Aspects of microbiological monitoring of the production environment in pharmaceutical and biotechnological manufacturing

Full Text

СОКРАЩЕНИЯ:

ESKAPE – аббревиатура, состоящая из первых букв латинских названий наиболее устойчивых форм; ESKAPEСС – модифицированная аббревиатура, состоящая из первых букв латинских названий наиболее устойчивых форм; ККТ – критическая контрольная точка.

ВВЕДЕНИЕ

Фармацевтическая и биотехнологическая отрасли являются в настоящее время одними из наиболее динамично развивающихся и прибыльных секторов российской экономики. Рынок фармацевтических препаратов и товаров к 2024 году достиг 700 млрд руб лей в год [1], а биотехнологические производства, отличающиеся широким спектром направлений, – 340 млрд рублей в год [2]. Лидерство этих отраслей объясняется их ключевой ролью в развитии таких перспективных технологий, как биотехнологии, генная инженерия, биомедицина, нанотехнологии и информационные технологии.

Стремительный рост фармацевтических и биотехнологических предприятий накладывает, однако, определенные ограничения, в первую очередь связанные с необходимостью обеспечения высокого качества и безопасности выпускаемой продукции [3]. Одной из важнейших задач в этом отношении является организация эффективной системы микробиологического мониторинга производственной среды на данных предприятиях.

Целью настоящего исследования является привлечение внимания биотехнологов к актуальной проблеме повышения эффективности микробиологического мониторинга производственной среды на фармацевтических и биотехнологических предприятиях.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследование базируется на комплексном анализе научных публикаций, нормативно-правовых актов и методических рекомендаций в области организации микробиологического контроля на фармацевтических и биотехнологических производствах.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ

Основными проблемами фармацевтических и биотехнологических производств, которые могут иметь очевидный и в некоторых случаях неочевидный характер, являются следующие вопросы:

1. Изменение и совершенствование санитарно-гигиенических норм, требований к микробиологической чистоте, обеспечению и контролю стерильности [4]. Это не проблема, а необходимость, которая регулярно учитывает методологические и технологические инновации отрасли. При этом огромное число сотрудников отрасли могут несвоевременно информироваться о внесенных изменениях или иметь затруднения в трактовке новых нормативных документов [5, 6].
2. Нарастание микробной устойчивости к антимикробным препаратам, дезинфицирующим средствам, антисептикам, которое фиксируется повсеместно и имеет тенденцию к увеличению и обострению. Данная проблема привела к выделению особой группы суперустойчивых бактерий – ESKAPE – (Enterobacter sp., Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumonia, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli). К этой аббревиатуре стоит добавить две буквы, символизирующие Clostridium difficile и Candida sp., что дает ESKAPECC. Несмотря на многочисленные исследования природы микробной резистентности, существует много вопросов о механизмах устойчивости разных патогенов, о функционировании микробных биопленок, о возможностях предотвращения и снижения распространения устойчивых штаммов [7].
3. Широкий спектр дезинфицирующих средств, антисептиков, питательных сред, санитарной одежды для сотрудников, методов контроля порой представляют собой значительную сложность выбора для предприятий, чтобы при минимальных затратах получить максимальную эффективность обеспечения безопасности и гигиены производства [8, 9].
4. Экономические санкции, накладывающие определенные ограничения в обмене опытом, обучении, торговле, технологическом обмене [10].
5. Всемирная пандемия новой коронавирусной инфекции 2019–2021 гг. и вероятность появления подобных эпидемий в будущем. Пандемия COVID-19 затронула многочисленные сферы общественной жизни, многому нас научила. Очевидным достижением нашего общества стала, например, гибкость адаптации к определенным ситуациям и быстрый переход к использованию дистанционных технологий [11]. Пандемия способствовала развитию новых профессий, дала толчок к новым направлениям исследований, стимулировала рынок иммунобиологических производств. Быстрые решения и внедрение инноваций в производства сопряжены с высокой вероятностью ошибок и необходимости их анализа и ликвидации [12, 13].

Тем самым, как и любая другая отрасль народного хозяйства фармацевтическая и биотехнологическая промышленность испытывает на себе внешние влияния и развивается в России быстрыми темпами. Для успешного преодоления проблем, устойчивого развития данной отрасли, гибкости в принятии решений и адаптивности системы управления предприятиями необходима стройная и эффективная система мониторинга производственной среды.

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ

Микробиологический мониторинг играет важную роль в обеспечении надлежащего качества лекарственных средств, иммунобиологических препаратов, биотехнологических продуктов, товаров медицинского назначения [14]. Однако парадигма тестирования конечного продукта, особенно на микробиологическое качество, меняется, поскольку само по себе тестирование конечного продукта не обеспечивает полной или абсолютной гарантии контроля или отсутствия микробов-контаминантов [15].

В этой связи целью микробиологического мониторинга является оценка эффективности санитарно-гигиенических мероприятий, обеспечивающих исклю чение или минимизацию попадания микроорганизмов-контаминантов в сферу производства, готовый продукт фармацевтического или биотехнологического производства.

Список объектов мониторинга постоянно расширяется в связи с все возрастающими возможностями и потребностями производства, появляющимися новыми технологическими решениями. При этом, новые технологии появляются и для очистки объектов мониторинга от микроорганизмов-контаминантов. Основные объекты мониторинга фармацевтического или биотехнологического производства показаны на (рис. 1).

 

Рис. 1. Основные объекты мониторинга фармацевтического или биотехнологического производства

 

Как показано во множестве исследований [16, 17], персонал традиционно является одним из основных источников микробной контаминации в фармацевтическом производстве.

К задачам мониторинга производственной среды следует отнести группу систематических задач:

• получение репрезентативной оценки уровня микробной контаминации объектов производственной среды;
• обеспечение качества готовой продукции.

К производственным задачам следует отнести:

• пресечение возможной контаминации;
• оценку частоты контаминации объектов среды; изучение свойств контаминантов, устойчивости к дезсредствам и антисептикам;
• выявление штаммов, получивших приоритетное распространение в конкретном производстве;
• оценку микробного пейзажа производственной среды.

К управленческим задачам отнесли управленческие решения по коррекции алгоритма мониторинга; управленческие решения по профилактике контаминации среды.

Для эффективности мониторинга мы предлагаем очертить спектр критических контрольных точек (ККТ) производства. На фармацевтических и биотехнологических производствах основными критическими точками являются следующие:

• отбор проб, качество которого напрямую обеспечивают предупреждение ложноотрицательных и ложноположительных ответов анализа;
• качество питательных сред;
• качество работа стерилизаторов;
• качество подготовки воздуха;
• качество подготовки и хранения воды;
• качество очистки, обработки и дезинфекции поверхностей, оборудования, материалов, инструментов;
• качество вспомогательных материалов, сырья;
• качество, эффективность дезрастворов, антисептиков;
• качество управления отходами производства;
• здоровье персонала, обучение персонала, контроль уровня контаминации кожи рук и рук в перчатках (при работе в чистых зонах).

При отборе проб на предприятии особое внимание необходимо уделить следующим точкам:

• зоны наиболее высокой вероятности контаминации продукта;
• зоны наибольшего риска скопления микроорганизмов при нормальном рабочем процессе;
• зоны, труднодоступные для уборки и дезинфекции;
• потенциальные источники контаминации.

Среди принципов отбора проб наиболее важными для осуществления эффективного мониторинга является разработка статистических планов отбора проб с учетом рисков и последствий, связанных с ошибочными решениями по выбору плана отбора. Персонал, выполняющий отбор проб, должен иметь соответствующую подготовку, строго соблюдать инструкции, регламентирующие состояние здоровья и требования личной гигиены.

Контроль питательных сред включает два важнейших аспекта – проверка ростовых качеств питательных сред и стерильности. Это критически важно для проведения микробиологического контроля и культивирования продуцентов. Не прохождение данной точки контроля инициирует процессы оптимизации питательной среды, которые в настоящее время проводят различными моно- и комбинированными способами. Для оптимизации питательных сред хорошо зарекомендовал себя метод многофакторного эксперимента [18, 19].

Основным требованием к прохождению критической точки контроля работы стерилизующих устройств, является системность, постоянство и регулярность контроля. Установка средств контроля в наименее благоприятных для стерилизующего действия местах. Соблюдение мер предосторожности для предотвращения контаминации индикаторными микроорганизмами.

Воздух является все проникающим объектом, поэтому его роль в контаминации может быть значительной. При мониторинге воздушной среды следует тщательно продумывать план отбора проб для охвата всей среды помещений. Следует помнить, что, несмотря на то, что большинство форм микроорганизмов, определяемых в воздухе, относится к непатогенным, опасность контаминации этими формами может составить значительные трудности в идентификации и понимании путей его распространения. Наибольшее внимание следует уделять асептичным зонам.

В отношении контроля воды следует отметить, что именно для микробиологического контроля питьевой воды были учтены многолетние исследования, внесены новые санитарно-показательные микроорганизмы, что стало способствовать более тщательному контролю.

Дезинфектанты и антисептики являются еще одной точкой контроля, поскольку контаминируются суперустойчивыми микроорганизмами, бороться с которыми становится очень сложно. Кроме того, широкий спектр дезсредств затрудняет оптимальный выбор средств для практической деятельности производства. Важнейшим аспектом выбора должны стать эффективность, комбинированность механизмов воздействия, ротация [20, 21].

Однако, наибольшую опасность распространения контаминантов представляет собой персонал. Организм человека является нишей огромного числа видов микроорганизмов, при этом практически ежегодно появляются новые данные о микробиоме человека и его роли [20, 21]. В этой точке особое значение приобретает регулярное обучение персонала предприятия и повышение его квалификации.

Основными принципами подходов к микробиологическому мониторингу производственной среды с учетом выявления и анализа критических точек являются:

• исследование продукции, вырабатываемой фармацевтическими и биотехнологическими предприятиями на всех этапах технологического процесса (сырье, промежуточные стадии, готовая продукция);
• обследование работников на бактерионосительство (по эпидемическим показателям);
• регулярность исследования смывов с рук работников, оборудования, инвентаря и других объектов производственной среды;
• накопление сведений о «домашних» штаммах контаминантов, их устойчивости к антибиотикам, дезсредствам и антисептикам;
• контроль качества готовой продукции;
• обучение сотрудников производств;
• изучение и внедрение новых методов микробиологического контроля.

Алгоритм подхода к микробиологическому мониторингу с учетом выявления и анализа ККТ показан на схеме (рис. 2).

 

Рис. 2. Блок-схема. Алгоритм учета и анализа критически контрольных точек

 

Для разработки и осуществления плана микробио логического мониторинга важным являются следующие компетенции:

• знание всех стадий и технологического процесса;
• знание возможных контаминантов, «домашних» штаммов;
• знание нормобиоты и нормативов по ее содержанию в сырье и готовых продуктах;
• знание возможностей микробиоты в отношении контаминации, процессов биодеструкции, биотрансформации и других нежелательных последствий.

Для разработки и осуществления плана микробиологического мониторинга могут быть использованы:

• эпидемиологические данные и информация санэпидстанций, центров контроля качества лекарств и биологически активных добавок;
• имеющийся практический опыт;
• проведение микробиологических анализов, включая определение присутствия в смывах, сырье, готовой продукции патогенных микроорганизмов или микроорганизмов-индикаторов;
• определение присутствия микроорганизмов в окружающей среде и определение степени контаминации микроорганизмами воздуха, воды, оборудования, инструментов;
• валидизация соответствия точности анализа рисков и эффективности предлагаемых профилактических мероприятий;
• прогностические модели.

По мере выявления ККТ на производстве следует определить критические пределы ККТ, которые должны отвечать следующим требованиям:

• критические пределы – крайние значения, приемлемые в отношении безопасности продукции;
• критические пределы должны показать, что выбранные значения приводят к управлению процессом;
• использование микробиологических пределов возможно, только если материал гомогенен, микробиологические испытания могут осуществляться только в лаборатории и срок их проведения зависит от времени, необходимого для пророста микроорганизмов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Эффективность микробиологического мониторинга производственной среды фармацевтического и биотехнологического предприятия определяется сложностью производственных процессов и множеством источников потенциальной микробиологической контаминации. Разработка адаптированных алгоритмов и планов проведения мониторинга с учетом технологических особенностей каждого предприятия является важной задачей. Для ее решения необходима консолидация усилий образовательных учреждений, научных организаций и производственных площадок.

Данный подход позволит биотехнологическим предприятиям совершенствовать системы контроля микробиологических рисков, что в свою очередь будет способствовать повышению качества, безопасности и конкурентоспособности отечественной биотехнологической продукции.

About the authors

Olga Yu. Bogdanova

Saint Petersburg State Chemical and Pharmaceutical University

Author for correspondence.
Email: olga.bogdanova@pharminnotech.com

Ph.D. in Biological Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Microbiology

Russian Federation, Saint Petersburg

Tatiana F. Chernykh

Saint Petersburg State Chemical and Pharmaceutical University

Email: ode9gova.t@yandex.ru

D.Sc. in Pharmaceutical Sciences, Professor, Professor of the Department of Microbiology

Russian Federation, Saint Petersburg

Julia A. Bukovskaya

Saint Petersburg State Chemical and Pharmaceutical University

Email: ybukovskaya@mail.ru

Applicant for the Department of Microbiology

Russian Federation, Saint Petersburg

References

Supplementary files