Μελέτη της επίδρασης της θερμοκρασίας στην αδρανοποίηση βιοϋμενίων του παθογόνου Legionella pneumophila
Creators: name: Δίδος, Σπύρος Ιωάννη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2020
Subjects: Λεγεωνέλλα
Βιοϋμένια
Θερμική αδρανοποίηση
Legionella pneumophila
Biofilm
Thermal inactivation

description: Το βακτήριο Legionella pneumophila είναι ένα ευκαιριακό παθογόνο και ο πιο συχνά αναγνωρισμένος αιτιολογικός παράγοντας (90%) των περιπτώσεων λεγεωνέλλωσης. Είναι κοινός έποικος τόσο του φυσικού όσο και του ανθρωπογενούς υδάτινου περιβάλλοντος, όπου μπορεί να βρεθεί και σε βιοϋμένική μορφή. Τα βιοϋμένια είναι μία κοινότητα βακτηριακών κυττάρων που συγκρατούνται από μια εξωκυτταρική μήτρα, η οποία παράγεται από τους ίδιους τους μικροοργανισμούς. Στα κλειστά δίκτυα νερού των κτιρίων η L. pneumophila μπορεί να αποικίσει σε στερεές επιφάνειες και να σχηματίσει βιοϋμένια κυρίως σε δίκτυα ύδρευσης ζεστού νερού, πύργους ψύξης, βρύσες και κεφαλές ντους. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι απολύμανσης που περιλαμβάνουν φυσικά (π.χ. διήθηση μεμβρανών), θερμικά (π.χ. θερμική παστερίωση) και χημικά (π.χ. χλωρίωση) μέσα. Η θέρμανση του νερού διερευνάται ως ένα δραστικό μέσο για τον περιορισμό των βιοϋμενίων αυτών, ωστόσο, τα ποσοτικά δεδομένα σχετικά με την επίδραση της θερμοκρασίας στη θανάτωσή τους είναι περιορισμένα. Ο σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η διερεύνηση της επίδρασης της θερμοκρασίας ως μέσο αδρανοποίησης των βιοϋμενίων του παθογόνου L. pneumophila. Αρχικά πραγματοποιήθηκε η ανάπτυξη των βιοϋμενίων σε επιφάνειες από ανοξείδωτο χάλυβα σε φυσικό μεταλλικό νερό στα οποία ακολούθως εφαρμόστηκε θέρμανση σε διάφορες θερμοκρασίες για συγκεκριμένους χρόνους έκθεσης. Οι θερμοκρασίες στις οποίες μελετήθηκε η μικροβιακή συμπεριφορά ήταν οι 51, 53, 55, 57 και 59°C. Παρατηρήθηκε ότι τα αποτελέσματα χαρακτηριζόταν από σημαντική παραλλακτικότητα που πιθανά να σχετίζεται με την ίδια τη φύση του υπό μελέτη συστήματος. Από τα ευρήματα στις διάφορες θερμοκρασίες προέκυψε ότι η έκθεση των βιοϋμενικών πληθυσμών του παθογόνου σε όλες τις εξεταζόμενες θερμοκρασίες οδήγησε σε μείωση του πληθυσμού η οποία ήταν και μεγαλύτερη με αύξηση της θερμοκρασίας. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε σύγκριση στην αδρανοποίηση βιοϋμενικών και πλαγκτονικών πληθυσμών του μικροοργανισμού κάτω από τις ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας και παρατηρήθηκε ότι τα βιοϋμενικά κύτταρα της L. pneumophila παρουσίασαν μεγαλύτερη ανθεκτικότητα στις υψηλές θερμοκρασίες που εξετάστηκαν (59 και 57°C) από τα αντίστοιχα πλαγκτονικά κάτω από τις ίδιες συνθήκες θερμικής αδρανοποίησης. Αντίθετα, στις χαμηλότερες θερμοκρασίες (55, 53 και 51°C) η διαφορά στην ανθεκτικότητα βιοϋμενικών και πλαγκτονικών πληθυσμών μειώθηκε σημαντικά. Η μείωση αυτή θα μπορούσε να οφείλεται στο γεγονός ότι στις χαμηλότερες θερμοκρασίες η συνολική μείωση των πληθυσμών είναι μικρότερη και στην περίπτωση των βιοϋμενίων μπορεί να περιορίζεται στα λιγότερο ισχυρά προσκολλημένα κύτταρα που παρουσιάζουν παρόμοια συμπεριφορά με τα πλαγκτονικά. Τέλος, πραγματοποιήθηκε ενδεικτικά η προσαρμογή των δεδομένων σε πρωτογενή μαθηματικά μοντέλα αδρανοποίησης και έγινε η αρχή για την ανάπτυξη ενός δευτερογενούς μοντέλου, το οποίο θα μπορούσε να αποτελέσει βασικό εργαλείο για τον έλεγχο των βιοϋμενίων σε δίκτυα ύδρευσης κτιρίων. Οι μηχανισμοί με τους οποίους αδρανοποιούνται τα βιοϋμένια του συγκεκριμένου παθογόνου αλλά και αυτοί στους οποίους οφείλεται η αυξημένη ανθεκτικότητα τους δεν έχουν διευκρινιστεί πλήρως. Για το λόγο αυτό πρέπει να πραγματοποιηθούν επιπλέον μελέτες με στόχο την παροχή κατευθυντήριων γραμμών για την εκτίμηση και τον έλεγχο του κινδύνου της L. pneumophila
description: Legionella pneumophila is an opportunistic pathogen and the most commonly identified causative agent of the 90% of legionellosis cases. It is a common inhabitant of natural and anthropogenic freshwater environments, where it resides in biofilms. Biofilms are multicellular structures embedded within a self-produced extracellular polymeric matrix. In buildings water systems L. pneumophila can colonize solid surfaces and form biofilms in hot water networks, cooling-towers, taps and shower heads. There is a variety of disinfection methods involving physical (e.g., membrane ﬁltration), thermal (e.g., heat pasteurization), and chemical (e.g., chlorination) treatments. Thermal inactivation is under investigation as an active way to mitigate these biofilms, however, quantitative data on the effect of temperature on their elimination are limited. The objective of the study was to investigate the effect of temperature on the inactivation of L. pneumophila biofilms. At first, biofilms were formed on stainless steel coupons, in water, and then exposed to various temperatures for different times. The temperatures, at which the microbial behavior was studied, were 51, 53, 55, 57 and 59οC. It was observed that the experimental results were characterized by noticeable variability that may be related to the very nature of the system under study. The findings for all the temperatures tested showed that the exposure of the pathogen's biofilms led to a decrease in population which was greater with increasing temperature. In addition, a comparison was performed between the inactivation of biofilms and planktonic populations of the microorganism under the same temperature conditions and it was observed that L. pneumophila biofilms showed greater resistance to the high temperatures examined (59 and 57 ° C) than the corresponding platonic ones under the same conditions of thermal inactivation. In contrast, at lower temperatures (55, 53 and 51°C) the difference in the resistance of biofilm and planktonic populations decreased significantly. This reduction could be due to the fact that at lower temperatures the overall population decline is smaller and in the case of biofilms it may be limited to the less strongly attached cells that exhibit similar behavior to plankton. The results showed an increased resistance for the biofilms compared to planktonic cells at the higher temperatures tested. As the tested temperature decreased however, the later difference was limited. Τhe kinetic inactivation data were fitted to a primary inactivation models with an uppermost target of developing a secondary model, which could be a key tool for controlling biofilms in building water supply networks. Biofilms are structures with complicated mechanisms that make them more resistant than planktonic cells. Since these mechanisms have not been fully recognized, additional studies should be carried out to provide guidelines for assessing and controlling the risk of L. pneumophila