Antybiotykooporność bakterii - nowe wyzwania dla branży mięsnej

1. Wstęp

Wraz ze stale rosnącą populacją ludzi na świecie, istnieje presja na zwiększenie produktywności w wielu sektorach rolnictwa, w tym w produkcji mięsa jako głównego źródła białka w diecie. Zapobieganie infekcjom zwierząt hodowlanych i ich leczenie jest kluczowe dla wydajności produkcji i przyczynia się do dobrostanu zwierząt hodowlanych. W zależności od zagęszczenia zwierząt w gospodarstwach i obowiązujących środków bezpieczeństwa biologicznego, choroby zakaźne mogą rozprzestrzeniać się szybko, powodując wysoki poziom śmiertelności. Brak leczenia zwierząt gospodarskich może prowadzić do utraty produktywności i zysków dla producentów [1]. Chociaż jest możliwa hodowla zwierząt gospodarskich bez użycia antybiotyków, jednakże kwestie dobrostanu są nadrzędnym prawem zwierząt do leczenia w przypadku wystąpienia infekcji. Dlatego antybiotyki są nadal stosowane w gospodarstwach hodowlanych [2].

Antybiotyki zaczęto stosować u zwierząt wkrótce po ich odkryciu przez Sir Alexandra Fleminga w 1929 r. Jednym z pierwszych antybiotyków, które odniosły sukces komercyjny, był Prontosil firmy Bayer, organiczny związek chemiczny z grupy barwników azowych, będący jednocześnie prolekiem z grupy sulfonamidów. Początkowo antybiotyki postrzegano wyłącznie jako cząsteczki mające na celu zmniejszenie śmiertelności zwierząt, a nie jako stymulatory wzrostu, chociaż to zastosowanie również szybko się pojawiło i zyskało uznanie [3].

Niestety, szerokie stosowanie antybiotyków zwiększyło presję na selekcję szczepów bakterii opornych na różne związki przeciwdrobnoustrojowe. Bakterie oporne na antybiotyki są obecnie często izolowane od większości zwierząt hodowlanych. Ponadto bakterie oporne na związki przeciwbakteryjne mogą rozprzestrzeniać się poza regiony rolnicze i przyspieszać zjawisko oporności u innych bakterii, w tym tych patogennych dla ludzi. Kilka innych czynników, takich jak nasilone zmiany klimatu i zmniejszona bioróżnorodność, zmusiło patogeny do ewolucji i szybkiej adaptacji. Chociaż ewolucja jest na ogół powolnym procesem wymagającym wielu pokoleń, bakterie mogą modulować swój genom w ciągu zaledwie jednego pokolenia, a tym samym radykalnie zmieniać swoje właściwości. Mobilne elementy genetyczne, takie jak plazmidy, transpozony i integrony, ułatwiają poziomy ruch genów między gatunkami bakterii i mogą promować szybką ewolucję, w tym nabywanie czynników wirulencji lub oporności na antybiotyki [1,2,3].

2. Skala problemu

Pojawienie się w ostatniej dekadzie ludzkich patogenów z wielokrotną opornością na antybiotyki skupiło uwagę na weterynaryjnym stosowaniu tych cennych leków. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) uznała oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe za globalne zagrożenie dla zdrowia i bezpieczeństwa żywnościowego, podkreślając potrzebę podejścia „Jedno zdrowie” integrującego strategie dotyczące zdrowia ludzi, zwierząt i środowiska [4]. Mięso i produkty mięsne mogą być rezerwuarem patogenów opornych na antybiotyki, co budzi obawy o zdrowie publiczne i skuteczność leczenia chorób zakaźnych. Jako jeden z ważnych producentów mięsa w Europie, Polska stoi przed wyzwaniem monitorowania i kontrolowania oporności drobnoustrojów w sektorze mięsnym [5].

Podczas produkcji i wytwarzania żywności stosuje się liczne środki przeciwdrobnoustrojowe w celu zwiększenia wydajności systemu oraz zapewnienia jakości i bezpieczeństwa żywności. Rysunek 1. przedstawia najważniejsze środki przeciwdrobnoustrojowe stosowane w łańcuchu produkcji zwierzęcej.

Głównymi czynnikami przyczyniającymi się do rozprzestrzeniania się oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe w żywności pochodzenia zwierzęcego, ze szczególnym uwzględnieniem mięsa i produktów mięsnych, jest niewłaściwe i nadmierne stosowanie antybiotyków w produkcji podstawowej. W praktyce około 80% globalnie produkowanych antybiotyków jest stosowanych w produkcji zwierzęcej [5]. Badania wykazały, że stosowanie antybiotyków w hodowli zwierząt prowadzi do pojawienia się nowych determinantów oporności wśród bakterii rolniczych. Głównym zagrożeniem jest teoretyczna sytuacja, że stosowanie środków przeciwdrobnoustrojowych u zwierząt hodowlanych spowoduje selekcję oporności na te środki u bakterii jelitowych odzwierzęcych, a poprzez transmisję przez żywność nastąpi przeniesienie na człowieka. Ponadto, bakterie komensalne obecne w jelitach ludzi lub zwierząt mogą przenosić swoje geny oporności na istniejącą podatną mikrobiotę, a tym samym rozprzestrzeniać antybiotykooporność wśród mikrobioty komensalnej człowieka, co teoretycznie może skutkować nieuleczalną infekcję w późniejszym okresie życia osobnika. Dowodem na taki scenariusz są badania, w których potwierdzono, że geny zaangażowane w oporność na antybiotyki, które są lub były stosowane wyłącznie u zwierząt, zostały znalezione nie tylko w izolatach odzwierzęcych, ale także w mikrobiocie komensalnej ludzi, w patogenach żywności, takich jak Salmonella i Shigella. To jasno wskazuje na możliwy transfer genów oporności między zwierzętami i ludźmi [6].

Chociaż antybiotyki są zakazane jako stymulatory wzrostu w wielu krajach, są nadal stosowane w profilaktyce, kontroli lub leczeniu chorób zakaźnych. Unia Europejska wymaga, aby żywność taka jak mięso, mleko lub jaja nie zawierały pozostałości leków weterynaryjnych lub produktów biobójczych, które mogłyby zagrozić zdrowiu konsumenta. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 470/2009 [7] określa zasady ustalania maksymalnych dopuszczalnych poziomów, mierzonych w miligramach na kilogram dla produktów stałych i miligramach na litr dla płynów. Antybiotyki mogą gromadzić się w tkankach, takich jak mięśnie i narządy, a ich pozostałości działają jako czynniki selekcyjne, które promują rozwój oporności u obecnych mikroorganizmów.

W Polsce, jak wskazuje raport Najwyższej Izby Kontroli (NIK) [8], stosowanie antybiotyków w produkcji zwierzęcej jest powszechne, a nadzór okazuje się nieskuteczny. Przykładowo w województwie lubuskim aż 70% rolników w monitorowanych gospodarstwach stosowało antybiotyki, zawsze uzasadniając ich stosowanie względami terapeutycznymi. NIK wskazuje jednak na brak pełnej dokumentacji leczenia i słabości systemu nadzoru, który często opiera się na oświadczeniach hodowców. Skala stosowania antybiotyków pozostaje nieznana, chociaż dane wskazują na 23-procentowy wzrost ich sprzedaży między 2011 a 2015 rokiem. NIK zaleca wprowadzenie obowiązku raportowania, utworzenie ogólnopolskiej bazy danych i wdrożenie programów edukacyjnych dla hodowców w celu lepszej kontroli sytuacji i przeciwdziałania oporności na antybiotyki.

Wiele badań poświęcono identyfikacji bakterii chorobotwórczych, które są problematyczne dla przemysłu mięsnego i ocenie ich poziomu ryzyka pod względem oporności na antybiotyki. Oporność na leki takie jak ampicylina, tetracyklina czy gentamycyna zaobserwowano wśród izolatów bakterii Escherichia coli, Staphylococcus spp., Enterococcus spp., Klebsiella pneumoniae i Citrobacter spp. [6].

Również stosowanie środków dezynfekujących w przetwórstwie mięsa może prowadzić do nabywania oporności szczepów bakteryjnych na stosowany środek antybakteryjny. Badania wskazują na to, że narażenie bakterii na subletalne stężenia środka dezynfekującego skutkuje stabilnie wyższą opornością. Ważne jest rozróżnienie między „reakcją na stres”, która jest odwracalna, a adaptacją skutkującą stabilnie wyższą opornością. W praktyce adaptacja może wystąpić w miejscach na liniach produkcyjnych narażonych na słabe płukanie, pozostawiających niskie stężenia środka dezynfekującego na powierzchniach. Długotrwała ekspozycja na taki stan może prowadzić do wytworzenia oporności u bakterii [9].

3. Czy istnieje alternatywa dla antybiotyków?

Zmniejszenie stosowania antybiotyków i dezynfektantów prowadzi do zmniejszenia liczby szczepów opornych. Jednak ze względu na bezpieczeństwo produkowanej żywności oraz dobrostan zwierząt hodowlanych uważa się, że rozwiązania te pozostają wciąż niezbędne [3]. Dlatego konieczne jest opracowanie nowych strategii w celu zmniejszenia zależności od antybiotyków i chemicznych dezynfektantów. Wśród nowych alternatyw można wyróżnić:

• Zastosowanie probiotyków i prebiotyków w żywieniu zwierząt. Probiotyki to żywe mikroorganizmy, które przy odpowiednim podaniu przynoszą korzyści zdrowotne gospodarzowi. Zaobserwowano, że probiotyki zapewniają zwierzętom szereg korzyści zdrowotnych, m.in.: promują wzrost i dojrzewanie zwierząt, zwiększają spożycie paszy, poprawiają jej strawność, wpływają na poprawę wyników zdrowotnych i odpowiedzi immunologicznej, zwiększają wydajność mięsa i jego jakość. Z kolei prebiotyki to związki, które indukują wzrost lub aktywność pożytecznych mikroorganizmów, szczególnie w jelitach. Stosowane razem, jako synbiotyki, promują zdrowie jelit poprzez poprawę równowagi mikrobioty jelitowej zwierząt hodowlanych [3,5].
• Zastosowanie bakteriofagów (wirusów bakteryjnych). Wirusy te specyficznie infekują i lizują komórki bakteryjne, z wysokim stopniem specyficzności gospodarza, co czyni je cennymi narzędziami do zwalczania bakterii patogennych bez zakłócania korzystnej mikrobioty. Mogą być podawane w wodzie, paszy lub bezpośrednio do zakażonych zwierząt, co czyni je wszechstronnymi środkami w zrównoważonych systemach rolniczych [5,10].
• Zastosowanie związków naturalnych. Związki pochodzące z roślin leczniczych, w tym olejki eteryczne, alkaloidy i związki fenolowe, zyskały popularność ze względu na swoje właściwości przeciwdrobnoustrojowe, przeciwutleniające i przeciwzapalne. Na przykład związki polifenolowe, takie jak kurkumina, resweratrol i kwas galusowy, mogą skutecznie niszczyć biofilmy bakteryjne, wspomagając leczenie infekcji. Kilka metali, takich jak cynk i miedź, ma także ważne działanie przeciwdrobnoustrojowe i mogą być stosowanych jako alternatywa dla antybiotyków u zwierząt gospodarskich [3,5].
• Zastosowanie rybosomalnych peptydów przeciwdrobnoustrojowych i enzymów bakteryjnych. Peptydy, wraz z enzymami, takimi jak lizozymy, mogą być użyte jako nowoczesne dezynfektanty lub włączane do paszy dla zwierząt w celu zmniejszenia liczby bakterii chorobotwórczych w jelitach i poprawy wydajności wzrostu, jednocześnie zapobiegając rozwojowi oporności. Enzymy, takie jak proteazy i lizozymy, pomagają rozkładać ściany komórkowe drobnoustrojów, podczas gdy rybosomalne pepdydy to małe białka występujące naturalnie w wielu mikroorganizmach, które wykazują szerokie spektrum działania przeciwdrobnoustrojowego [10].
• Innowacyjne rozwiązania. Zastosowanie nanocząstek takich jak: Ag-NP, Zn-NP, Au-NP, Al-NP, Cu-NP i Ti-NP oraz ZnO-NP, CdO-NP, CuO-NP i TiO₂-NP. Wszystkie te struktury wykazują skuteczność w niszczeniu bakterii. Dzięki swoim właściwościom nie tylko same w sobie mają działanie antybakteryjne, ale mogą być również nośnikami antybiotyków i naturalnych związków przeciwdrobnoustrojowych [5,10].

dr hab. Dorota Zielińska, prof. SGGW

Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Instytut Nauk o Żywieniu Człowieka, Katedra Technologii Gastronomicznej i Higieny Żywności, ul. Nowoursynowska 159, 02-776 Warszawa

UNISTART sp. z o.o. – spin-off SGGW w Warszawie, www.unistart.pl

Literatura:

• Capita, R., & Alonso-Calleja, C. (2013). Antibiotic-resistant bacteria: a challenge for the food industry. Critical reviews in food science and nutrition, 53(1), 11-48.
• Saucier, L. Microbial spoilage, quality and safety within the context of meat sustainability. Meat Sci.2016, 120, 78–84. 
• Monger XC, Gilbert A-A, Saucier L, Vincent AT. Antibiotic Resistance: From Pig to Meat. Antibiotics. 2021; 10(10):1209. https://doi.org/10.3390/antibiotics10101209
• World Health Organization . Global Antimicrobial Resistance and Use Surveillance System (GLASS) Report 2022. 1st ed. World Health Organization; Geneva, Switzerland: 2022.
• Wiśniewski P, Trymers M, Chajęcka-Wierzchowska W, Tkacz K, Zadernowska A, Modzelewska-Kapituła M. Antimicrobial Resistance in the Context of Animal Production and Meat Products in Poland-A Critical Review and Future Perspective. 2024 Dec 19;13(12):1123. doi: 10.3390/pathogens13121123. PMID: 39770382; PMCID: PMC11676418.
• Van den Bogaard, A. E. and Stobberingh, E. E. (2000). Epidemiology of resistance to antibiotics links between animals and humans. J. Antimicrob. Agents 14(4): 327–335.
• Regulation (EC) No 470/2009 of the European Parliament and of the Council of 6 May 2009 laying down Community procedures for the establishment of residue limits of pharmacologically active substances in foodstuffs of animal origin, repealing Council Regulation (EEC) No 2377/90 and amending Directive 2001/82/EC of the European Parliament and of the Council and Regulation (EC) No 726/2004 of the European Parliament and of the Council
• https://www.nik.gov.pl/aktualnosci/nik-o-stosowaniu-antybiotykow-w-nbsp-hodowli-zwierzat-w-nbsp-woj-lubuskim.html
• Langsrud, S., Sidhu, M. S., Heir, E., & Holck, A. L. (2003). Bacterial disinfectant resistance—a challenge for the food industry. International Biodeterioration & Biodegradation, 51(4), 283-290.
• Singer, R.S.; Porter, L.J.; Thomson, D.U.; Gage, M.; Beaudoin, A.; Wishnie, J.K. Raising animals without antibiotics: U.S. producer and veterinarian experiences and opinions.  Vet. Sci2019, 6, 452.