Inaktivierung Enterococcus faecium durch antimikrobielle Oberflächen
Zusammenfassung
Enterococcus faecium (E. faecium) ist ein Vertreter der Enterococcaceae-Familie, welcher sich beispielsweise im menschlichen Mund und Darm wohlfühlt. Gelangt dieses Bakterium in den Blutkreislauf oder in tiefere Gewebe von immungeschwächten oder älteren Menschen kann eine lebensbedrohliche Infektion entstehen. Eine Behandlung mit Antibiotika gestaltet sich oftmals schwierig, da dieser Keim neben seiner natürlichen Resistenz gegenüber Beta-Lactam-Antibiotika auch Resistenzen gegenüber weiteren Antibiotika aufweist. Aufgrund der hohen Widerstandsfähigkeit gegenüber Umwelteinflüsse kann E. faecium lange überdauern. Die Wahrscheinlichkeit einer direkten oder indirekten Übertragung des Keims steigt. Der durch Hygienevorschriften vorgesehene Einsatz von Desinfektionsmitteln zur Oberflächen-Entkeimung reicht in der Praxis oftmals nicht aus, um die Keimlast und Keimspitzen deutlich zu reduzieren. Daher sollte diese durch andere antimikrobielle Verfahren sinnvolle ergänzt werden. Die auf Singulett-Sauerstoff-basierende-Oberflächenbeschichtung gleicht Nachteile des Desinfektionsmitteleinsatzes aus und zeigt sich als äußerst effektive Ergänzung.
Steckbrief Enterococcus faecium
Aussehen und Vorkommen
Enterococcus faecium (E. faecium) ist ein gram-positives, fakultativ anaerobes Bakterium, welches in An – und Abwesenheit von Sauerstoff leben kann. E. faecium kommt in Form einer Kokke vor, ein rundes Bakterium, und zeigt sich als Kokken-Paar oder Kokken-Kette.
Der Name E. faecium leitet sich aus dessen natürlichen Habitat, dem Intestinaltrakt, dem Verdauungstrakt von Säugetieren, ab. Enteron steht im griechischen für Darm bzw. Dünndarm. Das Bakterium ist ebenfalls bei Reptilien, Fischen und Vogel, als auch Insektenarten zu finden. Außerhalb lebender Organismen ist Enterococcus faecium auch Teil unserer Umwelt, und aus Abwässern, sowie Böden zu isolieren.
Im Darm überlebt E. faecium aufgrund seiner natürlichen Resistenz gegenüber Gallensalzen. Das Bakterium kommt bei der Behandlung von Durchfallerkrankungen zum Einsatz und wird für den Wiederaufbau der Darmflora verwendet.
Infektionen – Enterococcus faecium
Enterococci, darunter Enterococcus faecium, verursachen weltweit die meisten nosokomialen Infektionen (Krankenhausinfektionen). Eine E. faecium Infektion kann bei immungeschwächten und älteren Menschen auftreten. Dabei durchdringt das Bakterium die Darmwand und erreicht Blutbahnen oder tiefere Gewebe. Es können sich Entzündungen der Herzinnenhaut (Endokarditis), der Gallenblase (Cholecystitis), der Blase (Zystitis), sowie des Bauchfells (Peritonitis) entwickeln. Im akuten, unbehandelten Zustand sind diese lebensbedrohlich.
Antibiotika-Resistenz – Enterococcus faecium
Aufgrund der starken Resistenzausbildung zählt Enterococcus faecium zu den ESKAPE Krankenhauskeimen. ESKAPE ist eine Abkürzung für die Krankenhauskeime Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa und Enterobacter-Bakterien.
Von Natur aus besitzt E. faecium durch die Bildung des Penicillin-Bindeproteins 5 eine Resistenz gegen eine Großzahl von Beta-Lactam-Antibiotika. Für die Behandlung von E. faecium assozierten Infektionen wird ein Antibiotikum wie Vancomycin verwendet. Im Falle von Vancomycin-resistenten Enterokokken (VRE) finden alternative Antibiotika aus der Gruppe der Oxazolidinone, wie Tigecyclin Verwendung.
Übertragungswege – Enterococcus faecium
E. faecium wird sowohl direkt, per Hautkontakt, als auch indirekt durch Berührung von Oberflächen übertragen. Dieser Krankheitserreger zeichnet sich durch eine hohe Überlebensfähigkeit außerhalb des Darms und des Körpers aus.
Schutzmaßnahmen – Hygienevorschriften mit Grenzen
Schutzmaßnahmen vor einer Infektion mit VRE oder Enterococcus faecium lassen sich einfach umsetzen, müssen jedoch konsequent durchgeführt werden. Die Händehygiene nimmt dabei eine wichtige Rolle bei der Bekämpfung der Ausbreitung ein. Deswegen sollten vor allem in Krankenhäusern sowohl die Patienten als auch die Angehörigen und das Personal auf eine gründliche Hygiene achten.
Ein besonderes Augenmerk liegt ebenso auf der indirekten Übertragung über Oberflächen. Große Gefahr geht von einer mangelnden Umsetzung der Hygienemaßnahmen zur Reinigung und Flächendesinfektion aus. Dadurch verbreiten sich Keime noch stärker und bilden Resistenzen gegen Desinfektionsmittel aus.
Zudem greifen Desinfektionsmittel das Material von Oberflächen und auch die gesunde, schützende Hautflora an. Darüber hinaus finden nur wenige Desinfektionsmittel Anwendung im Bereich Lebensmittel, da diese nicht zum Verzehr geeignet und für Menschen oftmals giftige sind.
Antimikrobielle Systeme – sinnvolle Ergänzung zur Hygiene
Maßnahmen für hygienesensible Bereiche reichen meist nicht mehr aus, um die Entstehung und Weiterverbreitung multiresistenter Keime zu verhindern. Deswegen sollen verschiedene Mechanismen, die die Keimzahl reduzieren, beleuchtet werden.
UV-C-Strahlung
UV-C-Strahlung kommt bei der „Desinfektion“ der Raumluft als auch der Wasseraufbereitung zum Einsatz. Mittels UV-C-Strahlung (Wellenlängen 222 nm oder 254 nm) lassen sich Oberflächen keimfrei machen.
Ozon
Als Produkt der UV-C-Strahlung fungiert Ozon als hochreaktives Gas, welches pathogene Keime durch die Schädigung deren Zellwand zerstört.
Polymere
Durch unterschiedliche atomare Ladung der Polymerverbindungen und der Zellmembran der Bakterien wird die Membran beschädigt, was zum Tod des Bakteriums führt.
Silber
Durch den Einsatz von Silber, welches Bakterien und Pilze inaktiviert, kann ebenfalls eine Keimfreiheit von Oberflächen beispielsweise von Kathetern oder Wundverbänden erreicht werden. Eine desinfizierende Wirkung von Silber ist nur in Anwesenheit von Wasser gewährleistet. In trockener Umgebung ist Silber unwirksam gegen Mikroorganismen.
Titandioxid
Titandioxid (TiO2) beschichtete Oberflächen wirken in Kombination mit UV-Strahlung antimikrobiell. Dabei fungiert Titandioxid als Photokatalysator und bildet Radikale an der Oberfläche.
Singulett-Sauerstoff
Ein zentrales Anwendungsfeld von Singulett-Sauerstoff zeigte sich bei der Behandlung von Tumoren. Demnach tötet der durch die antimikrobielle Beschichtung gebildete Singulett-Sauerstoff Viren, Bakterien und Pilze sowie Sporen durch die photokatalytische Selbstreinigung ab.
Praxis-Vergleich – Singulett-Sauerstoff-Beschichtung vs. andere Schutzmaßnahmen
Die Verarbeitung, Beständigkeit, Oberflächenschutz sowie antimikrobielle Wirksamkeit, Resistenzbildung, Gesundheitsrisiken als auch Umweltfreundlichkeit der antimikrobiellen Systeme sollen im Praxis-Vergleich dargestellt werden
Verarbeitung von Oberflächenbeschichtungen
Singulett-Sauerstoff-Beschichtungen brauchen nicht, wie Desinfektionsmittel, so häufig erneuert werden, um ihre antimikrobiellen Eigenschaften zu behalten. Die Erneuerung findet in 12-monatigen-Zyklen statt.
Die Verwendung von Titandioxid bringt zwei entscheidende Nachteile mit sich. Zum einen eignet sich Titandioxid durch die Abhängigkeit zu UV-Strahlung kaum für Innenbereiche. Zum anderen hat die Europäische Chemikalienagentur ECHA als krebserregend (karzinogen) eingestuft.
Beständigkeit von Oberflächenbeschichtungen
Sowohl Desinfektionsmittel als auch UV-C-Strahlung wirken sich negativ auf das Material der Oberflächen aus, weil sie dieses zersetzen. Neben dem Schutz der Oberflächen bieten Singulett-Sauerstoff basierende Beschichtungen den Vorteil, dass sie pathogene Keime reduzieren und somit das Übertragungsrisiko mindern.
Wirksamkeit antimikrobieller Oberflächen
Die Grenzen der UV-C-Strahlung liegen in der Erreichbarkeit der Mikroorganismen, denn im Schatten können sich Mikroorganismen weiterhin verbreiten.
Silber entfaltet seine antimikrobiellen Eigenschaften bei Feuchtigkeit. Deswegen kommen Beschichtungen auf Silberbasis eher in der Medizin bei Kathetern in Frage und weniger auf Türklinken.
Biozide – Desinfektionsmittel im Speziellen – verwässern in feuchter Umgebung. Nach dem Auftragen und Trocknen des Desinfektionsmittels besiedeln Keime erneut die Oberflächen, sodass es schwerfällt, die Hygienelücken dauerhaft zu schließen.
Unabhängig davon, ob die Oberfläche feucht oder trocken ist, wirkt die Singulett-Sauerstoff-Beschichtung. Im Gegensatz zur UV-C-Strahlung und Desinfektionsmitteln können Singulett-Sauerstoff-Beschichtungen lückenlos sowohl auf der Fläche als auch entsprechend der Hygiene eingesetzt werden.
Resistenzbildung bei Oberflächenbeschichtungen
Mikroorganismen bilden Resistenzen gegen Beschichtungen aus und können diese an andere Bakteriengruppen weitergeben. Beim physikalischen Verfahren – wie bei der Singulett-Sauerstoff-Beschichtung zum Einsatz kommt – konnte keine Resistenzbildung festgestellt werden.
Gesundheitsrisiken bei antimikrobiellen Systemen
Risiken für die Gesundheit von Lebewesen sollte durch die antimikrobiellen Beschichtungen ausgeschlossen sein.
Nichtsdestotrotz bestehen Gesundheitsrisiken beispielsweise bei der Verwendung von Nanosilber-Beschichtungen. In Brandwunden mit Silberverband und Wasserfiltern bilden sich Resistenzen gegenüber Silber überall dort, wo Bakterien mit Silber über einen längeren Zeitraum in Kontakt kommen und nicht innerhalb eines kurzen Zeitrahmens inaktiviert werden. Es konnte gezeigt werden, dass Silber nicht nur Keime tötet, sondern auch eine Schädigung menschlicher Zellen hervorrufen kann.
Aufgrund der gesundheitsgefährdenden Natur der UV-C-Strahlung, sollte sie nicht mit Augen und Haut in Kontakt kommen. Das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) warnt vor dem Einsatz von UV-C-Strahlung, da es krebserregend sein könnte.
Nicht alle Desinfektionsmittel sind für den Verzehr und die Verarbeitung von Lebensmitteln geeignet und beeinträchtigen die Gesundheit. Da sie aggressive, chemische Stoffe sind, sollte der häufige Hautkontakt vermieden werden, da sonst Allergien und Hautreizungen hervorgerufen werden können.
Singulett-Sauerstoff-Beschichtungen beeinträchtigen die Gesundheit nicht und stellen auch kein Risiko für die Haut dar.
Umweltfreundlichkeit antimikrobieller Systeme
Biozide
Umweltfreundlich sind Biozide nicht, weil sie hilfreiche Mikroorganismen in der Umwelt zerstören und somit das Ökosystem schädigen.
Silber
Das Herausfiltern von Nanosilber aus Kläranlagen bereitet Schwierigkeiten. Somit kann sich Silber im Wasserkreislauf konzentrieren. Die Konzentration ist bisher noch nicht bedenklich. Allerdings sollte man beachten, dass Silber in vielen verschiedenen Alltags- und Hygieneprodukten vorkommt.
Polymere
Synthetische Polymere – z. B. Mikroplastik – rufen Beschwerden bei Lebewesen – vor allem in Meeren hervor. Gelangen künstlich hergestellte Polymere in die Umwelt hat das fatale Folgen sowohl für die Mikroorganismen, die sich im Mikroplastikmilieu anhäufen als auch auf das Sterberisiko von Meereslebewesen und letztendlich durch die Nahrungskette auch auf den Menschen.
Singulett-Sauerstoff
Ganz ohne Risiko für die Umwelt punktet der Singulett-Sauerstoff. Dekra bestätigte sogar, dass dieses Beschichtungssystem frei von Emissionen ist.
Fazit
Zusammenfassen ist zu sagen, dass bereits vielfältige antimikrobielle Beschichtungssysteme auf dem Markt sind, die Bakterien, wie E.Faecium, inaktivieren. Zu beachten gilt allerdings die negativen Folgen der vorgestellten Beschichtungssysteme.
Singulett-Sauerstoff basierende Beschichtungssysteme setzen sich in den entscheidenden Punkten durch und birgen ein großes Potenzial für die Inaktivierung von Bakterien, Viren, Pilzen sowie Sporen.
Weitere nicht im Text verlinkte Quellen
Lohmann & Rauscher GmbH & Co. KG (o. D.). Enterococcus faecium, Enterococcus faecalis. Abgerufen am 1. Dezember 2020, von https://www.hygiene-in-practice.de/pathogen/enterococcus-faecium/
Stock, I. (2010). Nosokomiale Erkrankungen durch Enterokokken. Arzneimitteltherapie, 28 (11), 334–342 Abgerufen am 1. Dezember 2020, von https://www.arzneimitteltherapie.de/heftarchiv/2010/11/nosokomiale-erkrankungen-durch-enterokokken-eine-herausforderung-fur-die-antibakterielle-therapie.html
Gutmann, J. (2019). Sie desinfizieren sich oft die Hände? In den meisten Fällen ein Fehler – der auch ins Geld geht. Abgerufen am 1. Dezember 2020, von https://www.merkur.de/leben/gesundheit/haende-desinfizieren-meisten-faellen-fehler-auch-geld-geht-zr-13217267.html
Bundesinstitut für Risikobewertung (2002). Helfer mit Haken – Enterokokken haben neben positiven auch einige negative Eigenschaften. Abgerufen am 2. Dezember 2020, von https://www.bfr.bund.de/de/presseinformation/2002/14/helfer_mit_haken___enterokokken_haben_neben_positiven_auch_einige_negative_eigenschaften-1056.html
Vehreschild, M-, Lemmen, S. Fätkenheuer, G. (2018). Vancomycinresistente Enterokokken (VRE): Ein Grund zur Isolierung? Deutsches Ärzteblatt, 115 (14), 27-28. Abgerufen am 3. Dezember 2020, von https://www.aerzteblatt.de/archiv/198919/Vancomycinresistente-Enterokokken-(VRE)-Ein-Grund-zur-Isolierung
Klare, I., Konstabel, C., Badstübner, D., Werner, G., Witte, W. (2003). Occurrence and spread of antibiotic resistances in Enterococcus faecium. International Journal of Food Microbiology, 88 (2-3), 269-290. Doi: https://doi.org/10.1016/S0168-1605(03)00190-9
Boyce, J M, Opal, S M, Chow, J W, Zervos, M J, Potter-Bynoe, G, Sherman, C B , Romulo, R L, Fortna, S, Medeiros, A A (1994). Outbreak of multidrug-resistant Enterococcus faecium with transferable vanB class vancomycin resistance. Journal of Clinical Microbiology May, 32 (5), 1148-1153. Doi: https://doi.org/10.1128/JCM.32.5.1148-1153.1994
Edmond, M. B., Ober, J. F., Weinbaum, D. L., Pfaller, M. A., Hwang, T., Sanford, M. D., Wenzel, R. P. (1995). Vancomycin-Resistant Enterococcus faecium Bacteremia: Risk Factors for Infection. Clinical Infectious Diseases, 20 (5), 1126–1133. Doi: https://doi.org/10.1093/clinids/20.5.1126
Willems, R. J., Top, J., van Santen, M., Robinson, D. A., Coque, T. M., Baquero, F., Grundmann, H., & Bonten, M. J. (2005). Global spread of vancomycin-resistant Enterococcus faecium from distinct nosocomial genetic complex. Emerging infectious diseases, 11(6), 821–828. Doi: https://doi.org/10.3201/1106.041204
Industrieverband Hygiene und Oberflächenschutz für industrielle und institutionelle Anwendung e.V. (IHO) (2019). Händehygiene – So wird’s richtig gemacht! Abgerufen am 1. Dezember 2020, von https://www.iho.de/aktuell/haendehygiene-so-wirds-richtig-gemacht/
Dr. med. Weisenburger, L. (2020). Richtige Reinigung und Desinfektion von Flächen. Abgerufen am 1. Dezember 2020, von https://www.apotheken-umschau.de/Coronavirus/Richtige-Reinigung-und-Desinfektion-von-Flaechen-558727.html
