistencia en particular su forma de aplicación para minimizar la selección a aminas cuaternarias) y el gen sulI (asociado a resistencia a de bacterias cada vez más resistentes a los antibióticos. sulfonamidas).43 Por último, este trabajo representa un llamado de atención En 2005, Gaze y colaboradores analizaron muestras de agua sobre efectos históricamente no considerados sobre el uso de y suelo provenientes de una pesquería en la que se usaban altas desinfectantes. Se insta a la población a hacer un uso moderado 10 Acta méd costarric Vol 62 (1), enero-marzo 2020 Resistencia a desinfectantes y antibióticos / Chacón-Jiménez, Rojas-Jiménez de estas sustancias, evitando desperdicios y limitando su desecho 20. Vali L, Dashti AA, El-Shazly S, Jadaon MM. Klebsiella oxytoca with reduced en los sistemas de alcantarillado público. Se hace un llamado a la sensitivity to chlorhexidine isolated from a diabetic foot ulcer. Int J Infect Dis 2015; 34: 112–6. comunidad científica para desarrollar más investigación vinculada con estos temas, por su alta relevancia para la salud pública. 21. Cortesia C, Lopez GJ, de Waard JH, Takiff HE. The use of quaternary ammonium disinfectants selects for persisters at high frequency from some species of non-tuberculous mycobacteria and may be associated with outbreaks of soft tissue infections. J Antimicrob Chemother 2010; 65: 2574–81. Referencias 22. Shinoda N, Mitarai S, Suzuki E, Watanabe M. 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