title: Μελέτη των μηχανισμών αδρανοποίησης βακτηρίων κατά την απολύμανση υδατικών δειγμάτων
title: Water disinfection methods for bacterial inactivation and study of damages in subcellular level
Creators: name: Λυρωνη Μαρια-Αικατερινη
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2020

description: Η ανάπτυξη εναλλακτικών, οικονομικών και αποδοτικών τεχνικών απολύμανσης κρίνεται επιτακτική λόγω της αυξημένης πίεσης στο περιβάλλον και της απειλής πόρων «κλειδιών», όπως το νερό, από παθογόνους μικροοργανισμούς. Στο πλαίσιο αυτό, στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν η φωτοκατάλυση και η οζόνωση ως μέθοδοι απολύμανσης. Στόχο της εργασίας αποτέλεσε η εξέταση  της αποτελεσματικότητας αυτών των δύο τεχνικών στην αδρανοποίηση τριών αντιπροσωπευτικών βακτηρίων (Eschericia coli, Pseudomonas aeruginosa & Bacillus cereus), τα οποία θεωρούνται σημαντικά για τη δημόσια υγεία, καθώς και η μελέτη αλλοιώσεων σε υποκυτταρικό επίπεδο από την επίδραση της απολύμανσης σε κυτταρικά συστατικά, όπως είναι τα λιπίδια, η μεμβράνη και οι πρωτεΐνες. Χρησιμοποιήθηκε ο εμπορικός καταλύτης TiO2 σε συγκεντρώσεις 25 - 100 mg/L στα φωτοκαταλυτικά πειράματα, ενώ κατά την οζόνωση χρησιμοποιήθηκαν διάφορες δόσεις όζοντος στο εύρος συγκεντρώσεων 2,40 – 19,99 mg/L. Τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν την αποτελεσματικότητα και των δύο απολυμαντικών τεχνικών. Η αύξηση της συγκέντρωσης του καταλύτη οδήγησε σε υψηλότερους ρυθμούς αδρανοποίησης, με τα Gram αρνητικά E. coli και P. aeruginosa να σημειώνουν 7-8 Logs μείωση σε 20 min, ενώ για το Gram θετικό B. cereus καταγράφηκε απομάκρυνση της τάξης των 4 Log σε 60 min επεξεργασίας, παρά τη μικρότερη αρχική του συγκέντρωση (105 CFU/mL). Η οζόνωση αποδείχθηκε πιο αποτελεσματική για την απολύμανση υδατικών δειγμάτων σε σύγκριση με τη φωτοκατάλυση UV-A, καθώς για τα βακτήρια Gram (-) επιτεύχθηκε πλήρης μείωση εντός 15 min, ενώ για τα βακτήρια Gram (+) η ίδια μείωση επιτεύχθηκε εντός 30 min. Παρατηρήθηκε φωτοενεργοποίηση της E. coli, αλλά τα επίπεδα που καταγράφηκαν ήταν χαμηλά. Όσον αφορά το υποκυτταρικό επίπεδο, οι απολυμαντικές τεχνικές συνοδεύονταν από υπεροξείδωση των λιπιδίων, η οποία εξελίχθηκε με εκθετικό ρυθμό κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας. Η ανάλυση υδρόλυσης του ONPG (ortho nitrophenyl-β-D-galactopyranoside) έδειξε μεταβολές στην πορεία της επεξεργασίας, υποδεικνύοντας ότι η κυτταρική μεμβράνη μπορεί να υποστεί αύξηση της διαπερατότητάς της, επιτρέποντας τη διείσδυση του κυτοπλάσματος στο εξωτερικό διάλυμα. Η ανάλυση SDS-PAGE (Sodium dodecyl sulfate – polyacrylamide gel electrophoresis) έδειξε ότι σε κάποιες περιπτώσεις η αύξηση του χρόνου επεξεργασίας οδηγεί σε διαφοροποίηση των πρωτεϊνικών ζωνών, με γενικά υψηλά επίπεδα ομολογίας για το δείγμα των ανέπαφων κυττάρων και των δειγμάτων που είχαν υποστεί επεξεργασία. 
description: Due to the increasing pressure on the environment and the threat of some key resources, such as water, from microbial pathogens, the development of alternative, economical and efficient disinfection techniques, is of high importance. In this context, in the present study, it was investigated the disinfection potential of photocatalysis and ozonation, regarding the inactivation rates of three reference bacteria (Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa & Bacillus cereus), which are considered important for public health. Also, we studied the damages in the subcellular level in terms of disinfection effects on cellular components, namely, lipids, membrane and proteins. The commercially available P25 catalyst was used at concentrations of 25 - 100 mg/L for the photocatalytic experiments, while during ozone treatment the applied ozone dose ranged from 2,40 to 19,99 mg /L. The results confirmed the effectiveness of both disinfection techniques. The increase in catalyst concentration led to higher inactivation rates, with Gram-negative E. coli and P. aeruginosa being inactivated by 7-8 Logs in 20 min, while Gram-positive B. cereus exhibited a 4 Log reduction in 60 min of treatment, despite its lower initial concentration (105 CFU/mL). Ozonation proved to be more effective as a disinfection method of water samples compared to UV-A photocatalysis, as a complete microbial decay was achieved within 15 min for Gram-negative bacteria, while for B. cereus the same reduction was achieved within 30 min. Photoreactivation of E. coli was observed, however, the recorded levels were low. Regarding the subcellular level, disinfection techniques were accompanied by lipid peroxidation, which developed exponentially during treatment. The ONPG (ortho-nitrophenyl-β-D-galactopyranoside) hydrolysis assay showed alterations in the course of treatment, indicating the increase in cell membrane permeability, allowing the free efflux of cytoplasm into the outer solution. The SDS PAGE (Sodium dodecyl sulfate – polyacrylamide gel electrophoresis) analysis showed that in the course of treatment the protein pattern did not alter significantly, with generally high levels of homology between the samples of the intact cells and the samples after each treatment.