Dlaczego trudno usunąć złożone struktury bakterii biofilmu z infrastruktury dystrybucji wody.

Co to jest biofilm. Biofilm inaczej membrana, błona biologiczna, skupisko drobnoustrojów powstające na granicy ciało stałe-ciecz, ciecz-gaz czy ciecz-ciecz. Rzadko występują w postaci pojedynczych komórek tzw. planktonu, wykazują tendencję do łączenia. Najczęściej te skupiska w postaci membrany biologicznej przylegają do powierzchni stałych lub komórek innych organizmów. To wielokomórkowy twór złożony z drobnoustrojów jednego lub wielu gatunków czy rodzajów. Zdloność do tworzenia biofilmu mają różne mikroorganizmy w tym drobnoustroje chorobotwórcze. Obok bakterii - także grzyby, glony czy pierwotniaki wchodzą w skład biofilmu: wielokomórkowej struktury otoczonej warstwą śluzu. Rozwój biofilmu może przynosić korzyści i skutki negatywne. W środowisku bierze udział w wielu procesach mikrobiologicznych w przyrodzie, np.: samooczyszczanie się wód powierzchniowych, podziemnych, oczyszczanie ścieków na złożach biologicznych. Negatywne działanie biofilmu jest też powodem poważnych strat w gospodarce i rozprzestrzeniania się skażeń chorobotwórczych. Zasiedlanie przez biofilm sieci wodociągowej jest zagrożeniem dla konsumentów wody i wzmaga korozję mikrobiologiczną. Mikroorganizmy budujące biofilm są inwazyjne oraz mogą wywołać groźne zakażenia. Okazuje się, że błona biologiczna z mikroorganizmami jest odporna na działanie temperatury oraz środków stosowanych popularnie do dezynfekcji. Ich odporność bierze się z możliwości wewnętrznej komunikacji białkowej oraz związanej z tymi informacjami hibernacji. W przemyśle spożywczym jest to szczególnie groźne.

Powstawanie biofilmu jest procesem uwarunkowanym właściwościami tworzących go mikroorganizmów oraz właściwościami kolonizownych materiałów. Kolonizację ułatwia struktura powierzchni, jej uszkodzenia i chropowatość, np. Porowaty kamień kotłowy będący osadem z twardej wody. Przed zasiedleniem powierzchni chroni ciśnienie wody oraz częsty jej rozbiór w infrastrukturze dystrybucji wody. Gdy nie ma tych elementów gdy komórki zbliżają się do powierzchni na odległość mniejszą niż 1,5 nm dochodzi do nieodwracalnego wytworzenia specyficznych wiązań między zasiedlaną powierzchnią i występującymi na powierzchni komórek adhezynami typu flagelle, fimbrie, pile oraz polimery polisacharydowe. Podstawową rolę w tym procesie odgrywają polimery zewnątrzkomórkowe (ESP) tworzące glikokaliks, dzięki któremu możliwa jest adhezja komórek mikroorganizmów do różnych powierzchni z tworzyw sztucznych czy metali. Ta adhezja nieodwracalna umożliwia tworzenie mikrokolonii i dojrzewanie biofilmu. Drobnoustroje namnażają się i różnicują. We wnętrzu biofilmu jest ograniczony dostępu tlenu i zmienia się ich metabolizm - wzrasta aktywność beztlenowych szlaków metabolicznych (desulfurikacji, denitryfikacji i fermentacji), zahamowaniu ulega też synteza niektórych enzymów (np. proteaz, fosfolipazy C) oraz toksyn. Przez te zjawiska komórki bakterii biofilmu wykazują inne cechy od komórek wolno żyjących. Dochodzi do zmian genetycznych przekazywanych następnie komórkom sąsiadom lub potomnym. Dojrzała forma biofilmu otoczona jest grubą warstwą glikokaliksu, do którego wchłaniane są minerały, związki organiczne i inne drobnoustroje. Ostatni etap rozwoju biofilmu osiąga krytyczną grubość i przestaje utrzymywać istniejącą formę. Następuje migracja komórek z peryferyjnych części tego dojrzałego biofilmu do otoczenia. Prawdopodobnie dochodzi do degradacji polimerowej matrycy, aktywacji aparatów ruchowych i zmian fizjologicznych w komórkach umożliwiających ich egzystencję poza macierzystym biofilmem. W ten sposób biofilm przystosowuje się do zmian środowiskowych i oderwane komórki rozpoczynają proces kolonizacji nowych powierzchni.   

Mechanizmy odporności biofilmu.

usuwanie_kamienia_wodnego_kalcytu_z_twardej_wody_prysznic_skuteczny_filtr_do_twardej_wody_wroclaw_x200.jpg

Komórki mikroorganizmów zgromadzone w biofilmie są bardziej odporne na działanie czynników zewnętrznych od tych w postaci planktonu. Odporność ta wynika ze specyficznej struktury biofilmu. Komórki biofilmu są otoczone lepkim polimerem (EPS), który ogranicza dyfuzję groźnych dla struktury substancji oraz wysychaniem. W miarę dojrzewania biofilmu, następuje większy udział składników polisacharydowych w otoczce, zwiększając liczbę wolnych grup funkcyjnych co wiąże się ze wzrostem odporności mikroorganizmów. Odporność wynika z warunków życia wewnątrz biofilmu. Mniejsza zawartość tlenu, a w głębszych warstwach biofilmu nawet warunki beztlenowe. Część komórek przechodzi w stan anabiozy i metabolizm i namnażanie wewnątrz struktury biofilmu są zwolnione. Niektóre środki przeciwbakteryjne działają wyłącznie na komórki aktywne metabolicznie, przejście w fazę stacjonarną komórek w wewnętrznej strefie biofilmu jest związane ze zmniejszeniem ich wrażliwości na te popularnie stosowane substancje dezynfekujące. W dojrzałym biofilmie uruchamiane są także geny odpowiedzialne za syntezę enzymów rozkładających wolno dyfundujące substancje przeciwbakteryjne. Zagrożenia chorobowe spowodowane bakteriami, to znane wszystkim Legionelloza. Korozja biologiczna natomiast jest przyczyną niszczenia instalacji oraz niekontrolowanego zwiększonego stężenia metali rozpuszczonych w wodzie, co jest bezpośrednim zagrożeniem dla osób pijących wodę.

usuwanie_osadu_twardej_wody_twarda_woda_jaki_filtr_warszawa_x180.jpg

Wspomniana odporność biofilmu sprawia, że większość metod dezynfekcji instalacji wody jest nieskuteczna. Czasem zmniejsza zagrożenie, często hibernuje bakterie. 

Skuteczną walką jest profilaktyka, czyli dbanie aby osad z twardej wody w postaci kamienia kotłowego nie stał się siedliskiem skażeń chorobotwórczych w postaci biofilmu. Czas zasiedlenia tych osadów oraz ich rozległość generuje spore problemy z biofilmem. Dezynfekcja szokowa kwasem podchlorawym jest pierwszym etapem pozbywania się zanieczyszczenia biologicznego. HOCl jest ze swoim neutralnym ładunkiem w przeciwieństwie do -OCl koniem trojańskim wnikającym do wnętrza błony biologicznej. Metoda szybkiej dezynfekcji tzw. wypalenia. Udostępniamy procedurę i narzędzia. Również do samodzielnego wykonania dezynfekcji. Mobilny miernik ACTIW SD 60 w połączeniu z ACTIW WATER/LEGIONELLA pozwala na monitoring procedury i potwierdzenie usunięcia zagrożenia już w trakcie dezynfekcji. Skuteczne i szybkie (kilka godzin w zależności od wielkości instalacji wodnej oraz wartości skażenia) bezinwazyjne dla instalacji. Bez certyfikatów transportowych ADR, bezpieczne dla ludzi, zwierząt i roslin. Nie potrzeba też zaostrzonych przepisów BHP.

Actiw Legionella (1,9 MB)

Jak wygląda działanie generatora ACTIW IMPULS PRO. Usuwanie kamienia kotłowego pod mikroskopem. Pierwsza fotografia przed, druga po działaniu generatora. Kalcyt zamieniony na monokryształy, które nie osadzają się w infrastrukturze dystrybucji wody. 

Generator impulsowy serii IMPULS ACTIW PRO (3,5 MB)

W razie jakichkolwiek pytań, prosimy o kontakt: grzegorz@actiw.pl tel. +48 71 321 86 91