medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2023-102-2-135-140medlit-2925Research ArticleГИГИЕНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫENVIRONMENTAL HYGIENEПервичная санитарно-гигиеническая оценка микроорганизмов, применяемых в биотехнологияхPrimary sanitary and hygienic assessment of microorganisms used in biotechnologyКороликВиктор ВячеславовичKorolikVictor V.

Доктор мед. наук, профессор, профессор кафедры гигиены ФГАОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова» Минздрава России, 117997, Москва.

e-mail: korolikvv52@gmail.com

MD, PhD, DSci, Professor, professor of hygiene department of the Pirogov Russian National Research Medical University, Moscow, 117997, Russian Federation.

e-mail: korolikvv52@gmail.com

korolikvv52@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-2314-183XШеинаНаталия И.SheinaNatalia I.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8136-8549МялинаЛюбовь И.MjalinaLyubov I.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9312-996XСазоноваЛюбовь П.SazonovaLyubov P.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4721-0518ДруговаЕлена Д.DrugovaElena D.noemail@neicon.ruФГАОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова» Минздрава РоссииРоссияPirogov Russian National Research Medical UniversityRussian Federation2023250320231022135140Copyright © Королик В.В., Шеина Н.И., Мялина Л.И., Сазонова Л.П., Другова Е.Д., 20232023Королик В.В., Шеина Н.И., Мялина Л.И., Сазонова Л.П., Другова Е.Д.Korolik V.V., Sheina N.I., Mjalina L.I., Sazonova L.P., Drugova E.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/2925Введение

Введение. Использование микроорганизмов на биотехнологических предприятиях и применение в сельском и лесном хозяйстве может сопровождаться микробным загрязнением окружающей среды и оказывать неблагоприятное влияние на здоровье людей.

Цель исследования — разработка и внедрение в практику количественных критериев патогенности биотехнологических микроорганизмов в качестве первого этапа оценки их безопасности.

Материалы и методы

Материалы и методы. Изучены полулетальная (LD50) и пороговая (Limbact) дозы, диссеминация во внутренних органах, токсигенность и ферменты патогенности 33 штаммов сапрофитных, условно патогенных и патогенных бактерий, 250 штаммов 10 родов, предлагаемых для применения в биотехнологиях, и 11 штаммов, уже используемых в качестве активной субстанции биопрепаратов.

Результаты

Результаты. На основе критериев первичной санитарно-гигиенической оценки микроорганизмы разделены на три группы: штаммы, рекомендуемые к промышленному применению; штаммы, находящиеся на грани риска применения; штаммы, не рекомендуемые к использованию. Из 250 изученных штаммов микроорганизмов, предлагаемых для применения в биотехнологиях, 38,9% не обладают патогенными свойствами и могут быть использованы, 41,1% являются условно патогенными и находятся на грани риска применения и 20,1% в силу наличия патогенных свойств не рекомендованы для использования в биотехнологиях. Исследование патогенных свойств 11 штаммов бактерий, входящих в состав современных микробиологических препаратов, показало, что они относятся к непатогенным штаммам.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Разработка и апробирование критериев первичной санитарно-гигиенической оценки микроорганизмов, предлагаемых для биотехнологий, проведены на большом материале (более 250 штаммов) при однократном воздействии высоких доз, что не позволило оценить специфические эффекты воздействия штаммов при длительном воздействии и может быть предметом дальнейших исследований.

Заключение

Заключение. Критериями первичной санитарно-гигиенической оценки микроорганизмов, предлагаемых для применения в биотехнологиях, являются: полулетальная(LD50) и пороговая дозы(Limbact), диссеминация во внутренних органах, токсигенность и активность ферментов патогенности. Все микроорганизмы, планируемые для использования в биотехнологиях, должны быть изучены для определения возможных патогенных свойств. Биопрепараты, используемые в настоящее время в народном хозяйстве, в качестве активной субстанции содержат только сапрофитные микроорганизмы. Обеспечение биобезопасности должно развиваться в том числе и в направлении изучения специфического воздействия микроорганизмов и биопрепаратов на их основе на иммунную систему и состояние микроценоза организма.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует заключения по биомедицинской этике, поскольку является результатом обобщения многолетнего труда научных работников в данном направлении.

Участие авторов

Участие авторов: Королик В.В., Шеина Н.И. — концепция и дизайн исследования, статистическая обработка, написание текста, редактирование; Мялина Л.И. — сбор и обработка материала; Сазонова Л.П. — сбор материала; Другова Е.Д. — обработка материала. Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки. Инициативная научно-исследовательская работа.

Поступила

Поступила: 29.05.2022 / Принята к печати: 08.12.2022 / Опубликована: 25.03.2023

Introduction

Introduction. The use of microorganisms in biotechnological enterprises, agriculture, and forestry can be accompanied by microbial contamination of the environment and have an adverse effect on the human health.

The purpose of the research is to develop and put into practice quantitative criteria for the pathogenicity of biotechnological microorganisms as the first stage in assessing their safety.

Materials and methods

Materials and methods. Lethal dose (LD50) and “threshold” (Limbact) doses, dissemination in internal organs, toxigenicity, and “pathogenicity enzymes” of thirty-three strains of saprophytic, opportunistic and pathogenic bacteria, 250 strains of 10 genera proposed for use in biotechnology, and 11 strains already used as active biopreparation substances were investigated.

Results

Results. Based on the criteria for primary sanitary and hygienic assessment, microorganisms were selected into three groups: strains recommended for industrial use; strains at risk of application; strains not recommended for use. Among the studied 250 strains of microorganisms proposed for use in biotechnology, 38.9% did not have pathogenic properties and can be used, 41.0% are conditionally pathogenic and are at risk of use, and 20.1% are not recommended for use in biotechnology due to the presence of pathogenic properties. A study of the pathogenic properties of 11 strains of bacteria that are the part of modern biological products showed that they belong to non-pathogenic microorganisms.

Limitations

Limitations. The development and testing of the criteria for the primary sanitary and hygienic assessment of microorganisms proposed for biotechnology were carried out on a large material (more than 250 strains) with a single exposure to high doses, which did not allow us to assess the specific effects of exposure to strains during long-term exposure and may be the subject of further research.

Conclusion

Conclusion. The criteria for the primary sanitary and hygienic assessment of microorganisms proposed for use in biotechnologies include average lethal and “threshold” doses dissemination in internal organs, toxigenicity and activity of “pathogenicity enzymes”. All planned for use in biotechnology microorganisms should be examined for possible pathogenic properties. Biological products used in real time in the national economy contain only saprophytic microorganisms as an active substance. The problem of biosafety should be solved in the direction of studying the specific effect of microorganisms and biological products on the immune system influence and the state of the microcenosis of the body.

Compliance with ethical standards. The conducted study does not require a conclusion on biomedical ethics since it is a generalization of many years of work of researchers on this issue.

Contribution

Contribution: Korolik V.V., Sheina N.I. — concept and design of the study, statistical analysis, writing text, editing; Mjalina L.I. — сollection and processing of material; Sazonova L.P. — сollection of material; Drugova E.D. — material processing. All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgement

Acknowledgement. The study had no sponsorship.

Received

Received: May 29, 2022 / Accepted: December 8, 2022 / Published: March 25, 2023

критерии патогенностимикроорганизмыбиопрепаратыбиотехнологияbiotechnological (industrial) microorganismspathogenicity criteriabiological productsbiotechnologyReferencesGonzález D., Probanza M.A., Jiménez P.A. Selection of mercury-resistant PGPR strains using the BMRSI for bioremediation purposes. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2021; 18(18): 9867. https://doi.org/10.3390/ijerph18189867González D., Probanza M.A., Jiménez P.A. Selection of mercury-resistant PGPR strains using the BMRSI for bioremediation purposes. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2021; 18(18): 9867. https://doi.org/10.3390/ijerph18189867Mitra S., Das A., Sen S., Mahanty B. Potential of metabolic engineering in bacterial nanosilver synthesis. World J. Microbiol. Biotechnol. 2018; 34(9): 138. https://doi.org/10.1007/s11274-018-2522-8Mitra S., Das A., Sen S., Mahanty B. Potential of metabolic engineering in bacterial nanosilver synthesis. World J. Microbiol. Biotechnol. 2018; 34(9): 138. https://doi.org/10.1007/s11274-018-2522-8Voulgaridou G.P., Mantso T., Anestopoulos I., Klavaris A., Katzastra C., Kiousi D.E., et al. Toxicity profiling of biosurfactants produced by novel marine bacterial strains. Int. J. Mol. Sci. 2021; 22(5): 2383. https://doi.org/10.3390/ijms22052383Voulgaridou G.P., Mantso T., Anestopoulos I., Klavaris A., Katzastra C., Kiousi D.E., et al. Toxicity profiling of biosurfactants produced by novel marine bacterial strains. Int. J. Mol. Sci. 2021; 22(5): 2383. https://doi.org/10.3390/ijms22052383Khan M.A., Hamayun M., Asaf S., Khan M., Yun B.W., Kang S.M., et al. Rhizospheric Bacillus spp. rescues plant growth under salinity stress via regulating gene expression, endogenous hormones, and antioxidant system of Oryza sativa L. Front. Plant Sci. 2021; 12: 665590. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.665590Khan M.A., Hamayun M., Asaf S., Khan M., Yun B.W., Kang S.M., et al. Rhizospheric Bacillus spp. rescues plant growth under salinity stress via regulating gene expression, endogenous hormones, and antioxidant system of Oryza sativa L. Front. Plant Sci. 2021; 12: 665590. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.665590Donohue D.C. Safety of probiotics. Asia Pac. J. Clin. Nutr. 2006; 15(4): 563–9.Donohue D.C. Safety of probiotics. Asia Pac. J. Clin. Nutr. 2006; 15(4): 563–9.Vesterlund S., Vankerckhoven V., Saxelin M., Goossens H., Salminen S., Ouwehand A.C. Safety assessment of Lactobacillus strains: presence of putative risk factors in faecal, blood and probiotic isolates. Int. J. Food Microbiol. 2007; 116(3): 325–31. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2007.02.002Vesterlund S., Vankerckhoven V., Saxelin M., Goossens H., Salminen S., Ouwehand A.C. Safety assessment of Lactobacillus strains: presence of putative risk factors in faecal, blood and probiotic isolates. Int. J. Food Microbiol. 2007; 116(3): 325–31. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2007.02.002Bernardeau M., Vernoux J.P., Henri-Dubernet S., Guéguen M. Safety assessment of dairy microorganisms: the Lactobacillus genus. Int. J. Food Microbiol. 2008; 126(3): 278–85. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2007.08.015Bernardeau M., Vernoux J.P., Henri-Dubernet S., Guéguen M. Safety assessment of dairy microorganisms: the Lactobacillus genus. Int. J. Food Microbiol. 2008; 126(3): 278–85. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2007.08.015Stavropoulou E., Emonet S. Probiotics: benefits and harms. Rev. Med. Suisse. 2020; 16(710): 1916–9. (in French)Stavropoulou E., Emonet S. Probiotics: benefits and harms. Rev. Med. Suisse. 2020; 16(710): 1916–9. (in French)Чиркина Т.М., Махонько М.Н., Шкробова Н.В. Заболевания, обусловленные воздействием антибиотиков в условиях современного производства. Бюллетень медицинских интернет-конференций. 2013; 3(11): 1161–3.Chirkina T.M., Makhon’ko M.N., Shkrobova N.V. Diseases caused by exposure to antibiotics in modern industrial conditions. Byulleten’ meditsinskikh internet-konferentsiy. 2013; 3(11): 1161–3. (in Russian)Шевляков В.В., Филонюк В.А., Рыбина Т.Н., Чернышова Е.В., Кардаш О.Ф., Эрм Г.И. и др. Состояние здоровья работников биотехнологических производств. Вестник Витебского государственного медицинского университета. 2014; 13(3): 127–38.Shevlyakov V.V., Filonyuk V.A., Rybina T.N., Chernyshova E.V., Kardash O.F., Erm G.I., et al. The state of health of workers in biotechnological productions. Vestnik Vitebskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta. 2014; 13(3): 127–38. (in Russian)Дмитриева Л.Б., Лавер Б.И., Родионова О.М. Сравнительная оценка частоты вагинальных кандидозов у женщин, работающих в производстве фармацевтических препаратов и антибиотиков. Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2004; (1): 141–4.Dmitrieva L.B., Laver B.I., Rodionova O.M. Comparative estimation of vaginal candidosis frequency among women working in pharmaceutical medicines and antibiotics industry. Vestnik Rossiyskogo universiteta druzhby narodov. Seriya: Ekologiya i bezopasnost’ zhiznedeyatel’nosti. 2004; (1): 141–4. (in Russian)Катаева Л.В., Степанова Т.Ф., Посоюзных О.В., Ташланова В.В., Карпухина Н.Ф., Колотова О.Н. и др. К вопросу распространения бактерий рода Aeromonas в объектах окружающей среды и клиническом материале. Здоровье населения и среда обитания – ЗНиСО. 2018; (6): 54–7.Kataeva L.V., Stepanova T.F., Posoyuznykh O.V., Tashlanova V.V., Karpukhina N.F., Kolotova O.N., et al. On the issue of the spread of Aeromonas bacteria in the environment and clinical material. Zdorov’e naseleniya i sreda obitaniya – ZNiSO. 2018; (6): 54–7. (in Russian)Егорова О.Н., Брусина Е.Б., Григорьев Е.В. Эпидемиология и профилактика синегнойной инфекции: Федеральные клинические рекомендации. М.; 2014.Egorova O.N., Brusina E.B., Grigor’ev E.V. Epidemiology and prevention of Pseudomonas aeruginosa infection: Federal clinical guidelines. Moscow; 2014. (in Russian)Королик В.В. Комплексная гигиеническая оценка биотехнологических штаммов микроорганизмов, в связи с загрязнением ими окружающей среды: Автореф. дисс. … д-ра мед. наук. М.; 1999.Korolik V.V. Comprehensive hygienic assessment of biotechnological strains of microorganisms, in connection with their environmental pollution: Diss. Moscow; 1999. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.