(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
滅菌工程の有効性を決定する方法であって、
ｉ）滅菌因子に、微生物の胞子を含む指示体を接触させ、露出した胞子を供するステップと、
ii）前記露出した胞子を発芽させるために選択された培地中で前記露出した胞子を４〜２０分間２０〜４５℃の範囲の温度でインキュベートするステップと、
iii）前記露出した胞子の発芽の比率を計算して前記滅菌工程の有効性を決定するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記滅菌因子が、水蒸気、エチレンオキシド、放射、熱、次亜塩素酸ナトリウム、ポリビニルピロリドン−イオジン、ジクロロシアヌル酸ナトリウム、低温蒸気−ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド及び過酸化水素、過酸化水素プラズマ並びにそれらの混合からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記滅菌因子がエチレンオキシドであり、前記バクテリアの胞子がバチルス・サブチリス（Bacillus subtilis）の胞子であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、広く、滅菌工程の有効性を評価又は決定するために生物学的指示体を用いる装置及び方法の両方に関し、特に微生物の胞子の発芽比率の測定結果と胞子生存能力との相互関係を明らかにすることにより、滅菌工程の有効性を決定する迅速な方法に関する。
技術的背景
生物学的指示体は、滅菌工程の有効性をテスト及び／又は決定するのに用いられている。典型的には微生物の胞子を含む生物学的指示体は選択滅菌因子又は滅菌工程にさらされ、その後、胞子の発芽及び微生物の増殖を維持することができる環境に、露出した胞子をおくことにより、いずれの露出した胞子の生存も決定される。微生物の胞子は、ほとんどの他の型の微生物より非常に大きい滅菌工程に対する耐性があるとして受け入れられているという事実から、微生物の胞子を殺すであろう滅菌工程は、いずれの他の混入している微生物をも殺すであろうと仮定される。例えば、滅菌工程を分析又は評価するのに必要とされる一般的基準を報告するDisinfection, Sterilization, and Preservation, Fourth Edition, ed. Block, Seymour S., Lea & Febiger, Chapter ６（1991）を参照のこと。
一般に用いられる生物学的指示体は、胞子の成長のための十分な時間を許容する必要性のため、滅菌工程の有効性が評価され得る前に、長期間のインキュベーションを一般的に必要とする。例えばいくつかの市販の指示体は、滅菌工程の有効性の評価が利用できる前に１〜２日間インキュベーションを必要とする。これらの型の生物学的指示体の信頼性は、７日間の増殖の後観察される胞子生存物の数とこれらの指示体により供される結果との相互関係を基礎とする。
より迅速な決定の必要性は、より短い時間での滅菌有効性の指示を提供する装置及び方法を導いている。例えば、米国特許第5,073,488号及び第5,252,484号は、胞子又は細胞生存能力と相互に関係し得る微生物の酵素活性をアッセイすることにより、数時間で滅菌工程の効力を決定する方法及び装置各々を報告する。もう１つの例において、米国特許第5,366,872号は、滅菌サイクルにさらされた後、サンプル中の生存能力のあるバクテリア又は微生物に関連し得る色のついた視覚的に検出し得るシグナルを提供する生物学的指示体中での特定の微生物の酵素のアッセイを報告する。
種々の滅菌剤及び／又は滅菌工程にさらした後の細胞生存能力は上述に示したように無菌性の従来の尺度であるが、他の型の微生物の活性に対する上述の滅菌因子又は滅菌工程の効果も研究されている。酵素活性が、滅菌サイクルの効力を決定するのに用いられている。加えて、微生物の胞子生存能力、即ち細胞生存能力の発現は、胞子発芽により先行される。胞子発芽は、微生物の胞子が該微生物の増殖を支えるであろう条件にさらされた後20〜30分間に、最初におこる一連の不可逆的複合生化学的出来事である。特に、発芽は、その環境において特定の発芽剤の存在によって誘発され得ると確信される。例えばフォスターらの論文（Foster et al., Molec.Biol., ４：137〜141（1990））及びウメダらの論文（Umeda et al., J.Gen, Microbiol., 118：215〜221（1980））を参照のこと。
胞子が発芽する時の特徴として、それらは水を吸収し、胞子含有懸濁液中で光を散乱する能力を失う。この特質により、発芽過程が分光光度的に光吸収の削減又は光分散の削減のいずれかとなる。特に、ダッドら（Dadd et al., Journal of Applied Bacteriology, 60：425〜433（1986））は、バチルス・サブチリス（Bacillus subtilis）胞子の発芽に対するエチレンオキシド滅菌サイクルの効果を研究した。ダッドらは、致死量のエチレンオキシドにさらされたバチルス（Bacillus）胞子が、このようにさらされた胞子からのバチルスバクテリアの増殖がおきないときでさえ、特定の発芽剤の存在下で発芽するのをやめないことを報告する。更に、これらの研究者らは、異なる型の培地が異なる割合の発芽している胞子を供することに注目する。彼らは、エチレンオキシドにさらされた胞子は発芽する能力を失うが、この喪失は細胞生存能力の喪失より低い比率で発生することも見い出した。この報告は、発芽する胞子の数及び生存可能な胞子の数の両方がエチレンオキシドへの暴露により影響を受け得ることを示す。
極めて短時間で滅菌工程の有効性を評価又は示唆するであろう生物学的指示体に対する必要性がある。好ましくは、このような生物学的指示体は、胞子の損失もしくは細胞生存能力の直接の尺度又はこれらに相互に関連するべきである。滅菌工程の有効性を迅速に評価する能力は、これらの滅菌工程の使用者がより効果的に、そしてより大きな範囲の信頼性をもって使用することを許容するであろう。
発明の概略
本発明は、滅菌工程の有効性を評価又は決定する新規な方法を提供する。本発明によれば、前記方法は、ｉ）微生物の胞子を含む指示体を露出した胞子を供するための滅菌因子に接触させるステップと、ii）前記露出した胞子を、該胞子を発芽させるために選択された培地に接触させるステップと、iii）露出した胞子の発芽の比率を決定して滅菌工程の有効性を評価又は決定するステップと、を含む。
本発明は、典型的に用いられる種々の滅菌装置及び技術と共に用いられ得る。例えば、この方法は、水蒸気、エチレンオキシド、放射、熱、次亜塩素酸ナトリウム、ポリビニルピロリドン−イオジン、ジクロロシアヌル酸ナトリウム、低温蒸気−ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド及び過酸化水素、過酸化水素プラズマ又はこれら滅菌因子もしくは工程の混合のような周知の滅菌因子又は滅菌工程の滅菌有効性を監視するのに用いられ得る。
一つの好ましい実施形態において、本発明は、エチレンオキシド滅菌工程の有効性を決定する方法を提供する。この実施形態において、バチルス・サブチリスATCC取得番号9372のバクテリア胞子は、一般的な実行に続いてエチレンオキシド滅菌にさらされ又はこれが行われた充填物に含ませられる。この暴露の後、前記胞子は、露出した胞子の発芽を促進するように選択された培地内で約37℃でインキュベートされる。数分間の時間を遅らせた後、約20〜45℃の範囲において、好ましくは37〜40℃の範囲において約４〜20分間、好ましくは５〜７分間のインキュベーションの後、反応曲線上の最大に下に傾いた部分の尺度を供する線反応速度（LRV）（この場合、LRVは選択されたサンプルについて最大の発芽率である）が計算される。
本発明のこの実施形態において、培地中の露出した胞子の光学的な密度（光の約480ナノメーター（nm）における吸収、ABS又はabs）における変化の測定結果を該測定間の時間（分）の変化で割ることにより、LRVは決定される。線反応速度は、生存可能な胞子又は細胞の生存と直線的な関係において、相互に関係する。簡単に言うと、LRVが低下するにつれ、滅菌工程が行われた与えられた生物学的充填物における非無菌単位の可能性（PNSU）が低下する。
線反応速度は、適した透明な容器内の発芽培地中に懸濁された露出された胞子を通して光を通すことによる周知の光散乱技術を用いて容易に決定され得る。例えば、胞子発芽比率は懸濁された胞子の光散乱作用の点で（光吸収を基礎とする）吸光度分光光度計又は（光散乱を基礎とする）比濁計の両方を用いて決定され得る。あるいは、培地は発芽している胞子の存在中で検出可能な応答を示す周知の指示体も含み得、その後、胞子発芽により引きおこされる指示体における変化の測定がLRVを決定するために用いられる。適した指示体は２，３，５−トリフェニルテトラゾリウムクロライド、ニトロブルーテトラゾリウム、２−（ｐ−イオドフェニル）−３−（ｐ−ニトロフェニル）−５−フェニルテトラゾリウムクロライド、シアノジトリルテトラゾリウムクロライド又は他のレドックス染料のようなテトラゾリウム塩又は微生物の酵素活性をアッセイ又は測定するのに用いられる指示体を含む。
もう一つの実施形態において本発明は、滅菌工程の有効性を決定するための生物学的指示システムを提供する。好ましいシステムは、微生物の胞子が滅菌剤にさらされることを許容するであろう及び露出された胞子が発芽培地に接触するのを許容する容器内に微生物の胞子を保持するのに適した容器手段、培地に前記胞子を接触させて該胞子をインキュベートするのに適した発芽手段、並びにインキュベートされた胞子の発芽比率を測定し、露出されたものについてLRVを計算し、胞子をインキュベートし、そして前記計算されたLRVから滅菌サイクルの有効性の指示を供するのに適した検出手段を含む。
一つの好ましい生物学的システムは、透明なポリ（メチルメタクリレート）キュベット内に含まれたバチルス・サブチリスATCC取得番号9372のバクテリア胞子、栄養素、イオン及び発芽剤を含む発芽培地、並びに温度調節及びLRVを記録し、計算する能力を有するコンピューターを備えた吸光度分光光度計を含む。
【図面の簡単な説明】
図１及び２は、各々バチルス・サブチリス胞子及びバチルス・ステアロサーモフィルス胞子の測定された発芽比率又は発芽速度のグラフ様の図である。
図３は、2.7分のＤ値を有するエチレンオキシドにさらされたバチルス・サブチリスについての生存曲線及びこの型のバクテリア胞子についての観察されたLRV曲線のグラフ様の図である。
図４〜10は、胞子をエチレンオキシドにさらした後の異なる培地内又は異なる発芽剤の存在中のバチルス・サブチリスの線反応比率のグラフ様の図である。
図11は、バチルス・サブチリス胞子の２つの異なるバッチの線反応速度のグラフ様の図である。
詳細な記載
本明細書は、滅菌工程の有効性を評価又は決定する極めて迅速な方法を記載する。この発明は、胞子発芽が滅菌環境に極めて敏感であり、胞子発芽の比率の測定が、滅菌因子又は滅菌工程にさらした後の細胞生存能力又は胞子生存に直接、相互に関係し得るという観察結果を利用する。換言すれば、胞子発芽の比率は、滅菌工程が行われたサンプルの生物的負荷（bioburden）に関連した生存可能な微生物の殺菌曲線と相互に関係する。
上述の増殖ベース及び酵素ベースの生物学的指示体（BI）の両方は、１以上の生存可能胞子が単位当りに生き残り増殖して検出するのに十分に大きい細胞の集団を形成するかのみに有効である。与えられた負荷におけるより低いレベルの生存を検出するためには、BIの数を増加させなければならない。例えば、単位当り0.01の生存可能な微生物の生存レベル又は滅菌終了点を検出するために、少くとも458のBIが必要とされるであろう。このような大きな数のBIは、滅菌工程を監視するために用いるのに実用的でない。結果として、このBIは、滅菌工程の間に単位当り10-6微生物のような要求される滅菌終了点に達することを示さない。むしろ、このようなBIは、アッセイの結果が陽性であれば、単位当り１以上の生存可能な胞子が生き残っていることを示した。このように、10-6以下の微生物の滅菌終了点PNSUの数値を供し得るBIに対する必要性がある。
特に、選択された発芽剤を含む発芽培地と共にインキュベートした後、数分間の間の胞子発芽の比率は、生存可能な生き残っている胞子の数の予測を許容する。簡単にいうと、発芽過程の感受性及び生存可能性に対する発芽比率の直接の関係は、バクテリア胞子の発芽の比率を用いることを許容し、10-6のPNSU及びより低いPNSUでさえの滅菌終了点へ、滅菌工程の有効性の極めて迅速な指示を提供する。
本発明の一つの態様において、発芽比率又は発芽速度は、特定の発芽剤を含む発芽培地に接触されたバクテリアの胞子を用いて得られうる。広範囲の光の波長での光散乱技術を用いて発芽比率又は速度を測定する又は得ることが可能であるが、約37〜40℃の範囲における最適の温度で、約460〜520ナノメーター（nm）の波長において、発芽比率が最も速くかつ最も再現性があることが見い出された。更に、与えられた濃度の胞子について、光吸収が400〜700nmの間で漸近的に降下する。このように、480nm未満では吸収は鋭角的に昇りはじめ、480nm超では次第に下降する。これは、480nm超のこれらの波長においてより高濃度の胞子を用いることを一部分、要求する。
露出した胞子の最大発芽比率又はLRV（反応曲線の最大下降部分）は、当該技術において周知である装置及び方法を用いて、発芽した胞子を染色することと共に、又はこれを伴わずに、分光光度又は光散乱技術を用いて容易に決定され得る。特定のサンプルのLRVは、サンプル内の光の吸収又は光散乱の変化を時間の変化で割ることにより容易に計算される。吸収が、溶液中の発芽している胞子の数の測定を供する最適な密度を測定するのに用いられる時、特定のサンプルについてのLRVは、次式で与えられる。
LRV＝光吸光度単位における変化／分単位における時間の変化
一般に用いられる光の波長、約400〜600nm、好ましくは約480nmにおいて、吸収は容易に計算され得る。吸収測定の間の好ましい時間は、約４〜20分間、又は最も好ましくは約５〜７分間である。
エチレンオキシド滅菌因子（ETO）のような外来因子のための集団の範囲内での微生物の死は、このような生物の数の減少が対数的であるので、第１次数の速度を用いて最もよく示されることが観察されている。例えば、Pflug, I.J. and R.G.Holcomb,“Principles of the thermal destruction of microorganisms”, Disinfection, Sterilization, and Preservation, Fourth Edition, S.S.Block, ed., Lea and Febiger,（1991）を参照のこと。このように、ETOのような滅菌又は殺菌処理に増加的に長く露出された後の単位当りの生き残った生物の数は、次の線形回帰等式を用いて、その後片対数グラフ紙上に計算されたデータをプロットして決定され得る。
log N＝−Ｕ／Ｄ＋1og N0
ここで、Ｎは、与えられた時間、ＵのETO露出の後の単位当りの残った微生物の数に等しい。Ｕは、ETO露出の時間（分）の数に等しい。Ｄは、与えられたセットの条件並びに与えられたバッチ又は胞子もしくは細胞の群について一定である十進法の削減時間（特に胞子又は細胞の１logを殺すのに必要とされる時間（分））である。このように、Ｄは、直線の死曲線の傾きの負の逆数である。Ｎ0は、滅菌工程の始まりにおける単位当りの胞子又は細胞の数に等しい。
図３は、ETO露出の継続時間に対するLRV応答曲線の直線性及び実験的に決定されたLRVデータの相関関係及びＢ．サブチリス（B. subtilis）胞子の計算された生存曲線を示す。図３に示されるデータについて、Ｄ値は2.7分間となるよう決定され、Ｎ0値は単位当り4.2×106であった（3M 1264ATTEST Biological Indicator, lot #211, 3M, St.Paul, MN）。異なるＤ値では、生存曲線の傾きが変わる。結果として、ガスのような滅菌条件にさらされた後生き残っているＢ．サブチリス胞子のLRVは、充填物の生物的負荷又は滅菌された材料内で見い出される可能性があるいずれの生物の細胞の生存とも相関関係がある。滅菌工程の後に生き残っている胞子をアッセイする本LRVアプローチを用いることは、最初に生物学的指示体を用いて、少くとも耐性があるものから最も耐性があるものまでのいずれの微生物の予想される生存の直接的な定量的測定法を得ることを可能にする。更に、LRVアプローチを用いると、少くとも10-16程度の低さの単位当りの生存可能な微生物のレベルで滅菌有効性の程度を評価することが可能になる。
本発明の好ましい実施形態において、バクテリア胞子を含む生物学的指示体を含む充填物は、滅菌因子と接触されて露出した胞子を供する。本発明に用いられ得る適した胞子は、水蒸気、乾燥熱、ガンマ照射及びエチレンオキシドのような滅菌工程を監視するのに一般に用いられる。好ましい胞子は、バチルス（Bacillus）及びクロストリジア（Clostridia）種の両方の胞子を含む。生物学的指示体において用いるための他の適した微生物胞子は、米国特許第3,661,717号にリストされる。市販のバチルス・サブチリス胞子ATCC 9372（American Tissue Culture Collection, Rockville, MD）のようなバチルス・サブチリス胞子が、エチレンオキシドを用いる工程を監視するのに好ましく、しかるに、市販のバチルス・ステアロサーモフィルス（Bacillus stearothermophilus）胞子ATCC 8005もしくはATCC 7953（American Tissue Culture Collection）又は（School of Pharmacy and Pharmacology, University of Bath, Bath, U.K.のカルチャーコレクションから得られる）バチルス・ステアロサーモフィルス胞子DV296のようなバチルス・ステアロサーモフィルス胞子が、水蒸気又は低温蒸気ホルムアルデヒド滅菌を用いる工程を監視するのに好ましい。要求されれば、滅菌工程に対して適した耐性を有する他の微生物が、本発明に用いられ得る。要求されれば、１以上の型の胞子が、１以上の型の滅菌工程を監視するために、この工程と組み合わせて用いられ得る。
本発明を行うために、選択された胞子は、好ましくは周知の方法に従って調製され、その後換算された数の胞子が、好ましくは、滅菌工程の間及び後に容器内に前記胞子を保持するのに適した、前記容器内に添加される。前記胞子は、水性懸濁液として容器内に一般的に添加され、その後乾燥されるか、又は容器内に添加される前に乾燥される。胞子は、胞子が滅菌工程にさらされた後、いくつかの異なる周知の方法で乾燥され、並びに水可溶性ゲルもしくは発芽培地内での乾燥された胞子の再懸濁を容易にする他の薬剤の存在中で乾燥される。例えば、生物学的指示体に用いるための凍結乾燥されたアルギネートビーズ内に組み込まれた胞子を用いることを報告するハンロンらの論文（Hanlon et al., Letters in Applied Microbiology, 17：171〜173（1993）を参照のこと。
適した胞子を保持するのに適した容器は、種々の形のものであり得、種々の周知の材料から作られ得る。適した容器は、該容器内の胞子への滅菌剤のアクセスを許容するであろう。加えて、発芽比率が分光光学的に決定されるなら、光の選択された周波数に対して透過性を有し、上述のような検出方法を妨害しないであろう適した容器が好ましい。最後に、適した容器は、好ましくは、発芽期間の前及び／又は間に胞子が汚染されることを防止する。当業者は、石英ガラス又はポリ（メチルメタクリレート）もしくはポリスチレンのような種々の重合材料から作られた種々の容器の形状が、本発明を実施するのに用いられ得る。
好ましい容器は、含有された胞子が選択された滅菌因子及び適した発芽培地に接触するに至ることを許容する。乾燥された胞子は、いくつかの異なる方法において、発芽培地内に再懸濁され得る。胞子発芽のための培地は、シリンジもしくはピペットにより手で、又は後述の実施例に記載されるような分光光学的アプローチを用いて滅菌の監視の結果を取り扱い及び分析するのに特に適合し及び設計された自動読み取り装置においてプログラムされた方法の一部として自動化された様式においてのいずれかで、いくつかの異なる方法で添加され得る。
本発明の極めて迅速な読み出し時間、即ち約10〜15分未満を得るために、発芽性培地は、栄養素イオン及び露出した胞子の迅速な発芽を促進する他の構成物を供するように調製される。Ｂ．サブチリスの発芽として適した16のアミノ酸のＫM及びＶmaxは、ETO露出胞子を発芽させるために培地において用いられるこれらのアミノ酸の有用な濃度を決定するために、濃度／応答曲線から決定される。テストされた３つのアミノ酸は、それらの各々の溶解度の限界までのいずれの濃度においても発芽剤として活性がなかった。最も活性のあるアミノ酸発芽剤において、ETO応答曲線は、下述の実施例６に記載されるように決定された。LRVにおける直線的減少は、Ｌ−アスパラギン及びＬ−グルタミンにおいてのみ得られた。胞子発芽が他のテストされたアミノ酸で活性化された時、LRV応答は、ほとんど又は全く減少しなかったので、ETOの効果はほとんどないようであった。例えば、約40分間、ETOへさらした後のみ、Ｌ−アラニン及びＬ−バリンにより活性化されたLRV応答の重大な減少があった。このように、Ｂ．サブチリス胞子へのETOの殺菌効果を測定するために、Ｌ−アスパラギン及びＬ−グルタミンは最も有用なアミノ酸発芽剤であることが見い出された。
更に、Ｄ−アミノ酸は、誘発性胞子発芽に応答可能な部位へのＬ−アミノ酸の結合の競合阻害剤であるようであることが観察された。例えば、Woese, C.R.；Morowitz, H.J.；and Hutchinson III, C.A.；“Analysis of action of L-alanine analogues in spore germination”, J.Bacteriol., 76：578〜588（1958）を参照のこと。Ｌ−アミノ酸発芽剤の１つの強力な阻害剤はＤ−アラニンである。Ｌ−アスパラギンへの応答における胞子発芽の競合阻害を測定する実験において、この結果は、Ｄ−アラニン及びＬ−アスパラギンに対する２つの結合部位、即ち0.3〜10マイクログラム／mlのＤ−アラニンの濃度において１つ、10〜100mg／mlのＤ−アラニンの濃度においてもう１つを示した。Ｌ−アスパラギンのための効果的な濃度は１〜15mg／mlの範囲であるので、Ｌ−アスパラギンは、低アフィニティー部位に主として結合するようである。従って、Ｌ−アミノ酸発芽剤のための前記低アフィニティー部位は、ETO不活性化に感受性がある部位であるに違いなく、しかるに、高アフィニティー部位は感受性がないか又は少くとも極めて感受性の少い部位に違いない。結果として、高アフィニティー部位へのＬ−アスパラギンの結合を極めて低濃度のＤ−アラニンで阻害することにより、Ｌ−アスパラギンで活性化された胞子発芽応答、即ちLRVへのETO不感受性発芽系の寄与を排除し、これにより要求されるより急勾配のLRV応答曲線を得ることが可能であった。
バチルス胞子を用いる時に本発明のための好ましい培地は、次の構成物、即ち、約6.8〜7.8の範囲、好ましくは約7.25のpHにおける、0.01〜0.2Ｍ、好ましくは0.05Ｍのリン酸緩衝液（等量のKH2PO4及びNa2HPO4）、リッター当り0.15ｇのグルコース、リッター当り0.15ｇのフルクトース、リッター当り3.0ｇのNaCl、リッター当り5.0ｇの酢酸カリウム、及びリッター当り３〜15ｇ、好ましくは10ｇのＬ−アスパラギンを含む。あるいは、Ｌ−グルタミンは、リッター当り約10.0〜20.0ｇの濃度で、好ましくはリッター当り約10.0ｇの濃度で、発芽剤として用いられ得る。
バチルス胞子の発芽比率は、滅菌環境に対して、胞子の取り扱い条件に対して、そして発芽性培地に対して敏感である。特に、湿度における又は発芽培地における小さな変化が、胞子発芽に対する観察可能な効果を有し得ることも観察されている。発芽比率が直線的になる前に短い遅延期間があることも観察されている。この遅延期間は典型的に極めて短いが、露出した胞子の取り扱い及び滅菌環境に関係する。例えば、胞子が約37℃で乾燥される時、この遅延期間は、胞子が約45〜55℃で乾燥される時の約4.5〜５分間の遅延期間に比較して約８〜９分間である。
滅菌剤がエチレンオキシドであり、バクテリア胞子がバチルス・サブチリスATCC取得番号9372の胞子である時、キュベット当り約108の胞子を含む特定の胞子サンプルについて計算されたLRVが、滅菌されている充填剤の生物的負荷において予想される最も耐性のある微生物の予想される滅菌終了点に等しい時滅菌工程が効果的であることを本発明は示す。このように、図３に示すようなＤ値が2.7分であるバチルス・サブチリスの場合、0.01吸光度単位／分の直線反応速度は、PNSUが10-6である滅菌点に到達したことを示すであろう。より高いLRVはより低い滅菌有効性を示し、より低いLRVはより大きい滅菌有効性を示すであろう。
本方法は、これらに限定されないが、水蒸気、エチレンオキシド、放射、熱、次亜塩素酸ナトリウム、ポリビニルピロリドン−イオジン、ジクロロシアヌル酸ナトリウム、低温蒸気−ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド及び過酸化水素、過酸化水素プラズマ又はそれらの混合を含む周知の滅菌因子の範囲に適用し得る。以下にリストされる実施例において提供される結果は、線反応速度の決定が極めて感受性があり、胞子生存の極めて迅速な尺度であることを示す。それは周知であり、又は現在、市場にあるいずれの生物学的指示体より速く、本生物学的指示体システム及び本発明の方法を用いることが迅速に、即ち約15分未満で、水蒸気、熱、及び化学的滅菌並びに（低温蒸気−ホルムアルデヒド及び過酸化水素プラズマ滅菌のような）それらの混合のような種々の方法の有効性を評価するのに用いられるであろうことが予想される。
以下の実施例は、本発明の実施を更に説明するために提供される。これらの実施例は、添付される請求の範囲に規定される本発明の範囲を限定すると解釈されるべきでない。
実施例
実施例１−胞子発芽条件
バチルス・サブチリスATCC 9372の胞子を透明なポリ（メチルメタクリレート）キュベット内に含まれた培地２ml当り約２×108の胞子の濃度で用いた。この胞子の濃度は、後述のCary 13／Varian分光光度計を用いて約0.4500光学濃度の480nmの最初の吸収であった。２ml当り1.5×108〜６×108胞子の範囲の胞子濃度が有用であった。
標準発芽（SG）培地は、22℃でのpHが7.0で各々リッター当り3.475ｇのKH2PO4及びNa2HPO4から作られた0.05Ｍリン酸緩衝液；0.1Ｍ NaCl；リッター当り５ｇのグルコース及びリッター当り10ｇのＬ−アスパラギンを含んでいる。
温度調節キュベットホルダーを備えたCary 13／Varian分光光度計を、吸収を測定することにより発芽速度を決定するのに用いた。発芽速度は、400〜600nmの範囲の光のいずれの波長でも測定され得る。目で見える範囲の波長を用いることが好ましい。37℃で発芽速度を決定した。
LRV、即ち各々の選択された胞子サンプルについての最大発芽比率の測定を、計算された発芽曲線の直線部分から決定した。LRVを、発芽反応が開始した時から４〜10分の間隔における発芽曲線の負の傾きからおおむね得た。培地中でＬ−アラニンを発芽剤である時4.5〜6.5分の間隔で、培地中にＬ−アスパラギンを発芽剤として用いた時５〜７分の間隔で最も高いLRVを得た。Ｌ−アラニンを発芽剤として用いた時、その好ましい濃度は0.4ｇ／Ｌであった。
実施例２−ETOへさらした後のLRVと胞子生存との相互関係
バチルス・サブチリスATCC 9372胞子懸濁液の約14マイクロリッターの分割量をポリ（メチルメタクリレート）キュベットに添加してキュベット当り約２×108胞子とした。胞子分割量を54℃で一晩（16時間）乾燥させた。乾燥された胞子を含むキュベット及び3M 1264ATTESA生物学的指示体装置（米国特許第3,661,717号に広く開示される、3M, St.Paul, MNから市販される1264BI）のセットをJoslyn-B.I.E.R. ETO容器の内側に配し、種々の時間、ETOにさらした。ETO露出サイクルは、54℃及び相対湿度60％での30分の予備増湿、続いて空気のリッター当り600mgの濃度でのETO遊離、及び終りのETOを排出した後の１分のエレーションからなっている。
ETO露出に続いて、1264BI装置の内側のアンプル内の増殖培地を、ガラス瓶を破壊することにより解放し、この装置を37℃のインキュベーター内におき、７日間にわたり生き残っている胞子の増殖を許容した。160の1264BI装置を各々のETO露出時間で用いた。各々の装置は5.4×106胞子の胞子ストリップを含んでいた。
次のようにETOへさらしたキュベット胞子について発芽比率を決定した。発芽剤以外は実施例１に記載されたSG培地の１ミリリッターを各々のキュベット内に添加し、振とうすることにより胞子を再懸濁した。その後、撹拌棒をキュベット内に落とし、胞子の再懸濁を完了するための37℃での10分間の撹拌のために、このキュベットを温度調節キュベットホルダー内においた（後の実施例で行われるように、Vortexミキサーで１分間激しく振とうすることにより胞子を完全なSG培地２ミリリッター中に再懸濁してもよい）。次に20mgのＬ−アスパラギンを含むSG培地１ミリリッターをキュベット内に添加し、発芽速度を記録して、480nmでの測定された吸収の変化を時間の変化で割ることにより分光光度計においてLRVを計算した。各々のETO露出についてのLRVを、4.5〜6.5分の間隔で決定した。表１に示す結果が得られた。LRVは４回の重複の平均である。
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これらの結果は、LRVと、増殖及びこれによる胞子の生存を示す市販される1264BI装置の百分率と、の相関関係が存在すること、即ち、LRVは、生き残っている胞子の生長のため陽性の色変化を示す1264BI装置の百分率に直接的に比例することを示す。最も相関関係のある結果を得るために、乾燥された胞子を有するキュベットを滅菌工程の間、滅菌装置内の充填物内の1264BI装置の近傍に配することが本質的である。リストした条件下におけるこの実験において、0.005abs.／分以下のLRVは完全な滅菌を示した。0.005〜0.008abs.／分のLRVは境界的な滅菌を示した。0.008abs.／分より大きいLRVは、完全な滅菌の失敗を示した。
更に、これらの結果は、胞子コア細胞の生存可能性、即ちその成長して増殖する能力は発芽よりETOに対してずっと大きな感受性があることを示した。
実施例３−ETOへさらした後のLRVと胞子生存との相関関係
この手順は、キュベット内の胞子を37℃で一晩乾燥させ、Vortexミキサー上で１分間激しく混合することにより完全なSG培地２ミリリッターを添加した後胞子をキュベット内で再懸濁した以外は上述の実施例１と同様に行った。乾燥胞子をボルテックスミキサー上で懸濁した時、発芽の前少し長い遅延を行うために５〜７分間の間隔において、発芽曲線から、各々のETO露出についてのLRVを決定した。ETOにさらされていない胞子の発芽のLRV（０min. ETO）を発芽の８〜11分間隔で決定した。というのは、55℃のかわりに37℃で乾燥された胞子の発芽の前により長い遅延期間があるからである。ETOにさらされた胞子の発芽は、これほど長い遅延期間としなかった。というのは、Joslyn-B.I.E.R.容器内のETO滅菌工程の間、それらはより高温にさらされたからである。胞子発芽に対するこの温度効果は公知の現象である。
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この実験の結果は、上述のものと本質的に同じである。即ち、LRVはETOへの露出の後の生き残っている胞子の生長のため陽性の色変化を示すBI'sの百分率に直接的に比例する。
この実験におけるより低いLRVは、分光光学的測定の前の、胞子を乾燥する方法のためであり、キュベット内の胞子を再懸濁する方法のためではない。37℃で乾燥された胞子は、55℃で乾燥された胞子より多くの水分を保持すると予想され、胞子死滅比率が胞子の水分含有量に直接的に比例することは、ETOでの胞子滅菌の技術において公知である。
ETO滅菌に25分間さらされた胞子は、予想されるより高い発芽のLRVを示した。全ての他の実験において見られるLRVと胞子生存との直線関係からのこの新発展は、ほとんど滅菌工程の間のキュベットを包むより密着したアルミニウムホイルのためであるようであった。これによりキュベット内の乾燥胞子は、要求されるより低いレベルのETOにさらされていた。しかしながら、標準からのこの偏位があってさえも、本明細書で決定されるようなLRVとETOにさらされたバチルス・サブチリスの胞子の生存との間の相関関係は、なお真実である。
実施例４−ETOへさらした後のLRV及び目で見える胞子の生存の相関関係
この手順は、以下の変化以外は上述の実施例１〜３と本質的に同様に行った。約7.5×109mlの濃度の脱イオン水中に懸濁されたＢ．サブチリスの胞子を最大の発芽比率を得るように２〜６時間、好ましくは４時間懸濁液を加熱することにより調節した。キュベット当りの胞子の数を減少させるが、約0.45〜0.5単位の好ましい測定された範囲における開始光学濃度（OD）をまだ維持するために、セミマイクロポリ（メチルメタクリレート）キュベットを用いた。約16マイクロリッターの調節された胞子懸濁液を、1.2mlの発芽培地中に再懸濁した時約0.45〜0.5の開始ODとなるように各々のキュベットに添加した。湿った胞子を有するキュベットをその後インキュベーター内におき、45〜50℃、即ちこれらの胞子の最大発芽比率についての経験的に決定された光学的温度範囲で一晩（約16時間）乾燥させた。この一晩の乾燥の後、発芽活性を失わないように胞子は室温で保存され得る。露出／処理当り４つのこのようなキュベットを用いた。
60％の相対湿度で30分間休止する前及びキュベットを完全なETO露出サイクルにさらす前に54℃の温度での15分の予備調節期間を加えた他は、胞子を有するキュベット及び3M 1264ATTEST生物学的指示体（BI）装置（バッチ263、Ｄ＝2.7分、4.8×106胞子／BI）を、上述の実施例に記載されるようにJoslyn-B.I.E.R.容器内のETOにさらした。ETOへの胞子の応答における変化性を評価するためにこの予備調節期間を行った。この容器内の充填物を増湿ステップの前に適した温度に平衡化させないのであれば、正確な湿度レベルには達し得ない。結果として、与えられたETO露出時間についての滅菌有効性は、充填物の大きさにより種々であるだろう。これは、25分のETO露出における、上述の表２の偏差の最も有望な原因であるようである。ETO露出サイクルの後、キュベット及び1264BI'sを、増殖を始めて発芽比率を決定する前に20〜24時間の周囲の温度で空気にさらした。
最大速度においてVortex Genie II内で30〜45秒間ボルテキシングすることにより発芽培地1.2ml中に胞子を再懸濁した他は本質的に上述のように発芽比率を決定した。胞子は、発芽期間の持続の間、懸濁液内にとどまるので、胞子を再懸濁する前に撹拌棒をキュベット内におかなかった。発芽培地は、0.05Ｍリン酸緩衝液（等量のKH2PO4及びNa2HPO4）、リッター当り0.15ｇのグルコース、リッター当り0.15ｇのフルクトース、リッター当り3.0ｇのNaCl、リッター当り5.0ｇの酢酸カリウム、及びリッター当り10ｇのＬ−アスパラギンである。このpHは7.25である。この発芽培地を0.2マイクロメーター孔サイズを有するナイロン膜を通すろ過により滅菌した。各々のデータ点について４回重複した。
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この結果は、LRVとBI装置により決定された生存可能な細胞の生存百分率との直接的な相関関係を示す。この実施例に記載されるような、手順及び発芽培地の改良において、線反応速度における観察された実験的変化性は、１〜11％の範囲内で4.5％の平均に削減された。生存可能な生き残ったものの百分率における変化性は、生存曲線の急勾配さのためいくらか大きい（例えば図３を参照のこと）。
実施例５−LRVと生存可能胞子の予想される生存との相関関係
以下の図４にリストされるデータを、図３に関連して説明される線形回帰等式を用いて作製した。この等式において、Ｎ0はBI（lot 211, 3M 1264Attest BI）当り4.2×106の胞子であり、Ｄ値は2.7分であった。LRV値を実施例４の表３から取った。一般の胞子又は細胞増殖生物学的指示体を用いて決定され得る値よりはるかに低い生存頻度における滅菌工程の間、LRV決定が大きな集団における生存可能な胞子の生存を評価するのに用いられ得ることをこのデータは示す。
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微生物の集団の死滅の対数的性質は、絶対的な無菌に達することを不可能にする。これにより、一般的に許容される無菌終了点は、10-6の非滅菌単位（PNSU）であろう。これは、滅菌された100万単位の中から１つだけが生存可能胞子で汚染されるであろう（Pflug, I.F.“Chapter 4-Description, establishment, and statistical characteristics of the endpoint of a microbial preservation process”,“Microbiology and Engineering of Sterilization Processes, Seventh Edition, Published by Environmental Sterilization Laboratory, Minneapolis, MN（1990））。10-3のPNSUより低い生存可能胞子の生存を決定することは実用的でない。なぜならこの滅菌終了点においてでさえ、4603のBI単位の最小サンプルサイズを必要とするからである（Spicher, G.,“Sterilization-Die Mikrobiologie zwischen Anspruch und Wirklichkeit”Zbl.Hyg., 194：223〜235（1993））。更に、滅菌工程を監視するためのBI'sを用いることが関係している限り、滅菌されている充填物当り100超のBI'sを、これにより10-1のPNSUに滅菌評価を限定する効果において用いることは実用的でない。
この結果は、陽性又は陰性の結果を単に示す増殖の読み出し又は酵素アッセイを基礎とするこのBI'sが要求される滅菌終了点即ち10-6のPNSUが実際に達成されるか否かを示さないということである。一般に用いられるBI'sにおいて、陽性の結果は、0.1超の生存可能な胞子が単位当りに生き残り、これにより滅菌工程が効果的でないことを意味する。しかしながら、陰性の結果は、0.1未満の生存可能な胞子が単位当りに生き残ることを単に示す。
このLRVアプローチは、滅菌の間の条件が10-6以下のPNSUを有する要求される無菌終点に到達するようになるか否かを評価することを最初に可能にする。この滅菌工程の間の滅菌容器内側の条件において、LRV応答はゆらぎに対して極めて敏感である。
実施例６−ETOへさらした後のアミノ酸発芽剤に対する胞子の応答
上述の実施例に説明されるようにバチルス・サブチリスの胞子をETOにさらした。実施例４に説明されるように発芽速度及びLRVを決定した。図４〜９に示されるいくつかのアミノ酸についての省略は以下の通りである：L-GLNはＬ−グルタミンを意味する；L-LEUはＬ−ロイシンを意味する；L-THRはＬ−トレオニンを意味する：GABAはガンマアミノ酪酸を意味する；L-VALはＬ−バリンを意味する。各々のデータ点は、４つの重複の平均である。L-GLNを用いた測定されたデータのグラフ様の表現の発芽結果を、示された各々の露出時間について、同じ時間でETOにさらされた胞子を用いて決定した。
これらのデータは、Ｂ．サブチリス胞子中に存在すると信じられている胞子発芽についての２つの仮定される系のうち、L-ASN及びL-GLNにより活性化された系はETOに感受性があり、一方L-ALA（Ｌ−アラニン）及び他のアミノ酸により活性化された他の系は、ETOに対して感受性がないか、少くとも極めて少い感受性である。ダッド及びラムビローらの論文（Dadd and Rumbelow, J.Appl.Bacter., 60：425〜433（1986））は、２つの発芽系、即ちL-ALAにより活性化された１つ及びL-ASNにより活性化された他のものは、それらのデータは、仮定された２つの系の間を区別しなかったが、ETOに対して異なる感受性を有し得るであろうことを推測している。ダッド及びラムビローが、異なる発芽剤に対するそれらの反応を基礎として、ETOへの胞子の露出の後、２つの胞子発芽系を区別できないことは、おそらく、彼らが、顕微鏡下での相暗（phase dark）（発芽した）胞子を計数することによる胞子発芽の活性化の後、２時間以上胞子発芽の百分率を測定したが、彼らは胞子発芽比率を測定しなかったという事実のためであった。他方、本明細書で報告される研究において、活性化の後の最初の25分間内の胞子発芽比率を応答測定した。更に、ダッド及びラムビローは、L-LEU及びL-THRはETO露出胞子を発芽させることに失敗したと主張した。本明細書に示される結果はETOに露出された胞子は、これらのアミノ酸に対する応答において発芽させないことを明らかに示した。またこれは、本発明の予期しない結果を示す。
実施例７−ETOへの胞子の露出の後のLRV応答に対するＤ−アラニン（D-ALA）の効果
示されるようにD-ALAを発芽培地に添加した以外は実施例４に記載されるのと同様に実験的手順を行った。D-ALAの有用な濃度は発芽培地のml当り0.5〜1.2マイクログラムであった。D-ALAの好ましい濃度はml当り約0.8〜1.0マイクログラムであった。
図10に示されるように、極めて低濃度のD-ALAの添加は、いくつかの環境が要求し得るように、26％だけLRV反応曲線の傾きを増加させた。この結果の最も確からしい説明は、低濃度において、D-ALAは、ETOに対してより多く又はより少い不感受性を有する発芽系の活性を調節する部位へのL-ASNの結合を阻害することである。このように、ETOに対して敏感な系のみがL-ASNにより活性化された。
更に、実施例６に示されるように、これらの結果は、ほとんどの活性アミノ酸が、Ｂ．サブチリス胞子においておこるように見える全ての発芽系（２つ以上）のための全ての部位に種々の程度で結合する可能性があることを示す。しかしながら、L-LEU, L-THR及びGABAのようないくつかのアミノ酸は結合し、これにより（L-ALA及びD-ALAの結合に関して）高アフィニティー部位を大部分活性化し、一方L-ALA, L-VALのような他のものは、低アフィニティー部位及び高アフィニティー部位に結合する。このようにL-ALA及びL-VALは、特により長いETOへの露出においてGABA, L-THR、又はL-LEUよりETOに対する反応における急勾配のLRV曲線を有する。
滅菌のいくつかの状況において、より大きい感受性のためより急勾配のLRV応答曲線を有することが要求され得る。このように発芽培地への少量のD-ALAの添加は、この要求される結果を提供する。
実施例８−Ｂ．サブチリス胞子のLRV応答におけるバッチ間の変化性
実施例4に記載されるのと同様に実験手順を行った。２つの異なる胞子群（バッチ）からの胞子を有するキュベットを同じ時間、ETOにさらした。データ点当り４回の重複を行った。発芽培地は実施例４に記載されるのと同じである。
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ETOへの露出の前又は後のLRV応答において１年離れて収菌された２つの胞子群の間の違いは本質的にほとんどないか又は全くなかった。バッチ３／93における標準偏差は、終わりの３つのETO露出時間について標準的に見られるものより大きかった。バッチ#26のLRV応答はこの３つのETO露出時間において少し低かった。これは、バッチ#26がバッチ３／93より希釈された懸濁液において保存されており、これにより、遠心法により濃縮されて、胞子濃度をバッチ３／93におけるのと同じレベルまでにされたという事実のためである。しかしながら、全ての他のLRV特性は、両方の胞子群について同じであった。これらの結果をグラフで表現したものを図11に示す。
実施例９−Ｂ．サブチリス胞子のLRV応答に対する過酸化水素プラズマ滅菌サイクルの効果
Ｂ．サブチリスの胞子を有する８つのセミ−マイクロキュベットを実施例４に記載されるように調製した。これらのキュベットの４つを3M STERI-LOK多孔性膜バッグ（3M, St.Paul, MN）の内側でテープに近接しておき、残った４つのキュベットを非滅菌対照として側においた。
バッグ内の４つのキュベットをその後STERRAD-100過酸化水素プラズマ滅菌装置（Hydrogen Peroxide Plasma Sterilizer）内の医療装置の充填物と共に標準滅菌サイクルにさらした。このサイクルは；真空段階圧力−290mtorr；注入段階圧力−7.23torr；拡散段階圧力−8.93torr；及びプラズマ段階圧力−502mtorrである。このサイクルの経過時間は１：10：20時間であった。
これらの滅菌条件への露出の後全ての８つのキュベット内の胞子のLRVを、実施例４に記載される手順及び発芽培地を用いて決定した。以下の結果が得られた。データは各々の処理についての４つのキュベットの平均である。
非滅菌対照のLRV＝0.0443±0.001189（2.7％）
滅菌胞子のLRV＝0.0048±0.000374（3.7％）
この結果は、滅菌条件が達成されて、Ｂ．サブチリスの胞子を用いたLRVアプローチが過酸化水素プラズマ滅菌手順の有効性を監視するために用いられ得ることを示す。
実施例10−バチルス・サブチリス胞子の発芽比率の決定
これらの実験の目的はバチルス・ステアロサーモフィルス胞子の発芽比率を測定することが可能であるか否か、及びこれにより、微生物の殺菌が高温度及び圧力水蒸気（オートクレーブ）、熱、又は低温蒸気ホルムアルデヒド（LTSF）を用いて達成される手順の滅菌有効性を監視するのに用いられ得るか否かを決定することであった。Ｂ．ステアロサーモフィルスは、55〜65℃の温度で最適に増殖する好熱性の菌であるので、これらの手順の選択を有する微生物である。
発芽比率を480nmの光の波長において分光光学的に決定し、多項回帰等式ｙ＝A0＋A1x+A2x2＋…を用いて吸収の減少から発芽比率を決定した。この等式において、Ａ１は回帰線の傾き、従って胞子についての発芽比率である。
（the School of Pharmacy and Parmacology, University of Bath, Bath, U.K.のカルチャーコレクションからの）バチルス・ステアロサーモフィルスの胞子懸濁液0.1mlの容量を、分光光度計内で60℃に予め加熱された石英キュベット内に含まれた化学的に規定された培地（CDG）2.9mlに添加した。CDG培地はml当り：0.444mg Ｌ−グルタミン；1.35mg Ｄ−グルコース；0.497mg NH4Cl；0.0027mg FeCl3・6H2O；0.0019mg MnCl2・4H2O；0.1016mg MgCl2・6H2O；0.011mg CaCl2；0.01 Na2SO4；及びpH7.0に調製された１／15モーラーリン酸緩衝液からなっている。保存胞子懸濁液は、16〜21％発芽され、生存可能であるml当り16〜22×108胞子を含んでいた。
表６は異なるアミノ酸発芽剤の効果を示す。用いた全てのアミノ酸はＬ−立体異性体であった。これらの結果は、これらの胞子の発芽比率を決定することが可能であり、これによりLRVアプローチが滅菌有効性を監視するのに有用であると予想されることを示す。
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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