Model şebeke su boru sisteminde oluşan biyofilmdeki bakteriler üzerine kısa süreli kurumanın etkisi
The effect of short-time drying on bacteria related with biofilm formed in model water pipe rig system
Yazar: SÜLEYMAN HOCA
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ESRA İLHAN SUNGUR
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
İçme ve/veya kullanma sularının yeterli miktarda, istenilen basınçta ve kullanılabilir bir kalitede tüketiciye ulaştırılması amacıyla, çeşitli ebat ve özelliğe sahip borulardan oluşan su dağıtım sistemleri kullanılmaktadır. Suyun tasfiye tesislerinden çıkıp kullanıcıya ulaşana kadar mikrobiyolojik kalitesinin korunması oldukça güçtür. İçme ve/veya kullanma sularının mikrobiyolojik kalitesinin korunamamasındaki başlıca neden boruların iç yüzeylerinde oluşan biyofilm tabakasıdır.Biyofilm tabakası Shigella, Salmonella, Yersinia enterocolitica, Campylobacter jejuni ve Escherichia coli O157 gibi patojen bakterilerin yanı sıra hem insanlarda ülseratif kolite, septisemiye ve karaciğer absesine yol açan hem de metal yüzeylerde korozyona neden olan sülfat indirgeyen bakterileri de (SRB) barındırabilmektedir. Biyofilm tabakasının temel bileşeni olan hücre dışı polimerik maddeler (Extracellular Polimeric Substances-EPS) bakterileri başta kısa süreli kuraklık olmak üzere antibakteriyel ajanlar ve besinsizlik gibi negatif etkilere karşı da korumaktadır.Su dağıtım sistemlerindeki boruların çatlaması, kırılması ya da tamir amaçlı suyun kesilmesi durumlarında sistemdeki biyofilm ile ilişkili bakteriler suyun ortamdan çekilmesi ile kısa süreli kuruluğa maruz kalmaktadırlar. Bakterilerin kuruluk karşısında nasıl davrandıkları, tolerans gösterebilen bakterilerin bunu nasıl, hangi koşullarda ve ne kadar süreyle yapabildikleri henüz tam olarak açıklığa kavuşturulamamıştır.Bu tezdeki hedeflerimiz; polipropilen su borularında biyofilm oluşumunu gözlemek, maksimum 72 saatlik kuruluğun biyofilmle ilişkili olan aerobik ve anaerobik heterotrofik bakteriler ile birlikte SRB üzerine etkisini belirlemek ve ek olarak model sistemden geçen şehir şebeke suyunun mikrobiyolojik kalitesi ve fiziko-kimyasal parametreleri hakkında fikir sahibi olabilmektir.Bu çalışmada, dokuz ay boyunca model su borusunun iç yüzeylerinde biyofilm tabakasının oluşumuna olanak sağlanmıştır. Aylık olarak elde edilen boru kesitlerindeki biyofilmler 6, 24, 48 ve 72 saatlik sürelerle kurumaya maruz bırakılmıştır. Bu biyofilm örneklerindeki SRB, aerobik ve anaerobik heterotrofik bakterilerin sayısı saptanmış, hücre dışı polimerik maddelerin toplam karbonhidrat miktarı ölçülmüş ve taramalı elektron mikroskobunda (SEM) incelemeleri yapılmıştır. Ek olarak, epifloresan mikroskopla doğrudan ölü/canlı bakteri sayıları tespit edilmiştir.Deney süresi sonunda polipropilen boruların iç yüzeylerinde ince bir biyofilm tabakasının oluştuğu gözlenmiştir. Aerobik heterotrofik bakterilerin sıcaklığın etkisiyle mevcut fakat kültüre edilemeyen (Viable But not Culturable-VBNC) faza girdikleri belirlenmiştir. Biyofilmin özellikle anaerobik bakterileri sıcaklık düşüşüne karşı koruduğu tespit edilmiştir. Karbonhidrat miktarının zamana ve sıcaklığa bağlı olarak anlamlı bir şekilde azaldığı saptanmıştır (sırasıyla, P<0.01, P<0.05). Model şebeke boru sisteminden geçen sudaki sülfat ve toplam çözünmüş madde miktarlarının tasfiye tesisi değerlerinden anlamlı olarak daha yüksek olduğu tespit edilmiştir.Kurumaya maruz bırakılmış biyofilm örneklerinden alınan SEM mikrograflarında, biyofilmde çatlakların oluştuğu gözlenmiştir. Kuruluk etkisiyle biyofilmdeki aerobik heterotrofik bakterilerin 6. saatten, sülfat indirgeyen bakterilerin ise 48. saatten itibaren azalmaya başladıkları tespit edilmiştir. Biyofilmin kuruluğa karşı anaerobik bakterileri aerobik bakterilere kıyasla daha fazla koruduğu saptanmıştır.

Abstract:
Water distribution systems which consist of pipes with various sizes and properties are used for transportation of potable and/or domestic water in sufficiently, at desired pressure and usable quality to the users. It is very hard to remain microbiological quality of water during transportation from water-treatment plant to the users. The main reason of no maintenance the microbiological quality of potable and/or domestic water is biofilm layer formation in the inner surfaces of the pipes.Biofilm layer can harbour pathogen bacteria such as Shigella, Salmonella, Yersinia enterocolitica, Campylobacter jejuni ve Escherichia coli O157, and also sulphate reducing bacteria (SRB) which can either cause ulcerative colitis, septicemia and liver abscess in humans or corrosion on metal surfaces. Extracellular polymeric substances which are the main component of the biofilm layer can protect bacteria especially from short-term drying and other negative effects such as antibacterial agents and nutrient starvation.When ruptures or breakages have occured at the pipes of water distribution systems, water is flowing-off from the pipes and therefore biofilm related bacteria expose to drying. For a while the behaviour is of bacteria against to drying, and also how, how long and in which conditions bacteria can tolerate drying have not been clarified yet.The aims of this thesis were to observe biofilm formation in polypropylene water pipes, to determine the effects of max 72 hours drying on aerobic heterotrofic bacteria, anaerobic heterotrofic bacteria and sulphate reducing bacteria that are related to biofilm, and additionally to had an idea about the microbiological quality and physico-chemical parameters of potable water passing through model system.In this study, biofilm formation was allowed for 9 months-period in a model water pipe rig system. Monthly, pipe segments were cut and biofilm samples were exposured to drying for 6, 24, 48 and 72 hours. The samples were analyzed for enumeration of aerobic heterotrophic bacteria, anaerobic heterotrophic bacteria and SRB, extracellular polysaccharide substances extraction, carbohydrate analysis and scanning electron microscope (SEM) observation. In addition, the number of live/dead bacteria was directly determined by epifluorescence microscopy.At the end of the experiment, it was observed that a thin biofilm layer formed on inner surfaces of the polypropylene pipes. It was determined that aerobic heterotrofic bacteria entered the viable but not culturable form (Viable But not Culturable-VBNC) because of the temperature effect. We detected that biofilm protected especially anaerobic bacteria against to decrease in temperature. It was established that carbohydrate amount significantly decreased with time and temprature (in order, P<0.01, P<0.05). It was determined that the amounts of sulphate and total dissolved solids amounts in the water passing through the model pipe rig system were higher than the amounts of the water-treatment plant.SEM micrographs obtained from the biofilm samples which were exposed to drying showed that there were ruptures on the biofilm layers. It was detected that the counts of aerobic heterotrophic bacteria and SRB in the dried biofilm samples decreased after 6 hours and 48 hours, respectively. Our results showed that biofilm was more protective on anaerobic bacteria against to drying than aerobic bacteria.