В табл. 5 представлены характеристики фенотипических профилей АМР штаммов E. coli, выделенных из содержимого толстой кишки крыс (25 культур).
Установлено, что профили чувствительности штаммов E. coli от крыс основных групп не отличались существенно от таковых у животных контрольной группы. Все изученные изоляты энтеробактерий были чувствительны к аминогликозидам (амикацину, гентамицину), к фторхинолонам (налидиксовой кислоте, ципрофлоксацину, левофлоксацину) и хлорамфениколу. Резистентность к нитрофурантоину обнаружена у 1 штамма E. coli (4%). Исследованная популяция штаммов характеризовалась высокой распространенностью резистентности к антибиотикам тетрациклиновой группы. Это позволяет сделать вывод, что все испытанные дозы хлора не оказали влияния на профиль резистентности кишечных бактерий к антимикробным препаратам в сравнении с контролем.
Результаты определения чувствительности энтерококков, выделенных из содержимого кишечника крыс основных и контрольной групп, к ампициллину, ванкомицину, эритромицину, ципрофлоксацину, левофлоксацину, тетрациклинам, хлорамфениколу, нитрофурантоину и линезолиду приведены в табл. 6.
Как следует из полученных данных, профиль чувствительности штаммов энтерококков от крыс, получавших растворы хлора, так же как и в случае E. coli, не различался значимо от контроля. Среди них не было штаммов, устойчивых к антимикробному препарату резерва имипенему. Но в целом в изученной выборке выявлялись штаммы, устойчивые к ампициллину, ципрофлоксацину, линезолиду и тетрациклинам. В то же время из групп, получавших низкие дозы активного хлора, были выделены штаммы E. faecium, устойчивые сразу к нескольким антимикробным препаратам, в разных комбинациях. Так, штамм E. faecium № 84хэ проявлял резистентность одновременно к 8 антимикробным препаратам (тетрациклинам, ампициллину, ципрофлоксацину, ванкомицину, эритромицину и линезолиду), E. faecium № 15хэ - к 7 антибиотикам. Полученные данные подтверждают, что антибиотикорезистентные фенотипы энтерококков присущи в основном виду E. faecium, обладающему повышенной способностью к горизонтальному трансферу генов АМР [20, 21].
Сопоставление профилей АМР энтерококков, выделенных от животных из основных и контрольной групп, свидетельствует о большой частоте признаков фенотипической резистентности в группах, получавших растворы с концентрацией активного хлора 10 и 50 мг/л - 32 и 38% случаев выявления резистентности, тогда как в группе, получавшей 100 мг/л хлора, и в контроле - соответственно 18 и 25%.
В целом в данном эксперименте in vivo не выявлено влияния водных растворов хлора на приобретение АМР у штаммов E. coli, выделенных из кишечника крыс; полученные данные показывают тенденцию формирования корезистентности к антимикробным препаратам у выделенных штаммов энтерококков. В исследовании [22] in vitro показано влияние доз 10-100 мг/л активного хлора на частоту конъюгативного переноса мобильных генетических элементов от E. coli к Salmonella typhimurium, при этом концентрации хлора, превышающие 100 мг/л, способствовали ингибиции роста исследуемых видов бактерий и подавлению их способности к фенотипической АМР, так же как и в проведенном нами исследовании. По-видимому, для обнаружения более явных эффектов формирования АМР целесообразно проведение пролонгированных исследований in vivo и с оценкой большего объема выборки штаммов3.
3 EFSA Panel on Biological Hazards (BIOHAZ) et al. Maximum levels of cross-contamination for 24 antimicrobial active substances in nontarget feed. Part 1: Methodology, general data gaps and uncertainties //EFSA Journal. 2021. Vol. 19, № 10. e06852.
Изучение влияния низких доз активного хлора на печень крыс
Дополнительные возможные негативные эффекты низких доз хлора были также оценены в микроморфологическом (гистологическом) исследовании срезов печени как органа, который участвует в детоксикации ксенобиотика в организме.
Известны работы, в которых применялся аналитический показатель для оценки токсического воздействия соединений хлора [23]. Но выявленные различия носили характер тенденции.
Общая картина гистологического состояния ткани печени у крыс, получавших хлор с водой, представлена в табл. 7. Микроскопическое исследование срезов печени показало, что строение долек и структура печени в целом сохранены. Печеночные балки в виде пластин из гепатоцитов радиально расходятся от периферии к центральной вене, разделены синусоидальными капиллярами, в которых обнаруживаются форменные элементы крови, эритроцитарные массы насыщенно-красного цвета. Кровенаполнение синусоидных капилляров варьирует от слабого кровенаполнения до умеренного их полнокровия. Желчные капилляры обычного размера, внутрипеченочного и внутрипротокового застоя желчи не отмечено, пролиферации желчных протоков также не отмечено.
Гепатоциты нормального размера, имеют полиэдральную форму с расположенным в центре округлым крупным ядром, содержащим 1-2 ядрышка. Так, отмечались изменения, которые не носили дозозависимого характера. Цитоплазма некоторых гепатоцитов образцов печени животных из 3-й и 4-й групп содержит небольшие по размеру вакуоли - признак мелкокапельной жировой дистрофии. Цитоплазма гепатоцитов остальных препаратов однородная, без включений и признаков жировой или гидропической (баллонной) дистрофии. Полиплоидные и многоядерные гепатоциты практически отсутствуют.
В паренхиме дольки по ходу синусоидных капилляров диффузно в небольшом количестве расположены мононуклеарные клетки воспалительной инфильтрации. На препаратах, полученных от животных 1-й и 2-й групп, отмечены очаги из скопления воспалительных клеток, организованные как микрогранулемы. Частота этих отклонений составила 17%.
Портальные тракты не расширены, в строме ряда из них очаговая умеренная лимфогистиоцитарная инфильтрация, без признаков склероза.
Таким образом, структурные изменения в ткани печени в исследовании перорального потребления растворов хлора не выявлены, но были отмечены отдельные скопления воспалительных клеток у крыс, получавших субингибиторную и пороговую дозы хлора.
Заключение
Низкие дозы активного хлора, равнозначные уровням допустимых для контакта с пищевыми продуктами (например, при охлаждении тушек птицы - 10 и 50 мг/л), не оказывали достоверных негативных эффектов на уровни представителей резистентных E. coli в кишечнике крыс, а также на профиль их резистентности к наиболее распространенным антимикробным препаратам. При этом отмечено, что почти все штаммы E. faecium в группе животных, получавших низкие дозы активного хлора, имели устойчивость сразу к нескольким антибиотикам; среди этих энтерококков выявлены 2 мультирезистентных штамма E. faecium, устойчивых одновременно к 7-8 антибиотикам. Сопоставление профилей АМР выявленных штаммов в группах, получавших разные дозы активного хлора, свидетельствовало о тенденции развития устойчивости на дозах 10 и 50 мг/л активного хлора, но не на дозе 100 мг/л.
Пероральное поступление субингибиторных доз активного хлора не может быть индифферентным для организма, поскольку темпы прироста массы тела крыс, получавших 10 мг/л хлора, на 4-й неделе были ниже в сравнении с контролем или совпадали с тенденцией снижения относительной массы печени у крыс, получавших субингибиторную и пороговую дозы, с выявлением отдельных скоплений воспалительных клеток (на фоне отсутствия морфологических изменений в ткани печени), а также с тенденцией к снижению уровня энтеробактерий и энтерококков в кишечной микрофлоре. Это обусловливает необходимость продолжения исследований в данном направлении, в том числе в отношении пересмотра NOAEL (максимально недействующей дозы) хлора на микробиоту.
Литература
1. SCENIHR (Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks) Assessment of the Antibiotic Resistance Effects of Biocides. Brussels, Belgium : European Commission, 2009. P. 1-87. URL: http://ec.europa.eu/health/ph_risk/committees/04_scenihr/docs/scenihr_o_021.pdf (date of access February 06, 2024).
2. Jutkina J., Marathe N.P., Flach C.-F., Larsson D.G.J. Antibiotics and common antibacterial biocides stimulate horizontal transfer of resistance at low concentrations // Sci. Total Environ. 2018. Vol. 616. P. 172-178. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.10.312
3. Fox L.J., Kelly P.P., Humphreys G.J., Waigh T.A., Lu J.R., McBain A.J. Assessing the risk of resistance to cationic biocides incorporating realism-based and biophysical approaches // J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2022. Vol. 49, N 1. P. kuab074. DOI: https://doi.org/10.1093/jimb/kuab074
4. Capita R., Alonso-Calleja C. Antibiotic-resistant bacteria: a challenge for the food industry // Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2013. Vol. 53, N 1. P. 11-48. DOI: https://doi.org/10.1080/10408398.2010.519837
5. Li D., Gu A.Z. Antimicrobial resistance: a new threat from disinfection byproducts and disinfection of drinking water? // Curr. Opin. Environ. Sci. Health. 2019. Vol. 7. P. 83-91. DOI: https://doi.org/10.1016/j.coesh.2018.12.003
6. Tong C., Hu H., Chen G., Li Z., Li A., Zhang J. Chlorine disinfectants promote microbial resistance in Pseudomonas sp. // Environ. Res. 2021. Vol. 199. Article ID 111296. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.111296
7. Kampf G. Biocidal agents used for disinfection can enhance antibiotic resistance in gram-negative species // Antibiotics. 2018. Vol. 7, N 4. P. 110. DOI: https://doi.org/10.3390/antibiotics7040110
8. Ozkan A. Disinfectants as a double-edged sword: are disinfectants promoting antimicrobial resistance? // Catal. Facets Biochem. Biomed. Sci. 2019. Vol. 3, N 1. P. 18-25.
9. Guérin A., Bridier A., Le Grandois P., Sévellec Y., Palma F., Félix B. et al. Exposure to quaternary ammonium compounds selects resistance to ciprofloxacin in Listeria monocytogenes // Pathogens. 2021. Vol. 10, N 2. P. 220. DOI: https://doi.org/10.3390/pathogens10020220
10. Agathokleous E., Barceló D., Iavicoli I., Tsatsakis A., Calabrese E.J. Disinfectant-induced hormesis: an unknown environmental threat of the application of disinfectants to prevent SARS-CoV-2 infection during the COVID-19 pandemic? // Environ. Pollut. 2022. Vol. 292. Article ID 118429. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.118429
11. Шевелева С.А., Куваева И.Б., Ефимочкина Н.Р., Минаева Л.П. Микробиологическая безопасность пищи: развитие нормативной и методической базы // Вопросы питания. 2020. Т. 89, № 4. С. 125-145. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2020-10048
12. Rahimi P., Islam M.S., Duarte P.M., Tazerji S.S., Sobur M.A., El Zowalaty M.E. et al. Impact of the COVID-19 pandemic on food production and animal health // Trends Food Sci. Technol. 2022. Vol. 121. P. 105-113. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.12.003
13. James C., James S.J., Onarinde B.A., Dixon R.A., Williams N. A critical review of AMR risks arising as a consequence of using biocides and certain metals in food animal production // Antibiotics. 2023. Vol. 12, N 11. P. 1569. DOI: https://doi.org/10.3390/antibiotics12111569
14. Martino D. The effects of chlorinated drinking water on the assembly of the intestinal microbiome // Challenges. 2019. Vol. 10, N 1. P. 10. DOI: https://doi.org/10.3390/challe10010010
15. Donaghy J.A., Jagadeesan B., Goodburn K., Grunwald L., Jensen O.N., Jespers A.D. et al. Relationship of sanitizers, disinfectants, and cleaning agents with antimicrobial resistance // J. Food Protect. 2019. Vol. 82, N 5. P. 889-902. DOI: https://doi.org/10.4315/0362-028X.JFP-18-373
16. Коржевский Д.Э. Морфологическая диагностика. Подготовка материала для гистологического исследования и электронной микроскопии. Санкт-Петербург: СпецЛит, 2013. 128 с. ISBN 978-5-299-00569-1.
17. Abdel-Rahman M.S., Suh D.H., Bull R.J. Toxicity of monochloramine in rat: an alternative drinking water disinfectant // J. Toxicol. Environ. Health. 1984. Vol. 13. P. 825-834. DOI: https://doi.org/10.1080/15287398409530543
18. Daniel F.B., Ringhand H.P., Robinson M., Stober J.A., Olson G.R., Page N.P. Comparative subchronic toxicity of chlorine and monochloramine in the B6C3F1 mouse // J. Am. Water Works Assoc. 1991. Vol. 83, N 11. Р. 68-75. DOI: https://doi.org/10.1002/j.1551-8833.1991.tb07251.x
19. Hejtmancik M.R., Trela B.A., Kurtz P.J., Persing R.L., Ryan M.J., Yarrington J.T. et al. Comparative gavage subchronic toxicity studies of o-chloroaniline and m-chloroaniline in F344 rats and B6C3F1 mice // Toxicol. Sci. 2002. Vol. 69, N 1. P. 234-243. DOI: https://doi.org/10.1093/toxsci/69.1.234
20. Hegstad K., Mikalsen T., Coque T.M., Werner G., Sundsfjord A. Mobile genetic elements and their contribution to the emergence of antimicrobial resistant Enterococcus faecalis and Enterococcus faecium // Clin. Microbiol. Infect. 2010. Vol. 16, N 6. P. 541-554. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1469-0691.2010.03226.x
21. Jin M., Liu L., Wang D.N., Yang D., Liu W.L., Yin J. et al. Chlorine disinfection promotes the exchange of antibiotic resistance genes across bacterial genera by natural transformation // ISME J. 2020. Vol. 14, N 7. P. 1847-1856. DOI: https://doi.org/10.1038/s41396-020-0656-9
22. Zhang Y., Gu A.Z., He M., Li D., Chen J. Subinhibitory concentrations of disinfectants promote the horizontal transfer of multidrug resistance genes within and across genera // Environ. Sci. Technol. 2017. Vol. 51, N 1. P. 570-580. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.est.6b03132
23. Мотыгуллин Б.Р., Гайнуллина А.А., Каюмова А.Ф. Исследование характера изменений веса тела и относительной массы печени крыс в токсигенный период после подострой интоксикации полихлорированными бифенилами // Евразийский союз ученых. 2016. № 2. С. 77-79.