Wpływ biofilmu na namnażanie się bakterii Legionella

Obecny w instalacjach wodnych biofilm zwiększa ryzyko namnażania się bakterii w instalacjach, w tym szczególnie bakterii Legionelli. Biofilm może mieć również niekorzystny wpływ na wymianę ciepła i działać jako katalizator procesów korozji.

Co to jest biofilm

Myśląc o występowaniu mikroorganizmów w systemach wodnych, często wyobrażamy sobie bakterie, które są przenoszone z instalacji,przez strumień wody, do kranu. Dotyczy to jednak około 10% bakterii. Pozostałe 90% bakterii żyje i namnaża się na mokrych i śliskich ścianach rur.

Te śliskie warstwy powierzchniowe powstają przez osadzanie się różnych bakterii na powierzchniach uwalniających polisacharydy. Powierzchnie wykazują wyższe stężenie składników odżywczych niż ich otoczenie, właśnie przez obecność kolonii bakterii.

Otoczka polisacharydowa wokół biofilmu wraz z białkami, kwasami nukleinowymi i lipidami tworzy rodzaj powłoki zwanej matriks.

Legionella w biofilmie pod mikroskopem

Matriks zapewnia biofilmowi pewną stabilność mechaniczną, która umożliwia zakotwiczenie poszczególnych komórek. Biofilmy obejmują bakterie, pierwotniaki i glony. Biofilm jest wszechobecny. Można go znaleźć w prawie wszystkich systemach wodnych, kranach, słuchawkach prysznicowych, zbiornikach. Najbardziej ryzykownymi miejscami są klimatyzatory, fontanny wodne i obiekty szpitalne.

Dlaczego biofilm stanowi ryzyko dla wody?

Główne ryzyko biofilmu polega na tym, że tworzy on barierę, schronienie przed dezynfekcją i produktami biobójczymi, których zadaniem jest likwidacja i zniszczenie bakterii. Biofilm umożliwia namnażanie się w nim bakterii Legionella i innych patogenów. W przypadku braku eksploatacji systemów wodnych biofilmy mogą wzrosnąć do takich rozmiarów, że mogą zatykać te części instalacji, w których woda nie krąży wystarczająco (martwe odcinki). Części biofilmu mogą również zapychać różne filtry i złączki.

Ilustracja Legionelli żyjącej i rozmnażającej się w biofilmie

Nagromadzenie się biofilmu może również mieć niekorzystny wpływ na wydajność przepływu ciepła i działać jako katalizator procesów korozji.Ponadto badania sugerują, że bakterie Legionella, które pochodzą z biofilmów, są bardziej agresywne i charakteryzują się większą zdolnością do infekowania.

Powyższe czynniki mogą znacznie zwiększyć ryzyko choroby legionistów, a konsekwencje dla zdrowia publicznego mogą być poważne.

Mniej więcej co dziesiąta osoba zarażona chorobą legionistów umiera. W przypadku infekcji w placówkach opieki zdrowotnej, w których szczególnie narażone są osoby przyjmujące leki immunosupresyjne, umiera nawet co czwarta osoba. Zakładom, obiektom i budynkom, w których kontrola wykaże zakażenie bakteriami Legionella, grożą grzywny, sprawy sądowe oraz kary więzienia dla odpowiedzialnych osób.

Biofilm, a badania wody na obecności bakterii Legionella

Tylko około 10% legionell żyje w wodzie przepływającej przez system, 90% znajduje się w osadach i warstwach biofilmów. Legionella pneumophila ma dwie odrębne fazy w swoim cyklu życiowym: fazę replikacji, w której się rozmnaża, oraz mobilną, rozproszoną fazę, poruszając się swobodnie w systemie wodnym szukając nowego żywiciela.

Jeśli do systemu nie zostanie dodany żaden biologiczny środek dyspergujący, legionella będzie się namnażać, dopóki nie wyczerpie niezbędnych dla siebie składników odżywczych (związków żelaza, zmętnienia i zawiesiny w ciepłej wodzie). Kiedy tak się stanie, bakteria powraca do fazy rozproszonej i mobilnej, przedziera się przez ścianę komórkową ameby i szuka nowego gospodarza.

Może to mieć poważne konsekwencje dla oznaczania bakterii Legionella w obiegach wody pitnej, ponieważ tylko około 10% całkowitej liczby bakterii Legionella występuje w wodzie swobodnie. Całkowita ilość bakterii w systemie może tak być dużo większa.

Jak zapobiec wzrostowi biofilmu w instalacjach

Biofilmy są bezpośrednio przystosowane do ochrony bakterii i dlatego są trudne do całkowitego wyeliminowania. Istnieją jednak środki, które można zastosować w celu ograniczenia ich wzrostu i ochrony technologii przed ryzykiem chorób użytkowników systemów wodnych spowodowanych chorobą legionistów.

Niewystarczająca cyrkulacja wody

Niski przepływ wody w systemie wspomaga wzrost biofilmu i kolonizację legionelli. Usuwanie „martwych odcinków” i eliminacja odcinków, które nie są eksploatowane prowadzi do ograniczenia wzrostu biofilmu i bakterii. Cały system wodny należy starannie wyregulować, aby nie dopuścić do istnienia miejsc zastoju wody.

Bezpieczne materiały

Do budowy systemów wodnych używać materiałów, które nie są korzystne dla namnażania mikroorganizmów (najbardziej ryzykowna jest guma, mniej ryzykowne są tworzywa sztuczne, a najbardziej bezpieczna jest miedź). W przypadku tworzyw sztucznych w wodzie miękkiej do średnio twardej biofilmy pokrywają od 25 do 43% powierzchni. Dla miedzi to tylko do 2% powierzchni.

Jak pozbyć się Legionelli i innych mikroorganizmów w systemach wodnych

Jeśli legionella jest już obecna, systemy wodne można dezynfekować różnymi środkami biobójczymi, jonizacją miedzi i srebra, dezynfekcją termiczną lub UV. Podstawą dezynfekcji termicznej jest wzrost temperatury wody w systemie do minimum 70°C. Na przykład dezynfekcja wodą o temperaturze 70°C przez 72 h z 20-30 minutowym płukaniem obniży ilość kontaminacji miejsc wylotowych do 0, ale po tygodniu wróci do 10%, po miesiącu od przeprowadzenia operacji nawet do 30-40%. Promieniowanie UV działa bardzo dobrze w przypadku eliminacji legionelli, ale jest skuteczne tylko przy włączonej lampie UV i wymaga czystej wody. Wadą dezynfekcji lampami UV jest również jedynie miejscowe działanie.

Najbardziej niezawodną i sprawdzoną metodą jest chemiczna dezynfekcja wody za pomocą chloru, ozonu lub popularnego dwutlenku chloru (ClO2). Można go dozować do zimnej i ciepłej wody i ma dłuższy efekt w porównaniu z chlorem, podchlorynem, ozonem lub promieniowaniem UV.

Ogromną zaletą dwutlenku chloru jest to, że przenika on również do biofilmu i odległych części systemu wodnego. Bakterie są niszczone znacznie bardziej efektywnie niż w przypadku innych metod.

Żródła:

• www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/2018/biofilmy
• www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3856027/#b16-ijms-14-21660
• www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/legionellosis
• www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3856027/#b17-ijms-14-21660
• asu.pure.elsevier.com/en/publications/survival-and-nutritional-requirements-for-legionella-in-environme
• www.clo2.cz