仕上げ(これは酪農、食品、および製薬用途にとって衛生的と考えられる)は細菌をかくまうのに十分の大きさの掻き傷を持つ。RMS(320-gritは注射用の水に典型的であるが、約一つの細菌細胞の深さの傷しかない。表面を電気研磨すると細胞の大きさに相当するわずかな表面変動しかなくなる。図7.緑膿菌細胞の大きさといくつかの典型的ステンレス・スチール表面との比較図。図8と9は180-gritステンレススチール表面上の緑膿菌細胞の実際の写真である。これらの写真に見られる細菌細胞と表面の傷の相対的な大きさは図7の1801gritプロファイルに似ている。研磨跡に沿って集まる傾向にあることに注目。1996)図9.図8.と同じ180grit表面であるが、5000倍写真。割れ目が細菌を収容するのに十分大きいことに注目。1990)フラッシングは自動給水システムにおいてバイオフィルムの厚さを制限する。先に考察したように、フラッシングによるかきとる力はパイプの中央の乱流中にまで伸びるバイオフィルムを脱落させる。それゆえに、バイオフィルムの最大の厚さは特定流速におけるラミナー層とほぼ同じである。パイプにおけるいろいろな流速に対するラミナー層のおおよその厚さを示している。gpmでフラッシングされている。これは平均2フィート/秒の流速である。ミクロンに制限されなければならない。フィート/秒の流速である。5フィート/秒では、バイオフィルムの厚さは約50ミクロンに制限されなければならない。配管におけるいろいろなフラッシング速度での最大のバイオフィルム厚さを示している。バイオフィルムの厚さも利用できる栄養によって制限を受けるので、平衡の厚さは栄養がフラッシング速度によって制限さえされればそれ以下になることを銘記されたい。緑膿菌の個々の細胞とバイオフィルムの厚さを比較し、バイオフィルムが細菌の多くの層を持っていることに注意しよう。表面仕上げにおける不規則性は最大可能なバイオフィルムの厚さに比べて小さいことにも注意しよう。1990):表面に付着する細菌の最大数は表面の粗さには関係ない。嫌気性の表面条件バイオフィルムの外表に近い好気性菌は酸素を消費する。バイオフィルムが十分に厚いと、酸素はパイプ表面で枯渇するので、嫌気環境になる。嫌気性の表面条件は腐食問題が多くなるので望ましくない。ミクロン内で桔渇することを示唆している。バイオフィルム内への酸素勾配の深さは大量の水の中の酸素含量、水温および水流によって変化するが、これによって酸素がどこまで拡散キるかについておおざっぱな考えが得られる。130ミクロンの深さまで増加する。この間接的証拠は、栄養の剥脱でなく一酸素の剥脱が緑膿薗の垂直的発育を制限することを示唆している。ミクロンの厚さで嫌気性ゾーンを持つ。O-リングパイプジョイントやねじ切り付属品はもっと深いバイオフィルムを持ち嫌気性ゾーンを持ちやすい。パイプの内部直径およびO-ジョイントリングの割れ目と比較したバイオフィルムの最大の厚さバイオフィルムの厚さはフラッシングによってのみ減らすことができ、栄養あるいは消毒の影響を受けないことに注目しよう。パイプのラミナー亜層の厚さの比較図。表面のプロファイルおよび緑膿菌細胞(底の左右)んの大きさとを比較せよ。配管の壁におけるバイオフィルムの最大の厚さを見ることである。O-リングジョイントの断面を示している。O-リングジョイントの割れ目にできるバイオフィルムの深さと比較しても小さい。細菌の表金属表面上の微生物細胞の物理的存在は、その代謝活動とともに、微生物学的な影響による腐食(MIC)すなわち生物腐食を起こす。細菌によって起きる腐食の形態は独特ではない。ストレス腐食クラッキング、および付着物が腐食を起こす。以下のメカニズムは生物腐食の原因の一部である。図12.細菌による非均一性(寄せ集めの)コロニー形成の結果として差別的曝気細胞ができる。この図はバイオフィルムの下の酸素桔渇によるビットの始まりを示す。(Borenstein1994)バイオフィルムの不均一な(寄せ集めの)コロニーの結果として、通気差異細胞ができる。そこでは、呼吸しているコロニーの下のエリアが周りのコロニーのないエリアと比較して酸素が枯渇している。金属上の2つの位置における異なる酸素濃度のために、電位差ができ、その結果として腐食が起きる。好気性条件下では、呼吸しているコロニーの下のエリアは陽極になり周りのエリアは陰極になる。ステンレススチールの保護フィルムステンレススチールの表面における酸素枯渇によって保護受動フィルムが破壊される。ステンレススチールは腐食に抵抗するために安定な酸化物フィルムに頼っている。おける酸素桔渇は硫黄還元細菌(SRB)のような嫌気性菌が発育するための条件もつくる。このグループの細菌は生物腐食の最も頻繁な原因の一つである。これらの細菌は硫黄を還元して硫化水素をつくり、硫化水素は金属と反応して腐食産物としての金属硫化物をつくる。バイオフィルムの外表に近い好気性菌は酸素を消費し、金属表面における硫黄還元細菌に適した生息地を作り出す。硫黄還元細菌は、配管のデッドレッグのような、よどんでいるエリアにトラップされた水の中で発育することができる。硫黄還元細菌の影響を受けた腐食の徴候は硫化水素(腐った卵)臭、水の黒色化、そして黒色の沈着物である。黒色の沈着物は主として硫化鉄である。活性を抑えるための1つの方法はその必須栄養素すなわち燐、窒素および硫黄の濃度を減らすことである。必要とするバイオフィルム中の好気エリアが少なくなる。別の腐食メカニズムは細菌の代謝の副産物にもとづく。細菌は有機酸や無機酸のような、攻撃的な代謝物を産生する。細菌によって産生される酸類は金属表面から酸化物(受動膜)を溶解し陰極反応速度を速めることによって腐食を促進する。多くの微生物は炭水化物発酵の産物として水素ガスを産生する。水素ガスは金属の中に拡散し、水素脆化を起こす。鉄細菌Gallionella,Sphaerotilus,Leptothrix,およびCrenothrixのような鉄酸化細菌は可溶性の第一鉄(Fe2+)形態から鉄を酸化して不溶性の第二鉄(Fe3+)形態に変化させる好気性の糸状菌である。溶解した第一鉄は入ってくる供給水か金属表面のいずれかから得られる。これらの細菌が産生する第二鉄イオンは塩素イオンを惹き付け、オーステナイト・ステンレススチールを攻撃する塩化第二鉄沈着物を産生する。オーステナイト・ステンレススチール上の鉄細菌では、沈着物は典型的に褐色か赤褐色のマウンドである。このページのTOPへバイオフィルムの消毒方法バイオフィルムは化学処理または物理的処理によって除去および/または破壊することができる。化学的殺菌剤は2つの大きなグループに分けられる。物理的処理には機械的なかきとりと熱湯が含まれる。Mittelman(1986)による論文は、純水システムにおける生物汚染の処理に関して包括的な情報を与えてくれる。知りたい場合はこの論文を参照のこと。オゾンの用量は10・50mg/Lであるが、水中の残存レベルは1-2mg/L酸化性殺菌剤Mittelmanは等しいm/Lベースで純水システム中の酸化性殺菌剤の有効性は以下の順で減少するといっている。塩素Mittelman(1990)によれば、“塩素はすべての酸化性および非酸化性殺菌剤のうちでおそらく最も効果的で最も廉価である。”付着バイオフィルムに対する塩素の活性は特別に高い;浮遊細菌およびバイオフィルム細菌を殺すばかりでなく、塩素はポリサッカライド膜と表面へのその付着物と反応し破壊もする。細胞外ポリマーを破壊することによって、塩素はバイオフィルムの物理的統合性を解体する。Characklis(1990)は下記の手段を取ることによって塩素処理プログラムを改善するように推奨している。水-バイオフィルム・インターフェースにおける塩素濃度を増やす塩素がバイオフィルム中に拡散するにつれて、塩素は細菌細胞および細胞外物質と反応して使い果たされる。低い塩素濃度では、バイオフィルム細菌は塩素がそれを通過して拡散するよりも速く細胞外物質を産生することができるので、細菌はスライム中に保護される。濃度を増やすことによって、塩素はより速くバイオフィルム中に拡散する。バイオフィルムを消毒するようなときには、低い塩素濃度で長時間作用させるよりも高濃度で短時間のほうが効果がある。水-バイオフィルム・インターフェースにおける液体刈り込みストレスを増やす塩素消毒とフラッシングを同時に行うとバイオフィルムによる塩素の取り込みが多くなり以下によりバイオフィルムの剥離が増える。バルク水からバイオフィルムへの塩素の移行が増える。塩素消毒中のバイオフィルムの崩壊によって新しいバイオフィルム表面が塩素攻撃にさらされる。粘桐なあるいはラミナー状の亜層の厚さが減るpHコントロールを用いる高いpHは、次亜塩素酸イオンによって促進される成熟バイオフィルムの剥離を容易にし、低いpHは薄いフィルムの次亜塩素酸消毒を高める。8におけるショック塩素処理を交互に行うことであると提案している。彼はこれを試験したとは言っていない。2酸化塩素2酸化塩素は塩素に似た消毒活性を持つ。これは不安定なので、現場で混合し調製しなければならない。塩素のように、2酸化塩素は金属を腐食する。注意深く取り扱わなければならない。オゾン酸化剤として、オゾンは同じ濃度で塩素の約2倍強力である。2酸化塩素のように、オゾンは反応性が高く比較的不安定なので現場で発生させなければならない。システムは適切なオゾン耐性の材料で設計しなければならない。mg/Lで持続的に用いられる。持続的に高濃度を用いても成功しない。これは、おそらく純水中のオゾンの溶解性に限界があるからであろう:高濃度のオゾン溶液をつくることは難しい(Miielman1986)。副産物を出さないので微量電気グレードの純水に殺菌剤として使われることが多い;過酸化水素は急速に水と酸素に分解する。容積比10%の純水溶液は浮遊細菌を殺すのに有効のようであるが、付着バイオフィルムに対する有効性についてもっと研究する必要がある(Miielman1986)。殺菌作用に加えて、第4級アンモニウム塩は効果的な界面活性剤/洗剤であり、このことはバイオフィルムの不活化と表面からの剥離に用いるさいに重要なファクターである。純水システムから除去するのにすすぎを十分にする必要があることが多いのですすぎ性が問題である。フォルムアルデヒドフォルムアルデヒドは製薬グレードのシステムに応用されてきた。ステンレススチールに対しては比較的非腐食性である。バイオフィルムに対する有効性は疑問であり、発癌性がある。陰イオンおよび非イオン界面活性剤これらの界面活性剤あるいは洗剤の純水システムにおける細菌に対する殺菌作用は限られている。水システムでは細菌を殺すために再循環熱湯ループ(80°C以上)が用いられる。Mittelman(1986)によれば、このようなシステムを持続的に用いれば浮遊細菌が殺され、バイオフィルムの発育が減る。定期的な熱湯消毒はバイオフィルム中の細菌を破壊するために用いることができるが、Collentro(1995)によれば、これには100分以上95°Cを必要とする。これは動物用の飲水システムでは実際的でない。機械的除去Mittelmanから:“重いバイオフィルムは化学品だけの使用では貯蔵タンク壁から除去することができない;機械的なかきとり、高圧スプレー、あるいはこの併用も必要である。バイオフィルムの配水システムからの機械的除去は実際的でない。’’ROシステムのメンテナンスには、我々は貯蔵タンクを慣例的にこすり洗いしないが、通常、貯蔵水に低濃度の塩素を持続的に用いているので、バイオフィルムは発育しない殺菌剤耐性ヒト、動物、および植物の病気にかかわる細菌と戦うために用いられる抗生物質とは異なり、細菌は工業用殺菌剤には同じタイプの耐性を発現しない。抗生物質と工業用殺菌剤との違いは、抗生物質が細菌細胞の上または中に少数の標的部位を持つのに対して、すべての酸化性殺菌剤は多数の潜在的標的部位を持つことである。塩素は100以上の潜在的標的部位を持つと考えられている。このような化合物に対して微生物が一般的な耐性を発現することは実質的に不可能である(Mittelman1986)。バイオフィルム中の細菌はスライムで保護されるので殺菌剤に耐性になることができる。バイオフィルムの回復(再発育)バイオフィルムを伴う細菌は浮遊微生物よりも殺したり表面から除去するのが困難である。Characklis(1990)によれば、数多くの研究者およびプラントオペレーターは“塩素処理ののちに即座に急速な生物汚染の再開のあること”を観察している。バイオフィルムの不完全除去によってその平衡状態に速やかに戻り消毒後の総菌数の跳ね返りを起こす。図13(Mittelman)は消毒後の典型的な再発育を示している。最初はバルク水中の菌数はゼロに落ちるが、徐々に増加し処理前のレベルまたは以下になる。この例において再発育は2日後に始まり20日後に平衡レベルに戻る。Industriesでの社内試験での結果と似ている。図13.消毒後にバイオフィルムが回復する例。菌数計算のためのサンプルは毎日採取。(Mittelman1986)Characklis(1990)によれば、バイオフィルムの回復は以下の1つまたはすべてに起因する。残ったバイオフィルムには十分な生菌が含まれているので再発育に遅延段階がない。このように、ショック塩素処理後のバイオフィルムの回復は清浄なパイプ上に初めて蓄積するよりも速い。表面に残ったバイオフィルムは清浄なパイプよりも表面を粗くする。粗い沈着物は表面を粘着性にし、水から細菌細胞や他の化合物を吸着しやすくなる。塩素は細胞外ポリマーを選択的に除去するがバイオフィルム細胞を除去しない。このように、残ったバイオフィルム細胞は塩素処理が終わったときには栄養素に以前よりも暴露されている。生き残った微生物は塩素による刺激に対する防衛反応としてより多くのスライム(細胞外ポリマー)をつくる。消毒剤に感受性の低い微生物の選択がある。通常、これは緑膿菌のような過剰のスライムを産生する微生物である。ケーススタディ:緑膿菌のための消毒選択1996年に長期試験のマウスが数匹死んだとき、この実験動物施設は原因はラックのマニホールド配管中に発見された緑膿菌であると疑った。再循環自動給水システムを1982年にインストールして以来初めて塩素消毒するまで水中に緑膿菌を同定したことがなかった。後にカーボンフィルターがあり3つの充填貯蔵タンクの前に脱イオンタンクがある。フィルターはRO水に多くの細菌を加えやすい。行われている栄養試験のために塩素は動物の飲水に使われていない。1つのタンクは非循環式で塩素処理のないラックマニホールドフラッシングに2週以上給水する。他の2つのタンクは再循環ループ式で自動給水システムに給水する。室内配管のフラッシングはなく、タンク水の入れ替え頻度は少ない。細菌検査:施設は飲水の細菌検査を定期的に行っている。貯蔵タンクから総菌数10,000-50,000cfu/mlを定期的に得ており、動物に健康問題が起きたことがない。総菌数が100,000cfu/mlを越えたときに、最初のシステム消毒を決断した。消毒:すべての動物ラックを取り外して20ppmの塩素に4時間浸した。菌数はその後2週間は非常に低かったが、その後増加した(消毒後の典型的再発育)。推察:塩素消毒は緑膿菌のような塩素耐性菌を選択的に促進した。緑膿菌はずっと存在しており、パイプとタンクの壁に付着している成熟バイオフィルムの中に保護されていたのであろう。20ppmのような低濃度での1回の消毒では100%の緑膿菌を殺しそうにない。消毒が自動化されていたら、自動給水システムはバイオフィルムが完全に回復する前に数日おきに簡単に再消毒できたであろう。細菌レベルの定常的モニタリングは実験動物の飲水の質モニタリングの必須部分である。水中の菌数測定の古典的方法は、プレートカウントを行うことである。これは培地の表面に一定量のサンプルを撒き一定時間後に発育する可視コロニー数をカウントする。プレートカウントは給水システムに存在する総菌数を低く見積もる可能性を認識しておかなければならない。多くの細菌はバイオフィルムの中にいる水のサンプルは浮遊細菌しか集めない。動物の飲水中の浮遊細菌はバイオフィルムから抜け落ちたものか入ってくるか供給水から通過してきたもののいずれかである。プレートカウント数が低かったら、給水システムの中に細菌が存在しないと思ってはならない。給水システムの中の細菌の99%以上は、パイプ表面に付着したバイオフィルムの中にいる。成熟バイオフィルムの統合性がフラッシングまたは消毒によって破壊されなかったならば、飲水中に多くの細胞を抜け落ちさせないが、そこにはいぜんとして存在する。“あなたが水のサンプルを採取するとき、システムの中の細菌の”迷子“だけをサンプリングしているのであって、主要な“群”をサンプリングしているのでぼない。”プレートカウントはすべての生菌を検出しないプレートカウントはサンプル中の細菌が特定の栄養培地に発育する能力に基づいている。細菌が一つの栄養で発育するとき明瞭なコロニーを形成する。理論的に、コロニーは単一の細菌細胞に由来する。細菌の過小評価には一つしかコロニーを形成しない細菌の塊によって起きることがある。生菌が栄養の乏しい純水中で非常に低いもう一つの理由は、その細菌が飢餓状態にあってリッチな栄養培地で発育できないことである。リッチな検査培地は高純度の水システム中に生きることに適応している細菌には有毒である。純水からの細菌の回収を高めるには、特殊培地(R2A寒天)、培養温度の低下、培養時間の延長が用いられることがある。粒子シャワーを理解する菌数測定の結果が非常に散漫に思えることがある。以下から数え切れないまで変動することがある。通常、菌数は低いがときどき高い菌数が現れる。この変動には、バイオフィルムが定期的に“脱落”し菌数を飛び上がらせることを理解することによって説明できることがある。Patterson(1991)によれば、“特定の位置におけるバイオフィルムの統合性の突然の破壊によって細菌と粒子のシャワーが時間的にランダムに起きる。“したがって、状況は、表面の滑らかさも、構造材料も、流速もいずれもバイオフィルムの形成を遅延ざせない。1994)我々は水を浄化して栄養を除去し、“この中では何物も生きられないだろう”という。細菌は栄養を濃縮するためにポリマー網を利用する。細菌は我々が測定できないような栄養で生きることができる。細菌はラミナー層の下に自分の粘着性のポリマーで表面に付着する。ラミナー層の下でははぎ取りの力が弱すぎて細菌を除去できない。細菌はスピーディーにそして必然的に付着する。我々は塩素で配管を消毒する。細菌はスライムの中に隠れているだから、解決策は何か?とにかく浄化する!浄化は栄養を、特に腐食問題を起こす硫黄還元細菌のような微生物のための栄養を多少とも制限する。栄養の乏しいRO水は水道水よりも細菌数が少ない。これは薄いバイオフィルムを意味する。動物はより高質の飲水を飲むことができる。フラッシングする定期的フラッシングはバイオフィルムの厚さを最小限にする。薄いバイオフィルムほど嫌気性ゾーンが少なく消毒剤が拡散してパイプ表面に達するまでの距離が短くなる。割れ目を最小限にする表面仕上げはバイオフィルムの付着に関するかぎりあまり問題ではないが、大きな割れ目をなくすることは(O-リングジョイントのように)消毒が困難で腐食性の高いバイオフィルムの深いポケットをなくする。電気研磨は耐腐食性を高める。日ごとに消毒することによって、ノックダウンできる。これは自動塩素またはオゾン消毒によってすることができる。一つの簡単な答はない。持続的な塩素レベルを給水に入れられなければ、併用戦略を採らなければならない。我々が持っているすべての武器を用いるならば、我々の顧客や実験動物のニーズを満足させる細菌学的水質をかならず得られるだろう。このページのTOPへリンク集インターネット上の他のサイトにバイオフィルムに関する情報があります。プログラムによって設立された。その任務はバイオフィルムのできるプロセスを理解し、コントロールし、そして利用するための基礎知識と教育を進めることである。クラブは英国に本拠をおくクラブで、オンラインのニュースレターや出版物を提供しています。クラブの目的は微生物が表面に付着すること、ついでバイオフィルムを形成すること、そしてバイオフィルムの生物学、コントロールおよび利用に関するサイエンスに関連する研究所見やアイデアのコミュニケーションと議論を深めることである。吸着ある物質が他の表面にくっつくときに起こる物理的プロセス。吸着は化学反応がなくて起きる物理的プロセスである。