Kontekst badania
Instalacje ciepłej wody w budynkach użyteczności publicznej, a zwłaszcza w szpitalach, stanowią złożone środowisko, w którym rozwijają się biofilmy i liczne mikroorganizmy. Wśród nich znajdują się oportunistyczne patogeny, takie jak bakterie z rodzaju Legionella, Mycobacterium czy Pseudomonas, które mogą stanowić istotne zagrożenie dla osób hospitalizowanych, szczególnie pacjentów z obniżoną odpornością. Dotychczas stosowane metody dezynfekcji, na przykład dezynfekcja termiczna, nie zawsze przynoszą zadowalające efekty w redukcji liczby patogenów. Dlatego coraz częściej stosuje się dawkowanie monochloraminy bezpośrednio w instalacjach szpitalnych jako środek dezynfekcyjny, który ma ograniczać ryzyko kolonizacji układu przez Legionella pneumophila. Jednak wiedza na temat tego, jak takie postępowanie wpływa na całe społeczności mikroorganizmów, wciąż pozostaje niepełna.
Cele i hipotezy
Celem przedstawionych badań było określenie wpływu dawkowania monochloraminy na strukturę społeczności bakteryjnych i eukariotycznych w instalacji wody ciepłej w szpitalu, a także ocena zmian w ogólnych parametrach mikrobiologicznych, takich jak aktywność metaboliczna czy liczba komórek. Autorzy postawili hipotezę, że zastosowanie monochloraminy spowoduje gwałtowną zmianę dynamiki mikrobiologicznej systemu wodnego, prowadząc do redukcji ogólnego obciążenia mikroorganizmami, ale jednocześnie stwarzając warunki selekcyjne sprzyjające niektórym grupom bakterii.
Metody badawcze
Badania przeprowadzono w dużym szpitalu akademickim w Quebecu. Próbki wody pobierano zarówno z odległych punktów użytkowych, takich jak prysznice i umywalki, jak i z głównych części systemu ciepłej wody. Łącznie zgromadzono kilkaset próbek w okresie kilkunastu miesięcy, obejmującym fazę sprzed dawkowania, okres aktywnej dezynfekcji, przerwy w dawkowaniu i ponowne uruchomienie systemu. W próbkach oznaczano poziom ATP, liczebność całkowitą oraz liczebność komórek żywych metodami cytometrii przepływowej. Równolegle wykonano sekwencjonowanie fragmentów genów 16S i 18S rRNA, co pozwoliło na analizę składu bakteryjnych i eukariotycznych społeczności. Stosowano również metody biologii molekularnej umożliwiające oznaczanie obecności i liczebności patogenów z rodzaju Legionella, Mycobacterium i Vermamoeba.
Rezultaty badań i ich interpretacja
Wprowadzenie monochloraminy skutkowało znaczącym spadkiem ogólnej aktywności metabolicznej mikroorganizmów oraz obniżeniem liczebności komórek. Zmniejszenie poziomu ATP i liczby komórek całkowitych było szczególnie widoczne w pierwszych tygodniach dawkowania. W okresach przerw w stosowaniu środka liczebność komórek wzrastała, jednak odsetek komórek żywych był niski, co sugeruje, że dominowały komórki uszkodzone lub martwe.
Zmiany dotyczyły także struktury społeczności bakteryjnych. Zauważono wzrost liczby wariantów sekwencji, co oznaczało wzrost różnorodności gatunkowej, choć wiele nowo pojawiających się taksonów występowało w bardzo małych ilościach. Monochloramina sprzyjała dominacji proteobakterii, a szczególnie wzrostowi znaczenia takich rodzajów jak Sphingomonas, Acidovorax czy Phreatobacter. Sphingomonas, znana z wysokiej odporności na działanie monochloraminy, zyskiwała przewagę punktach odległych od punktów czerpalnych, co jest istotne klinicznie, gdyż niektóre jej gatunki mogą powodować infekcje.
Społeczności eukariotyczne również uległy znacznym zmianom. W okresie dawkowania liczba wariantów sekwencji wzrosła kilkukrotnie, a dominującą grupą stały się bruzdnice. Stwierdzono obecność ameb, które mogą pełnić rolę gospodarzy dla bakterii Legionella, choć stanowiły one niewielką część całej społeczności.
W analizie szczegółowej okazuje się, że choć monochloramina skutecznie redukowała poziom Legionella pneumophila, nie eliminowała innych gatunków, na przykład Legionella anisa, która wykazywała dużą odporność i pozostawała obecna przez cały okres badań. Wśród mykobakterii zdecydowanie dominował wariant sekwencji odpowiadający gatunkom z grupy Mycobacterium gordonae i Mycobacterium paragordonae, szczególnie w punktach o niskim przepływie i niższej temperaturze. Jego obecność była utrzymywana niezależnie od tego, czy monochloramina była podawana, czy też nie.
Wnioski
Monochloramina skutecznie ogranicza ogólne obciążenie mikrobiologiczne instalacji ciepłej wody w szpitalu i znacząco zmniejsza liczebność bakterii Legionella pneumophila. Jej działanie nie jest jednak neutralne dla całej społeczności mikroorganizmów. Presja selekcyjna prowadzi do zaniku części taksonów i jednocześnie do przetrwania oraz wzrostu udziału organizmów bardziej odpornych, w tym bakterii potencjalnie patogennych. Wyniki wskazują, że konieczne jest monitorowanie jakości mikrobiologicznej wody nie tylko przy użyciu wskaźników ogólnych, lecz także metod ukierunkowanych na konkretne patogeny.
Ograniczenia zakresu badawczego
Badanie miało pewne ograniczenia. Liczba skutecznie zsekwencjonowanych próbek różniła się w poszczególnych fazach, co mogło wpływać na porównywalność wyników. Zastosowana metoda sekwencjonowania ograniczała możliwości dokładnej identyfikacji gatunków. Ponadto badanie zostało przeprowadzone w jednym szpitalu o specyficznej infrastrukturze sanitarnej, co ogranicza możliwość pełnego uogólnienia wyników.
Artykuł opublikowano w Science of The Total Environment