Η επίδραση του καδμίου στην ανάπτυξη της escherichia coli και του proteus mirabilis
Authors: Μπότσαρη Σταματία 
Published: August 2021

Στη παρούσα μελέτη ερευνήθηκαν οι επιδράσεις διαφόρων συγκεντρώσεων Cd στα βακτήρια Escherichia coli, Proteus mirabilis και σε συνδυασμό με το αντιβιοτικό cefuroxime. Καταρχήν και στην Esherichia coli και στον Proteus mirabilis, το Cd σε συγκέντρωση 0,16 pg/l ασκεί ευεργετική δράση αυξάνοντας την ταχύτητα ανάπτυξής τους και τον σχηματισμό αποικιών. Επίσης το Cd στη συγκέντρωση 1,5 μμ/1 ασκεί τη πιο μεγάλη τοξική δράση από όλες τις άλλες συγκεντρώσεις που μελετήθηκαν (0,25, 0,5 και 1,0 μg/l Cd) στα βακτήρια Escherichia coli και Proteus mirabilis ελαττώνοντας την ταχύτητα ανάπτυξής τους από τις 0 έως και 24 ώρες επώασης καθώς και τον σχηματισμό αποικιών. Επίσης η ταχύτητα ανάπτυξης της Escherichia coli ήταν υψηλότερη από αυτή του Proteus mirabilis για όλες τις συγκεντρώσεις Cd και σε όλες τις χρονικές στιγμές επώασης και επομένως βγήκε το συμπέρασμα ότι η Escherichia coli είναι πιο ανθεκτικό βακτήριο στην τοξική επίδραση του Cd από ότι ο Proteus mirabilis. Η Escherichia coli και ο Proteus mirabilis είναι ευαίσθητα στο αντιβιοτικό cefuroxime. Η απουσία του cefuroxime προκάλεσε την αύξηση της ταχύτητας ανάπτυξης και των δύο βακτηρίων και στις δύο συγκεντρώσεις Cd (0,16 pg/l και 1,50 pg/l) με την ταχύτητα ανάπτυξης της Escherichia coli να είναι σημαντικά υψηλότερη από αυτή του Proteus mirabilis. Επίσης παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές στην ταχύτητα ανάπτυξης μεταξύ των δύο συγκεντρώσεων Cd (0,16 pg/l και 1,50 pg/l) και για τα δύο βακτήρια κυρίως από τις 6 ώρες επώασης και μετά, όταν δεν υπήρχε cefuroxime. Η παρουσία του cefuroxime είχε σαν συνέπεια την εξάλειψη της διαφοράς στην ταχύτητα ανάπτυξης μεταξύ των βακτηρίων Escherichia coli και Proteus mirabilis και μεταξύ των δύο συγκεντρώσεων Cd (0,16 pg/l και 1,50 μμ/Ι) που οφείλονται στην πάροδο του χρόνου επώασης. Επίσης οδηγεί στην πλήρη αναστολή της ανάπτυξης αποικιών των δύο βακτηρίων και στις δύο συγκεντρώσεις Cd και σε όλες τις χρονικές στιγμές επώασης. Το κάδμιο (Cd) είναι ένα σπάνιο μέταλλο, κατέχει την 67η θέση σε χημική αφθονία και βρίσκεται στον φλοιό της Γης σε συγκέντρωση, κατά μέσο όρο 0,1 mg/kg. Το Cd επίσης είναι βιοσυσσωρευτικό, πολύ τοξικό στον άνθρωπο και μένει σταθερό στο περιβάλλον με χρόνο ημιζωής (t1/2 ) 10-30 χρόνια. Στον άνθρωπο, ο χρόνος ημιζωής ( t1/2 ), είναι περισσότερος από 15 χρόνια. Κατά τη διάρκεια του 20ου αιώνα, το φορτίο του σώματος σε Cd του γενικού πληθυσμού των πιο προηγμένων βιομηχανικά χωρών έχει αυξηθεί σαν αποτέλεσμα των ανεξέλεγκτων βιομηχανικών εκπομπών στο παρελθόν. Επιπλέον, το Cd μπορεί να προκαλέσει βλάβη στους νεφρούς, μετά από παρατεταμένη έκθεση σε συνθήκες βιομηχανίας ή στο μολυσμένο περιβάλλον. Βιολογικοί δείκτες της νεφροτοξικότητας από το Cd στο άνθρωπο είναι η β₂-μικροσφαιρίνη, η RBP, η α₁-μικροσφαιρίνη, η CC16 και η NAG. Λοιμώξεις του ουροποιητικού, παρατηρούνται με την είσοδο και εγκατάσταση μικροβίων στο ουροποιητικό, είναι αρκετά συχνές και διακρίνονται σε βακτηριακές ή μυκητιακές λοιμώξεις. Το βακτήριο Escherichia coli και ειδικά τα στελέχη που βρίσκονται στον γαστρεντερικό σωλήνα, είναι το συχνότερο αίτιο ουρολοιμώξεων προκαλώντας το 90% των εξωνοσοκομειακών και το 50% των νοσοκομειακών. Είναι συχνότερες στις γυναίκες (κυρίως μετά την εμμηνόπαυση) παρά στους άνδρες και για τη θεραπεία τους χρησιμοποιούνται διάφορα χημειοθεραπευτικά και αντιβιοτικά όπως σουλφοναμίδες, αμπικιλλίνη, τετρακυκλίνες, αμινογλυκοσίδες, χλωραμφενικόλη και κεφαλοσπορίνες. Το βακτήριο Proteus mirabilis αποτελεί επίσης συχνό αίτιο ουρολοιμώξεων, προσβάλει νεαρά αρσενικά και σπανιότερα θηλυκά άτομα, ηλικιωμένους, ασθενείς με δομικές ανωμαλίες στην ουροφόρο οδό, νοσηλευόμενους, καθετηριασμένους, ασθενείς που υποβάλλονται σε ιατρικούς χειρισμούς στο ουροποιητικό. Η ικανότητά του να προκαλεί ουρολοιμώξεις οφείλεται, στην παραγωγή ΝΗ₄ΟΗ από την διάσπαση της ουρίας και στα ινίδιά του, τα οποία συμβάλλουν στην προσκολλητικότητα του μικροβίου στο βλεννογόνο του ουροποιητικού συστήματος. Όσον αφορά τη θεραπεία σχεδόν όλα τα στελέχη Proteus mirabilis είναι ευαίσθητα στην αμπικιλλίνη και στις κεφαλοσπορίνες. Σύμφωνα με διάφορες έρευνες που έχουν πραγματοποιηθεί κατά το παρελθόν πολλά τοξικά μέταλλα μεταξύ των οποίων και το Cd έχουν ανιχνευτεί στα ούρα ανθρώπων που κατοικούν σε περιοχές εκτεθημένες στα μέταλλα αυτά (περιοχές εξόρυξης άνθρακα, σε βιομηχανίες αυτοκινήτων, μετάλλων και τροφίμων σε περιοχές έκθεσης σε καυσαέρια από ντίζελ). Το Cd, έχει βρεθεί ότι ασκεί τοξική δράση στο βακτήριο Escherichia coli με διάφορους μηχανισμούς όπως η αύξηση παραγωγής ορισμένων πρωτεϊνών του στρες, η ενδοκυττάρια παραγωγή υπεροξειδίου, η πρόκληση βλάβης στο DNA, η μεταβολή στον αναερόβιο μεταβολισμό, η μετατόπιση του Cd σε πρωτεΐνες που συνδέονται με τον Zn πλούσιες σε κυστεΐνη και η επαγωγή οξειδωτικού στρες από παρεμβολή του Cd, στην αλυσίδα αναπνοής του βακτηρίου. Παρόμοιες μελέτες για τον Proteus mirabilis δεν έχουν πραγματοποιηθεί. Τέλος έχει βρεθεί ότι στην Escherichia coli υπάρχουν πλασμίδια βακτηρίων με γονίδια τα οποία παρέχουν πολύ συγκεκριμένη ανθεκτικότητα σε διάφορα μέταλλα και στο Cd. Αυτά είναι η ΑΤΡαση, cadA που απαλλάσσει τα κύτταρα από το Cd, το γονίδιο pcoABCD και το pcoRS που παρέχει ανθεκτικότητα στον Cu, η τύπου-Ρ ΑΤΡαση, ZntA η οποία εξασφαλίζει ανθεκτικότητα στο Cd, στον Zn και στον Pb, η πρωτεΐνη εκροής ιόντων μετάλλων, Czr και Czc η οποία όταν εκφράζεται στην Escherichia coli έχει σαν αποτέλεσμα την αυξημένη ανθεκτικότητα στα ιόντα Zn και Cd και σε μικρότερο βαθμό στο Co και η ανθρώπινη πρωτεΐνη MDR1 όσο και οι βακτηριακές MDR πρωτεΐνες LmrA και OmrA όπου παρέχουν ανθεκτικότητα στην Escherichia coli από την τοξική επίδραση του Cd. Από την έρευνα αυτή προκύπτει ότι το Cd των ούρων μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τον ρυθμό ανάπτυξης των δύο συχνότερων μικροβίων των ουρολοιμώξεων της Escherichia coli και του Proteus mirabilis. Η επίδραση αυτή είναι διαφορετικά εξαρτώμενη από τις συγκεντρώσεις του μετάλλου στα ούρα. Οι μικρές συγκεντρώσεις επιταχύνουν σημαντικά την ανάπτυξη και των δύο μικροβίων, ενώ συγκεντρώσεις Cd που αντιπροσωπεύουν τις μέσες απαντώμενες τιμές στα φυσιολογικά άτομα και μεγαλύτερες, αναστέλλουν σημαντικά την ανάπτυξη των μικροβίων και επηρεάζουν τις δοκιμασίες ευαισθησίας των μικροβίων στις κεφαλοσπορίνες.