STUDIO: Valutazione dell'effetto delle radiazioni con radiofrequenza emesse dal router Wi-Fi e dal simulatore di telefoni cellulari sulla suscettibilità antibatterica dei batteri patogeni Listeria monocytogenes ed Escherichia coli

Valutazione dell'effetto delle radiazioni con radiofrequenza emesse dal router Wi-Fi e dal simulatore di telefoni cellulari sulla suscettibilità antibatterica dei batteri patogeni Listeria monocytogenes ed Escherichia coli

M. Taheri1, S. M. J. Mortazavi2,3, M. Moradi1, S. Mansouri1, G. R. Hatam4 e F. Nouri5

1 Department of Microbiology, School of Medicine, Kerman University of Medical Sciences, Kerman, Kerman Province, Iran
2 Ionizing and Non-ionizing Radiation Protection Research Center (INIRPRC), Shiraz University of Medical Sciences, Shiraz, Iran
3 Medical Physics and Medical Engineering Department, School of Medicine, Shiraz University of Medical Sciences, Shiraz, Iran
4 Basic Sciences, School of Advanced Medical Sciences and Technologies, Shiraz University of Medical Sciences, Shiraz, Iran
5 Department of Pharmaceutical Biotechnology and Pharmaceutical Sciences Research Center, School of Pharmacy, Shiraz University of Medical Science, Shiraz, Iran

Dose-Response:
An International Journal
January-March 2017:1-8
a The Author(s) 2017
Reprints and permission:
sagepub.com/journalsPermissions.nav
DOI: 10.1177/1559325816688527
journals.sagepub.com/home/dos


radiazione a radiofrequenza, batteri, Wifi, antibiogramma

Astratto

I telefoni cellulari e le radiazioni di radiofrequenza Wi-Fi sono tra le principali fonti di esposizione della popolazione generale ai campi elettromagnetici a radiofrequenza (RF-EMF). Precedenti studi hanno dimostrato che l'esposizione di microrganismi agli RF-EMF può essere associata a un ampio spettro di cambiamenti che vanno dalla crescita batterica modificata alle alterazioni del pattern di resistenza agli antibiotici. Il nostro laboratorio presso il dipartimento non ionizzante del Centro di ricerca sulla protezione dalle radiazioni ionizzanti e non ionizzanti ha condotto esperimenti sugli effetti sulla salute dell'esposizione a modelli animali e umani a diverse fonti di campi elettromagnetici come telefoni cellulari, stazioni base mobili, emittenti di telefoni cellulari, computer portatili, radar, cavitroni odontoiatrici, risonanza magnetica e bobine di Helmholtz. D'altra parte, abbiamo precedentemente studiato diversi aspetti della problematica questione delle alterazioni indotte da radiazioni ionizzanti o non ionizzanti nella suscettibilità dei microrganismi agli antibiotici. In questo studio, abbiamo valutato se l'esposizione alle radiazioni del telefono cellulare GSM a 900 MHz e alle radiazioni a radiofrequenza a 2,4 GHz emesse dai comuni router Wi-Fi altera la suscettibilità dei microrganismi ai diversi antibiotici. Le pure culture di Listeria monocytogenes ed Escherichia coli sono state esposte a RF-EMF generati da un simulatore di telefonia mobile GSM a 900 MHz e da un comune router Wi-Fi a 2,4 GHz. È stato anche dimostrato che l'esposizione a RF-EMF in uno stretto livello di irradiazione (una finestra di esposizione) rende i microrganismi resistenti agli antibiotici. Questo fenomeno adattativo e le sue potenziali minacce per la salute umana dovrebbero essere ulteriormente studiati in futuri esperimenti. Complessivamente, i risultati di questo studio hanno dimostrato che l'esposizione alle radiazioni del simulatore Wi-Fi e RF può alterare in modo significativo i diametri della zona di inibizione e il tasso di crescita di L monocitogeni ed E coli.

Questi risultati possono avere implicazioni per la gestione di gravi malattie infettive.

Introduzione

La resistenza agli antibiotici è una delle minacce più importanti per la salute globale.1 Secondo l'Organizzazione mondiale della sanità, questo problema sta salendo pericolosamente a livelli elevati in tutto il mondo, il che porta a un ricovero ospedaliero più lungo, a costi medici più elevati e a un aumento della mortalità.2

I batteri stanno diventando resistenti a quasi tutti gli antibiotici comunemente disponibili e questo è un problema mondiale.1 Oggi, un maggiore uso di tecnologie di telecomunicazione come Global System for Mobile communication (GSM), telefoni cordless, stazioni base mobili, reti wireless personali e reti locali, come il bluetooth, ha portato a una sempre maggiore esposizione ai campi elettromagnetici a radiofrequenza (RF-EMF).3 Pertanto, gli organismi viventi sono ora esposti a microonde e segnali di radiazione a radiofrequenza da varie fonti.4

Gli effetti di queste radiazioni sulle funzioni biologiche delle cellule viventi mostrano un'area emergente di interesse per la salute umana rispetto agli effetti ambientali.5 Sono stati condotti numerosi studi per confermare gli effetti delle radiazioni elettromagnetiche sulle funzioni cellulari6-8; tuttavia, i risultati ottenuti in questi studi sono stati controversi. In particolare, è stato dimostrato che EMF può influenzare i parametri funzionali (crescita cellulare e suscettibilità antimicrobica).9-12

La Listeria monocytogenes è un anaerobo facoltativo, facoltativo, non formante pori, mobile e a forma di bastoncino13.

Nel 1952, fu riconosciuta come la principale causa di infezione neonatale14, meningite e sepsi. L'infezione da listeria nei pazienti adulti è correlata a sistemi immunocompromessi come l'infezione da HIV,15 trapianti di organi, soggetti che hanno ricevuto corticosteroidi e farmaci immunosoppressori per le loro neoplasie. Escherichia coli noto come E coli, un batterio gram-negativo, a forma di bastoncino, facoltativamente anaerobico,16 è una causa comune di infezioni potenzialmente letali come infezioni del flusso sanguigno e del tratto urinario, otite media e altre complicazioni.17

Il nostro laboratorio presso il dipartimento non ionizzante del Centro di ricerca sulla protezione dalle radiazioni ionizzanti e non ionizzanti ha condotto esperimenti sugli effetti sulla salute dell'esposizione a modelli animali e umani a diverse fonti di campi elettromagnetici come telefoni cellulari,18-20 stazioni base mobili,21 jammer per telefoni cellulari,22,23 computer portatili,24 radar,25 cavitroni per odontoiatria,26 immagini a risonanza magnetica, bobine27,28 e Helmholtz.29,30 In questo studio, abbiamo valutato se l'esposizione a 900 MHz e 2,4 GHz RF-EMF emesso da GSM e un comune router Wi-Fi potrebbe cambiare la suscettibilità dei microrganismi a diversi antibiotici.

Materiali e metodi

Test di suscettibilità agli antibiotici

Nel presente studio, è stato utilizzato L monocytogenes ATCC 19115 e il ceppo E coli è stato isolato dai pazienti dell'ospedale di Faghihi, Shiraz, Iran. Il ceppo di Escherichia coli è stato caratterizzato da metodi convenzionali tra cui test morfologici e biochimici e confermato con il metodo API 20 E. Le colture pure di L monocitogeni ed E coli sono state diluite nel Mueller-Hinton Broth per raggiungere 0,5 standard di torbidità McFarland per ottenere 1,5 X 108 CFU / mL come conteggio totale.31 Le sospensioni batteriche sono state distribuite su piastre e coltivate con un set di 6 sostanze antimicrobiche; sono stati testati con il metodo di diffusione del disco (metodo Kirby-Bauer) su piastre di agar Mueller-Hinton (MHA-Biolife, Italia) e E coli ATCC 25922 è stato utilizzato come controllo di qualità per i test di sensibilità agli antibiotici, secondo l'Istituto di standard clinici e di laboratorio linee guida (CLSI, 2013). Il periodo di incubazione è stato di 18-24 ore a 35° C, quindi sono state misurate le zone di inibizione per ciascun disco.

Agenti antimicrobici

Gli antibiotici utilizzati per i test di E coli sono stati imipenem (10 mg), levofloxacina (LEVO 5 mg), aztreonam (30 mg), ciprofloxacina (CIPR 5 mg), cefotaxime (CTX 30 mg) e piperacillina (100 mg).

I test di Listeria monocytogenes sono stati condotti utilizzando antibiotici doxiciclina (DOX 30 mg), sulfametossazolo-trimetoprim (SXT 25 mg), LEVO 5 mg, CTX 30 mg, CIPR 5 mg e ceftriaxone (CTR 30 mg).

Tutti i dischi antibiotici sono stati acquistati da ROSCO Diagnostica (DK-2630 Taastrup, Danimarca). Sono stati misurati e analizzati i risultati dei test di sensibilità agli antibiotici prima e dopo l'esposizione alle radiazioni del telefono cellulare Wi-Fi o GSM. La zona di inibizione di ciascuna piastra è stata registrata come media di almeno 2 misurazioni diverse (in millimetri). Sono state utilizzate tre piastre di agar replicate per ciascun regime, secondo le linee guida CLSI (2013).

Router wifi

In questo studio è stato utilizzato un router Wi-Fi D-Link (D-Link, D-Link Corporation, Taiwan) come fonte di esposizione. Durante il periodo di esposizione, i dati sono stati scambiati tra il modem e un computer portatile che è stato collocato in un'altra stanza (a 5 m dal router Wi-Fi).

Il router Wi-Fi funzionava con un livello di potenza di 1 W e il tasso di assorbimento specifico alla distanza di 14 cm tra la sospensione batterica (brodo medio) e il router Wi-Fi era di 0,13 W/kg. Durante l'esposizione, i campioni batterici sono stati raccolti in tempi diversi 3, 6, 9 e 12 ore dopo essere stati esposti utilizzando tamponi sterili.

Simulatore di radiofrequenza

In questo studio, tutte le esposizioni sono state eseguite utilizzando un simulatore di telefonia mobile GSM a 900 MHz in modalità "Talk". Questo simulatore di telefonia mobile è stato sviluppato presso il Dipartimento di Fisica Medica e Ingegneria Biomedica, Scuola di Medicina, Università di Scienze Mediche di Shiraz, Shiraz, Iran, con la collaborazione del settore privato.

Curva di crescita

Per la valutazione dell'effetto dell'esposizione alla radiofrequenza sul tasso di crescita dei batteri, è stata misurata la densità ottica (OD).

Tabella 1. Diametri della zona di inibizione Prima e dopo l'esposizione a radiazioni a radiofrequenza RF e Wi-Fi per Escherichia coli.

Per ciascun batterio, una concentrazione di sospensione batterica specificata con precisione viene inoculata nel mezzo di brodo e quindi divisa in 2 serie come gruppi di esposizione di controllo e simulatore RF. Per stimare il numero di cellule batteriche in un mezzo brodo, la torbidità di ciascun gruppo è stata registrata in assorbimento di 625 nm in momenti diversi usando uno spettrofotometro (spettrofotometro UNICO UV-2100, UNICO, USA).

Analisi statistica

Tutti gli esperimenti sono stati replicati 3 volte per i gruppi esposti e non esposti. I mezzi sono stati confrontati usando il test U-Mannney Whitpar non metrico e la significatività statistica di qualsiasi differenza osservata tra i valori medi è stata determinata usando SPSS versione 15. P <.05 è stato considerato significativo.

Risultati e discussioni

Nel nostro studio, abbiamo valutato E coli e L monocitogeni per la loro suscettibilità in vitro a vari antibiotici in presenza di radiazioni a radiofrequenza. Per ogni antibiotico è stata misurata la zona di inibizione e il test è stato ripetuto 3 volte. I dati ottenuti per i batteri esposti e non esposti (controllo) sono riassunti nella Tabella 1.

Secondo la tabella 1, per E coli, l'esposizione al simulatore RF e Wi-Fi ha ridotto i diametri della zona di inibizione che mostrano un modello di resistenza antibatterica. Inizialmente, non vi è stato alcun cambiamento nella sensibilità, ma dopo aver aumentato il tempo di esposizione, è stato osservato un intervallo specifico di resistenza antibatterica.

Dopo 24 ore di esposizione, come si può vedere nella Tabella 1 e nelle Figure 1 e 2, i batteri che sono stati esposti alle radiazioni hanno mostrato meno resistenza rispetto all'esposizione precoce. Tuttavia, non sono tornati al tempo 0 condizione di esposizione.

Secondo le figure 3 e 4, per L monocitogeni, il confronto dei dati ottenuti da gruppi esposti e non esposti non ha mostrato cambiamenti significativi nella loro attività antibatterica ad eccezione del DOX. Tuttavia, per E coli, si è verificato un cambiamento significativo nelle attività antimicrobiche che suggeriscono che le condizioni di esposizione alle radiazioni potrebbero influenzare il grado di suscettibilità agli antibiotici di E coli più di Listeria. In un modello simile, per L monocitogeni, è stata osservata una finestra di risposta specifica (Figure 3 e 4).

La risposta di Listeria monocytogenes a ciascun antibiotico è stata diversa, per DOX, e la risposta alla finestra si è verificata dopo 6 ore di esposizione alle radiazioni del simulatore RF e Wi-Fi.

Tuttavia, per altri antibiotici, questi cambiamenti sono stati osservati solo alla nona ora di esposizione al Wi-Fi mentre questa risposta non è stata osservata per le radiazioni del simulatore RF.

Dopo 9 ore di esposizione al Wi-Fi per gli antibiotici CIPR e SXT, i batteri avevano la tendenza a diventare più resistenti. Ciò era in contrasto con il modello osservato per gli antibiotici LEVO, CTX e CTR, che è stata osservata una maggiore sensibilità. Come accennato in precedenza, per Listeria sono stati osservati cambiamenti antibatterici limitati per DOX dopo l'esposizione a radiazioni del simulatore RF e Wi-Fi. D'altra parte, abbiamo precedentemente affrontato i bioeffetti dell'esposizione dei batteri alle radiazioni elettromagnetiche e studiato diversi aspetti della problematica questione delle alterazioni indotte da radiazioni ionizzanti o non ionizzanti nella suscettibilità dei microrganismi agli antibiotici.19,32-34

Figura 1. Diametri della zona di inibizione pre-esposizione e post-esposizione alla radiazione del simulatore a radiofrequenza (RF) per Escherichia coli.

Figura 2. Preesposizione dei diametri delle zone di inibizione e posposizione alla radiazione Wi-Fi per Escherichia coli.

Figura 3. Diametri della zona di inibizione pre-esposizione e post-esposizione alla radiazione del simulatore a radiofrequenza (RF) per Listeria monocytogenes.

Figura 4. Diametri della zona di inibizione preesposizione e postexposizione alle radiazioni Wi-Fi per Listeria monocytogenes.

Figura 5. Curve di crescita in pre-esposizione media e brodo di Escherichia coli.

Figura 6. Curve di crescita Listeria monocytogenes in brodo pre-esposizione e post-esposizione.

Nel presente studio, lo schema della risposta di E coli alle radiazioni del simulatore RF e Wi-Fi era identico. Le differenze massime nei diametri delle zone di inibizione sono state osservate tra le 6 e le 9 ore di esposizione batterica alle radiazioni (Figure 1 e 2). Dopo 12 ore di esposizione, le risposte batteriche alle radiazioni come fattore di stress hanno portato al ritorno allo stato di preesposizione. Questa osservazione è in linea con i precedenti rapporti di Mortazavi et al, 18,19,34-36, che mostravano che gli effetti stimolatori/benefici indotti dalle radiazioni nei batteri possono essere osservati solo all'interno di una finestra ristretta della dose di radiazioni. Sulla base di questa teoria, quando il livello di radiazione si trova all'interno della finestra (tra i livelli inferiore e superiore della finestra), è possibile rilevare gli effetti stimolatori delle radiazioni ionizzanti o non ionizzanti. Pertanto, la risposta dei batteri e di altri microrganismi a qualsiasi fattore di stress ambientale può essere determinata da alcuni fattori chiave come l'entità della dose e il tasso di dose. Questo tipo di risposta era stato precedentemente confermato in Klebsiella pneumoniae.34

Tabella 2. Risultati della densità ottica media (OD625) per Escherichia coli e Listeria Monocytogenes Preexposure e Postexposure.

Abbiamo anche valutato l'effetto delle radiazioni a radiofrequenza sul tasso di crescita dei batteri. Come mostrato nelle Figure 5 e 6, durante ciascun periodo di tempo studiato, sono state osservate notevoli differenze nel tasso di crescita batterica nei gruppi esposti e non esposti (Tabella 2). In particolare, i batteri Gram-negativi (E coli) e Gram-positivi (L monocitogeni) hanno mostrato una crescita significativa dopo l'esposizione. Inoltre, il tempo per raggiungere la fase logaritmica nella curva di crescita dei batteri era più veloce nei gruppi esposti. Tuttavia, dopo 8 ore, sulla base dell'assorbanza di OD625, il conteggio totale dei batteri E coli nel gruppo esposto era inferiore a quello del gruppo di controllo. Queste osservazioni sono in linea con i risultati di Akbal et al.37 Tuttavia, il conteggio totale di L monocitogeni dopo 24 ore di esposizione era superiore a quello del gruppo di controllo. In una visione più ampia, i nostri dati confermano studi precedenti che hanno dimostrato che le radiazioni a radiofrequenza potrebbero indurre cambiamenti nella crescita cellulare e sensibilità agli antibiotici in E. coli.

Alcuni ricercatori hanno indicato che gli organismi acquisiscono resistenza attraverso diversi fattori noti come la non conformità del paziente o l'esposizione in vitro alle radiazioni a radiofrequenza.38-40

Al giorno d'oggi, il nostro mondo è circondato da enormi fonti di radiofrequenza come router Wi-Fi e computer portatili che possono portare a gravi problemi di salute. Quando qualcuno è infetto da un microrganismo che ha ottenuto la sua resistenza dall'ambiente ospite, provoca un grave problema per i sistemi sanitari e sarà possibile fallire il trattamento o ricevere un dosaggio più elevato di antibiotici. Pertanto, ciò può comportare più effetti collaterali e infine un ricovero prolungato.
In diversi studi, 10,41 è stato dimostrato che le alterazioni della sensibilità antimicrobica erano influenzate dall'intensità dei campi elettromagnetici. La sensibilità antibatterica dipende anche dalle proprietà fisiche dei campi elettromagnetici quali frequenza e densità del flusso magnetico, durata dell'esposizione e tipo di batteri. Sulla base di questo punto, la valutazione dell'effetto delle radiazioni in radiofrequenza sui batteri non è solo essenziale per indagare i loro effetti sull'ambiente, ma è anche vitale per rilevare il modello di resistenza agli antibiotici nei laboratori clinici e nell'ambiente.42-45

Poiché la frequenza del router Wi-Fi è 2,4 GHz mentre è 900 MHz per il simulatore mobile, possiamo concludere che la differenza nella risposta al Wi-Fi e al simulatore mobile è probabilmente dovuta alla frequenza delle radiazioni.46 In diversi studi Sui batteri34,47,48, uno dei fattori che hanno influenzato la sensibilità antibatterica è stata la struttura della parete cellulare dei batteri e della natura peptidoglicana (PG) nei batteri gram-positivi e gram-negativi. In gram-positivi come Listeria, lo spessore della parete cellulare è maggiore di quello dei gram negativi. Più spesso il PG,49 diminuirà la permeabilità della parete cellulare per consentire l'ingresso di molecole nelle cellule. Secondo questi risultati, la frequenza delle radiazioni può apportare alcune modifiche al PG della parete cellulare e migliorare la permeabilità della membrana da 8,50 agli antibiotici. Torgomyan ha dimostrato che l'alterazione dello stato di ossidoriduzione delle proteine ​​nella membrana cellulare batterica può essere il principale meccanismo membranoso dopo l'esposizione al campo elettromagnetico a bassa intensità.51

Inoltre, l'effetto delle radiazioni elettromagnetiche sulle colture di E coli è stato studiato da Justo et al.52, che ha scoperto che la crescita cellulare potrebbe essere modificata (stimolazione o inibizione) in campo magnetico. Inoltre, l'esposizione di E coli ATCC 25992 al campo magnetico di 2 mT alla frequenza di 50 Hz ha causato alterazioni significative della morfologia, delle curve di crescita, dei parametri strutturali e della sensibilità ad alcuni antibiotici come acido nalidixico, amoxicillina ed eritromicina.9,53 Questi risultati sono stati confermati dallo studio di Stansell et al.54, che ha scoperto che i campi magnetici statici a intensità moderata sono in grado di ridurre la sensibilità agli antibiotici e di rendere E coli WHMC 4202 più resistente.

Tabella 3. Classificazione degli antibiotici.

Nel nostro studio, abbiamo utilizzato diversi antibiotici che agiscono attraverso vari meccanismi tra cui l'inibizione dei sintetizzatori proteici e del DNA, l'inibizione della parete cellulare e l'inibizione del diidrofolato reduttasi (è riassunto nella Tabella 3). Ogni antibiotico entra nella cellula attraverso un percorso specifico. Alcuni di essi entrano attraverso le pompe di efflusso nella membrana cellulare,34,55,56 e altri entrano attraverso i canali ionici attraverso la parete cellulare.57 Tutti questi antibiotici possono entrare nella cellula attraverso un meccanismo non specifico come l'endocitosi.

In questo meccanismo, le molecole passano la membrana in base alla permeabilità della parete cellulare.58-60 Considerando i nostri risultati, riteniamo che il Wi-Fi e l'esposizione mobile possano servire come metodi fisici per alterare la suscettibilità antibatterica dei microrganismi. In questa luce, la permeabilità della membrana può essere modificata mediante radiazione a radiofrequenza. Sembra che la radiazione possa alterare la sensibilità delle pompe di efflusso o dei canali ionici permettendo l'ingresso delle molecole attraverso la parete cellulare. Per verificare queste teorie, sarebbe meglio se questo studio fosse replicato con altri batteri patogeni sia gram-positivi che gram-negativi con varie forme di antibiotici.

Conclusione

Sulla base dei nostri risultati, si può concludere che i ceppi batterici utilizzati in questo studio rispondono in modo diverso ai campi elettromagnetici. Questi batteri erano in grado di rispondere agli stress ambientali che agiscono attivando alcuni sistemi specifici come i canali ionici, il cambiamento attraverso la membrana, il sistema di riparazione del DNA e probabilmente le pompe di efflusso ionico nella membrana, nonché le interazioni di molecole e agenti antibatterici.61 ci sono alcune ambiguità che necessitano di ulteriori indagini in merito alla risposta a domande quali quale meccanismo cellulare è responsabile dell'adattamento? Quali sono i fattori coinvolti nelle alterazioni della sensibilità antibatterica? E successivamente, quali sono le differenze nella risposta alle radiazioni nei batteri gram-negativi e gram-positivi? Inoltre, in futuro dovrebbero essere condotti esperimenti su diversi ceppi batterici con vari campi elettromagnetici per chiarire meglio queste incertezze.

Nota degli autori

Questo studio è stato supportato tecnicamente dal Centro di ricerca sulla protezione dalle radiazioni ionizzanti e non ionizzanti (INIRPRC), Shiraz University of Medical Sciences (SUMS), Shiraz, Iran.

Ringraziamenti

Gli autori desiderano ringraziare la Consultazione di ricerca (RCC) dell'Università di scienze mediche di Shiraz per la loro preziosa assistenza nella redazione di questo articolo.

Dichiarazione di interessi contrastanti

Gli autori non hanno dichiarato potenziali conflitti di interesse in relazione alla ricerca, alla paternità e / o alla pubblicazione di questo articolo.

Finanziamento

Gli autori hanno rivelato di aver ricevuto il seguente supporto finanziario per la ricerca, la paternità e/o la pubblicazione di questo articolo:

Questo studio è stato sostenuto finanziariamente dal Vice ricercatore dell'Università di scienze mediche di Kerman, Kerman, Iran.

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