Vliv přírodních aluminosilikátů na mikroorganizmy domácího prachu Effect of Natural Aluminosilica Minerals on Microorganisms from House Dust Kateřina Klánová Centrum zdraví a životních podmínek, Státní zdravotní ústav Praha
Souhrn Přírodní aluminosilikáty přidané ke třem druhům domácího prachu snížily počet bakterií, sporulujících bakterií a plísní v prachu oproti kontrole bez minerálů. Po prosátí sítem bylo více mikroorganizmů zjištěno ve frakci prachu menší než 1 mm než ve frakci větší než 1 mm. Použití přírodních minerálů pro odstranění mikroorganizmů z koberců je diskutováno. Klíčová slova: aluminosilikáty, domácí prach, bakterie, plísně Summary Natural aluminosilica minerals added to the three type of house dust decreased quantity of bacteria, sporulating bacteria and moulds compared to control without minerals. More microorganisms were found in a part of house dust less than 1 mm after passing through a 1 mm mesh sieve than in larger ones. To use natural minerals for elimination of microorganisms from carpets is discussed. Key words: aluminosilica minerals, house dust, bacteria, moulds
Úvod Za významné etiologické agens vyvolávající alergické obtíže jsou považovány mikroorganizmy, respetive jejich inhalace z ovzduší. I když jsou v alergologických ambulancích alergie na bakterie a plísně testovány a opakovaně prokazovány, jejich význam v bytovém a domovním prostředí není dostatečně studován. V ovzduší vnitřního prostředí se vyskytují mikroorganizmy spolu s dalšími faktory, které poškozují zdraví člověka. Tyto faktory (těkavé organické látky, oxidy dusíku, formaldehyd a další) mohou mít s mikroorganizmy antagonistické, aditivní či synergické působení (8). Vliv kvality prostředí při sledování jen jednoho z uvedených faktorů je tedy obtížné stanovit. Význam koncentrací mikroorganizmů v ovzduší je na jedné straně zcela opomíjen, například jedna z posledních prací zabývajících se vlivem kvality bytového ovzduší na rozvoj alergických onemocnění neprokázala plísně jako rizikový faktor. V práci však není uvedeno, kde a jak byly plísně v bytech alergických osob sledovány (4). Na druhé straně jsou mikroorganizmy ve vnitřním prostředí a možnost jejich eliminace z interiérů hlavním reklamním argumentem prodejců klimatizačních zařízeních, čističů vzduchu či různých typů vysavačů. Význam mikroorganizmů ve vnitřním prostředí je zcela zřejmý, souvislost mezi výskytem mikroorganizmů a protilátkami k jejich alergenům u pacientů je publikována (1). Od jiných kontaminant prostředí se mikroorganizmy výrazně odlišují tím, že stejně jako jiné živé organizmy, se mohou ve vnitřním prostředí rozmnožovat, a tak jejich koncentrace může být v interiérech mnohonásobně vyšší než ve venkovním ovzduší. I stále častěji se objevující výskyt mykotických onemocnění u imunosuprimovaných jedinců může na význam výskytu mikroorganizmů v prostředí upozornit. Do ovzduší vnitřního prostředí jsou mikroorganizmy přinášeny z venkovního prostředí, ve kterém se vyskytují v závislosti na mnoha faktorech, z nichž nejdůležitější jsou klimatické podmínky, zejména roční období a lokalita. Usazují se na pevné povrchy, ze kterých se zpětně uvolňují do ovzduší. Právě koncentrace mikroorganizmů v ovzduší je podstatná - inhalovány mohou být pouze mikroorganizmy, které jsou součástí bioaerosolu.
Nejznámějším povrchem interiéru, ve kterém se mikroorganizmy hromadí, je tzv. měkký nábytek, to je čalouněný nábytek a koberce. I když je k eliminaci mikroorganizmů z ovzduší interiérů a z koberců doporučováno několik typů technických zařízení, nejsou námi získané výsledky doporučením pro jejich používání v bytech alergiků. Při sledování koncentrací mikroorganizmů v ovzduší a v prachu vysátém z koberců 12 domácností jsme nezjistili rozdíly při používání šesti typů vysavačů (10), a to i přesto, že mezi používanými vysavači byly čtyři zcela nové typy (vysávání do vody, mnohočetná filtrace). Ani používání čističek vzduchu nemělo v námi sledovaných případech vliv na koncentraci bakterií a plísní v ovzduší, pokud v místnostech došlo k pohybu osob (11). Podobné výsledky jsou známy i z jiných prací (3). Právě pohybující se osoby víří prachové částice a mikroorganizmy, které se z povrchů, zejména koberců dostávají do ovzduší. Jedna z možností, jak snížit koncentraci mikroorganizmů z ovzduší je tedy jejich eliminace z koberců. V předložené práci bychom chtěli čtenáře seznámit s výsledky, které jsme získali při pilotní studii, v níž jsme ověřovali možnost sorpce mikroorganizmů domácího prachu k přírodním aluminosilikátům, kterými by mohly být koberce ošetřovány před vysáváním. Přírodní aluminosilikáty (jílové minerály) mají schopnost vázat na svém povrchu buňky mikroorganizmů. I když první zmínky o těchto vazbách jsou z roku 1923 (7), nejsou na úrovni základního výzkumu tyto jevy uspokojivě vysvětleny do dnešních dnů. Přesto existuje řada empirických důkazů, že se uplatňují in situ (14). V současnosti se jejich studiu věnuje řada odborníků z environmentální mikrobiologie (2, 15). Vztah, označovaný termíny sorpce, adsorpce, adheze nebo povrchové vázání, je dán na jedné straně vlastností minerálů, na druhé straně schopnostmi mikroorganizmů. Základní stavební jednotky jílových minerálů mají na svých površích elektrický náboj, který jim umožňuje vytvářet agregáty s jinými částicemi nebo buňkami mikroorganizmů. S ohledem na vzájemné interakce bakterií a plísní s jílovými minerály lze mikroorganizmy považovat za částice, které mají také povrchový náboj daný ionogenními skupinami, především ionizací skupin R-COOH a R-NH2 (6). V předloženém sdělení jsme sledovali vliv přírodních aluminosilikátů na vybrané mikroorganizmy ve sterilní destilované vodě a vliv těchto látek na mikroorganizmy domácího prachu. Pro studii jsme vybrali zástupce mikroorganizmů s různými vlastnostmi povrchu, tj. bakterie, které nevytvářejí spory (Pseudomonas aeruginosa), bakterie sporulující (Bacillus mycoides) a mikroskopické vláknité houby (Aspergillus fumigatus). Tyto kmeny byly vybrány z následujících důvodů: bakterie Bacillus mycoides ve vnitřním prostředí často nalézáme, pocházejí z půdy a při kultivaci na živných mediích vytvářejí charakteristické myceliární útvary, které usnadňují jejich určení při kultivaci směsných kultur. Výskyt Pseudomonas aeruginosa je poměrně hojný, je to potenciálně patogenní druh často izolovaný z klinického materiálu v souvislosti s nozokomiálními nákazami. V poslední době je dáván do souvislosti s onemocněním po inhalaci bakterií z ovzduší vnitřního prostředí i jako jeden z potenciálních původců onemocnění z budov Sick Building Syndrome (5). Mikroskopická vláknitá houba (plíseň) Aspergillus fumigatus se ve vnitřním prostředí vyskytuje méně často než jiné druhy plísní, její nález ve vnitřním prostředí se však považuje za zvlášť závažný vzhledem k tomu, že kromě alergických obtíží je častým původcem vzniku mykotických infekcí, zejména u osob s oslabeným imunitním systémem (12). Je pravděpodobné, že další druhy sporulujících i nesporulujících bakterií a plísní ve vnitřním prostředí budou reagovat s přípravky obdobně jako mikroorganizmy vybrané pro experimenty. K ověření tohoto předpokladu byly provedeny testy ve druhé části práce. Materiál a metodika Přírodní aluminosilikáty (částice velikosti 100 - 250 µm), výrobce Quartis, s.r.o., Praha. Kmeny mikroorganizmů, sbírka OS pro mikrobiologii potravin, PBÚ a prostředí, SZÚ Praha. Domácí prach jsme získali vysátím koberců z domácnosti s normálním režimem úklidu (prach č. 1), domácnosti se zvýšenou četností úklidu, včetně vysávání (prach č. 2) a z kanceláře SZÚ (prach č. 3). Mikrobiologická analýza vzorků byla provedena metodikou pro půdy a odpady (9). Vzhledem k charakteru domácího prachu jsme ve vzorcích sledovali celkové počty směsných populací bakterií, sporulujících bakterií a plísní. Adsorpce mikroorganizmů k aluminosilikátům ve sterilní destilované vodě byla sledována modifikací dříve používané metody (7), po 3 hodinách kontaktu 1 g aluminosilikátů s mikroorganizmy v 10 ml sterilní destilované vody byl proveden rozbor supernatantu po centrifugaci. Každý experiment jsme provedli třikrát, výsledky jsou průměrem hodnot, které jsme získali. Vliv aluminosilikátů na mikroorganizmy domácího prachu byl sledován následujícími experimenty. Z vysátých prachů byly odebrány vzorky pro rozbor (neošetřený prach), poté byly přidány aluminosilikáty ve hmotnostních poměrech 1:1,65. Po 10 minutách homogenizace protřepáním byly odebrány směsné vzorky prachu s aluminosilikáty (ošetřený prach) a provedeny rozbory. Poté byly prachy prosáty sítem s velikostí ok 1 mm a mikrobiologicky vyšetřeny vzorky prachů z obou frakcí (frakce větší než 1 mm a menší než 1 mm).
Dalším vysátím koberců ve stejných interiérech jsme po spojení získali prach (č. 4), který jsme rozdělili do dvou sáčků. Prach v jednom ze sáčků byl homogenizován s aluminosilikáty ve stejném hmotnostním poměru. Oba sáčky jsme ponechali v laboratorní teplotě po dobu 20 dnů. V časových intervalech jsme z obou sáčků odebírali vzorky pro mikrobiologický rozbor. Vliv aluminosilikátů na mikroorganizmy domácího prachu jsme sledovali vždy odběrem dvou paralelních vzorků, uvedené výsledky jsou průměrem zjištěných hodnot. Výsledky Adsorpce mikroorganizmů Po 3 hodinách kontaktu jednotlivých kultur mikroorganizmů s aluminosilikáty bylo v supernatantech detekováno 20 % bakterií Bacillus mycoides, 15 % bakterií Pseudomonas aeruginosa a 11 % plísní Aspergillus fumigatus oproti supernatantům kontrolních roztoků sledovaných mikroorganizmů. Po stejné době kontaktu směsi těchto mikroorganizmů s aluminosilikáty bylo v supernatantech zjištěno 4 % bakterií Bacillus mycoides a 19 % bakterií Pseudomonas aeruginosa. Plísně Aspergillus fumigatus nebyly v supernatantech detekovány. Vliv aluminosilikátů na mikroorganizmy domácího prachu Výsledky mikrobiologického rozboru prachů a směsných vzorků prachů s aluminosilikáty jsou uvedeny v tabulce 1. Výsledky mikrobiologického rozboru jednotlivých frakcí prachů po prosátí sítem jsou uvedeny v tabulce 2. V další tabulce (tab. 3) jsou uvedeny výsledky mikrobiologického rozboru prachu č. 4 ponechaném v sáčku vysavače bez působení aluminosilikátů a po ošetření aluminosilikáty v různých časových intervalech od zahájení sledování. Tab. 1: Výsledky mikrobiologického rozboru prachů a směsných vzorků prachů s aluminosilikáty
Tab. 2: Výsledky mikrobiologického rozboru frakcí prachů po prosátí sítem.
CPB - celkový počet bakterií CPSB - celkový počet sporulujících bakterií CPP - celkový počet plísní nd - nedetekováno (< 50 mikroorganizmů . g -1)
CPB - celkový počet bakterií CPSB - celkový počet sporulujících bakterií CPP - celkový počet plísní nd - nedetekováno (< 50 mikroorganizmů . g -1)
Tab. 3: Výsledky mikrobiologického rozboru domácího prachu (č.4) a téhož prachu s aluminosilikáty v různých časových intervalech od zahájení sledování
Diskuze V naší studii jsme prokázali adsorpci vybraných mikroorganizmů z vnitřního prostředí k přírodním aluminosilikátům ve sterilní destilované vodě. Po 3 hodinách kontaktu došlo k největší adsorpci u kmene Aspergillus fumigatus (89 %), sorpce pro bakterie byla nižší (80 - 85 %), pokud byly přidávány kultury jednotlivých kmenů mikroorganizmů.
V případě, že docházelo ke kontaktu aluminosilikátů a všech tří kmenů CPB - celkový počet bakterií mikroorganizmů současně, byly přednostně CPSB - celkový počet sporulujících bakterií CPP - celkový počet plísní sorbovány kmeny, které vytvářejí spory (Aspergillus fumigatus, Bacillus mycoides). Tyto výsledky korelují s výsledky jiných autorů (13), i když byly sledovány podobné jiné typy pevných povrchů. Ve druhé části práce byly aluminosilikáty použity k experimentům, ve kterých byl ověřován jejich vliv na mikroorganizmy přítomné v domácím prachu, který byl získán vysátím koberců. Obdobnou studii, se kterou bychom mohli naše výsledky porovnat, jsme v odborné literatuře nenašli. Podobně jako ve vodném prostředí i v prostředí s minimálním obsahem vlhkosti jsme zjistili vyšší adsorpci mikroorganizmů, které vytvářejí spory. V případě prachu č. 1 s aluminosilikáty jsme zjistili pokles počtu sporulujících bakterií a plísní o dva až tři řády oproti kontrole, zatímco celkový počet bakterií byl jen desetkrát nižší. V
prachu č. 2 s aluminosilikáty klesl počet sporulujících bakterií pod detekovatelnou mez, počet plísní klesl více než desetkrát. U prachu z kanceláře klesl počet sporulujících bakterií i plísní pod detekovatelnou mez, zatímco celkový počet bakterií klesl více než desetkrát - viz tab. 1. Z uvedených výsledků i z výsledků, které jsme uveřejnili dříve (10), je zřejmé, že počet mikroorganizmů nalézaný v prachu jednotlivých interiérů je různý a závisí mimo jiné na četnosti úklidu. Z toho vyplývá i nestejný vliv aluminosilikátů na jejich koncentraci v prachu po ošetření. Po oddělení frakcí prachu a jejich mikrobiologickém rozboru jsme zjistili, že většina mikroorganizmů zůstala ve frakci prachu menší než 1 mm (tab. 2), která byla složena převážně z aluminosilikátů. Ve frakci prachu větší než 1 mm zůstavaly především chlupy, vlasy a vlákna koberců. Dalšími experimenty jsme zjistili (tab. 3), že během 20 dnů dochází v prachu samotném i v prachu s přídavkem aluminosilikátů k poklesu celkového počtu všech sledovaných skupin mikroorganizmů. Mikroorganizmy se tedy v našem případě v sáčku vysavače za laboratorní teploty nerozmnožovali ani v případě, že nebyly použity aluminosilikáty. Celkový počet bakterií, sporulujících bakterií a plísní byl nižší v prachu s aluminoslilikáty než v samotném prachu. Závěry Mikroorganizmy jako jeden z alergenních faktorů, které se vyskytují ve vnitřním prostředí, se z interiérů eliminují různými způsoby. V předložené studii předkládáme výsledky, které jsme získali při ověřování vztahu mikroorganizmů k jílovým minerálům. Prokázali jsme, že k vazbám přírodní aluminosilikát - mikroorganizmus dochází jak ve vodném prostředí, tak v prostředí s malým obsahem vody, tj. v domácím prachu získaném vysáváním. Ke zvýšení počtu sledovaných skupin bakterií, sporulujících bakterií a plísní, nedošlo ani po 20 dnech, kdy byl prach ve vysavači ponechán s aluminosilikáty v sáčku vysavače. Uvedené výsledky naznačují, že mikroorganizmy v prachu koberců by mohli být před vysáváním ošetřeny aluminosilikáty, na které se sorbují a které neměly v námi sledovaných případech kladný vliv na jejich rozmnožování ve směsi nečistot v sáčku vysavače. Mikroorganizmy navázané na jílové minerály vytvářejí agregáty velikosti nad 100 µm, což je velikost několikanásobně větší než je velikost samotných mikroorganizmů (méně než 10 µm). Tyto velké agregáty by bylo snadnější zachytit při vysávání v sáčku vysavače i v případě, že by příslušný vysavač v domácnosti nebyl vybaven několikastupňovou filtrací nebo speciálními filtry. RNDr. Kateřina Klánová, CSc. Státní zdravotní ústav Šrobárova 48 100 42 Praha 10 LITERATURA 1. Day JH. Allergic respiratory responses to fungi. In: Howard DH, Miller JD. Animal and human relationship. Esser K, Lemke PA, eds. The Mycota VI. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 1996; 173-192. 2. DeFlaun MF, Oppenheimer SR, Streger S, Condee CW, Fletcher M. Alteration in adhesion, transport, and membrane characteristics in an adhesion-deficient pseudomonad. Appl Environ Microbiol 1999; 2: 759-765. 3. Drahoňovská H, Gajdoš P, Filková L, Spelina V. The effectiveness of air cleaners in classrooms. In: 2nd International conference Indoor climate of buildings. Bratislava: SSTP 1992; 71-74. 4. Faierajzlová V, Švandová E. Alergie a životní prostředí. Alergie 1999; 1: 13-17. 5. Flannigan B, McCabe EM, McGarry F. Allergenic and toxigenic microorganisms in houses. J Appl Bacteriol 1991; 70: 61-73. 6. Gammack SM, Paterson E, Kemp JS, Cresser MS, Killpam K. Factors affecting the movement of microorganisms in soils. In: Soil Biochemistry (7). Stotzky G, Bollag JM, eds. New York: Marcel Dekker, Inc.1992; 263-305. 7. Gunnison JB, Marshall MS. Adsorption of bacteria by inert particulate reagents. J Bacteriol 1937; 33: 401-409. 8. Humfrey CH, Shuker L, Harrison P. Indoor air quality in the home. Institute for environment and health, Norwich: Page Bros, 1996; 381. 9. Klánová K. Mikrobiologicko-hygienické vyšetřovací metody pro půdy, komposty a jiná neminerální hnojiva, čistírenské kaly a další tekuté a tuhé odpadní materiály. Mikrobiologicko-hygienické posouzení účinnosti procesu kompostování. AHEM 1998; 4: 1-18. 10. Klánová K, Drahoňovská H. Vliv vysávání různými vysavači na koncentraci mikroorganizmů v ovzduší a vysátém prachu
v domácnostech. Praktický lékař 1999; 79: 82-84. 11. Lajčíková A, Mathauserová Z, Klánová K. Vliv recirkulačních čističů vzduchu na kvalitu vnitřního ovzduší v ostravském dětském domově. Vytápění, větrání, instalace 1999; 8: 146-159. 12. Manfredi R, Salfi N, Alampi G, Mazzoni A, Nanetti A, Cillia C, Chiodo F. AIDS-related visceral aspergillosis: an underdiagnosed disease during life? Mycoses 1998; 41: 453-460. 13. Stotzky G, Rem LT. Influence of clay minerals on microorganisms. Montmorillonite and kaolinite on fungi. Canad J Microbiol 1967; 11:1535-1550. 14. Stotzky G. Influence of soil mineral colloids on metabolic processes, growth, adhesion, and ecology of microbes and viruses. In: Interactions of soil minerals with natural organics and microbes. Huang PM, Schnitzer M, eds. Madison, Wisconsin, USA: Soil Science Society of America, Inc. 1986; 305-428. 15. Webb JS, Mei HC, Nixon M, Eastwood IM, Greengalgh M, Read SJ, Robson GD, Handley PS. Plasticizers increase adhesion of the deteriogenic fungus Aureobasidium pullulans to polyvinyl chloride. Appl Environ Microbiol 1999; 8: 3575-3581.
