Integration of hygienically relevant bacteria in drinking water biofilms grown on domestic plumbing materials

Duisburg, Essen (2011), XVI, 179 Bl.
Dissertation / Fach: Chemie
Fakultät für Chemie
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2011
Abstract:
Biofilme in Trinkwasser-Installationen können ein Reservoir für hygienisch relevante Bakterien wie Pseudomonas aeruginosa, Legionella pneumophila und coliforme Bakterien darstellen. Die Auswahl der in der Trinkwasser-Installation eingesetzten Werkstoffe sowie ihre Beanspruchung durch Desinfektionsmaßnahmen („Alterung“) können möglicherweise die Einnistung hygienisch relevanter Bakterien in Biofilme beeinflussen. Die Anwesenheit von Amöben kann einen zusätzlichen Effekt auf die Einnistung und Vermehrung hygienisch relevanter Bakterien in Trinkwasserbiofilmen haben. In dieser Arbeit wurde die Einnistung von P. aeruginosa und L. pneumophila in Trinkwasserbiofilme auf unbehandelten und gealterten Werkstoffen der Trinkwasser-Installation untersucht. Es handelte sich um Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk (EPDM), silanvernetztes Polyethylen (PE-Xb), strahlenvernetztes PE (PE-Xc) und Kupfer. Die Alterung von EPDM, PE-Xb und PE-Xc bestand aus einer Behandlung mit Natriumhypochlorit bzw. Chlordioxid oder im Fall des Kupfers aus der Exposition in einem realen Trinkwasserverteilungssystem für mindestens 6 Monate. In Edelstahlreaktoren wurden Trinkwasserbiofilme auf Coupons dieser Werkstoffe angezüchtet und nach 14 Tagen mit P. aeruginosa, L. pneumophila und Enterobacter nimpressuralis (je 106 Zellen/mL) angeimpft. Nach Stagnation für 24 h wurden die Reaktoren für 4 Wochen mit Trinkwasser durchströmt. Die Gesamtzellzahl und Koloniezahl der Biofilme wurden bestimmt und die Diversität der Biofilmpopulationen wurde mit Hilfe der Polymerase-Kettenreaktion-Denaturierenden Gradientenelelektrophorese (PCR-DGGE) analysiert. Die Zielorganismen wurden mit kulturellen Standardverfahren sowie mit der kultivierungsunabhängigen Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) quantifiziert. Das Auftreten von Gesamtprotozoen und Amöben der Gattungen Acanthamoeba und Hartmannella wurde mittels FISH untersucht.
Nach 14 Tagen hatten sich Biofilme mit unterschiedlicher Zelldichte gebildet. Am höchsten war die Besiedlung auf EPDM, gefolgt von PE-Xb, PE-Xc und Kupfer. Die Diversität der Biofilmpopulationen war in Biofilmen auf Kunststoffen (EPDM, PE-Xb und c) größer als in Biofilmen auf Kupfer. Die Werkstoff-Alterung hat keinen Einfluss auf die Biofilmbildung und die Populationsdiversität der Trinkwasserbiofilme. Acanthamoeba spp. und Hartmannella spp. wurden in Biofilmen auf allen Werkstoffen nachgewiesen. P. aeruginosa persistierte für bis zu 28 Tage in Biofilmen auf EPDM und PE-Xb und c, konnte aber in Biofilmen auf Kupfer nicht nachgewiesen werden. L. pneumophila kolonisierte Biofilme auf allen Materialien und wurde noch 28 Tage nach Animpfen detektiert. E. nimipressuralis wurde in keinem der Biofilme nachgewiesen. Die desinfektionsmittel-behandelten Materialien zeigten in Bezug auf die Einnistung von P. aeruginosa und L. pneumophila keine deutlichen Unterschiede zu den unbehandelten Materialien. Mit der FISH-Methode wurden in vielen Fällen höhere Konzentrationen von P. aeruginosa und L. pneumophila nachgewiesen als mit kulturellen Verfahren. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass ein Teil der P. aeruginosa und L. penumophila Populationen im Biofilm in einen nicht kultivierbaren ("viable but non-culturable", VBNC) Zustand übergehen. Zusätzliche Untersuchungen mit P. aeruginosa Reinkulturen zeigten, dass Kupfer einer der Faktoren ist, der den Übergang in den VBNC Zustand in Trinkwasser und Trinkwasser-Biofilmen induzieren kann. Durch Kupfer gestresste und somit nicht kultivierbare planktonische und Biofilm-assoziierte P. aeruginosa konnten durch Zugabe des Chelators Diethyl-Dithiocarbamat wieder in einen kultivierbaren Zustand überführt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl die Besiedlungsdichte als auch die Entwicklung der Biofilmpopulationen materialabhängig stattfinden. Biofilmbildung und Populationsdiversität waren jedoch unabhängig von einer Material-Alterung. P. aeruginosa und L. pneumophila können sich in Trinkwasserbiofilme auf Materialien der Trinkwasser-Installation einnisten und dort persistieren. Eine Alterung der Werkstoffe durch die chemische Desinfektion (Behandlung mit Natriumhypochlorit oder Chlordioxid) oder Trinkwasser-Exposition hat keinen wesentlichen Einfluss auf die Einnistung der untersuchten hygienisch relevanten Bakterien. Die Anwesenheit von Amöben in Trinkwasserbiofilmen deutet darauf hin, dass diese Organismen im Biofilm mit hygienisch relevanten Bakterien in Wechselwirkung treten und als potenzieller Wirt für intrazelluläre Vermehrung dienen können. Dies wurde bereits in anderen Studien für L. pneumophila nachgewiesen. Ein Teil der Zielorganismen geht im Biofilm in einen nicht kultivierbaren (VBNC) Zustand über, in dem sie mit kulturellen Standardmethoden nicht nachgewiesen werden aber dennoch vorhanden sind und von hygienischer Bedeutung sein können.

Dieser Eintrag ist freigegeben.