Vedci zo švédskeho Lundu pred niekoľkými rokmi predstavili výsledky výskumu zaoberajúceho sa mikrobiálnym osídlením vodovodných potrubí. V článku prezentovali zistenie, že pohár pitnej vody obsahuje takmer desať miliónov baktérií
[1].Samozrejme, že baktérie sú všadeprítomné, a tak by nás ich výskyt v pitnej vode nemal prekvapiť ani znepokojiť. Prevažná väčšina z nich totiž ľudskému organizmu nijako neškodí. Napriek tomu neradno ich výskyt v rozvodoch nielen pitnej, ale aj úžitkovej vody podceňovať. Za určitých okolností totiž môže vzrásť ich koncentrácia a odtiaľ je už len kúsok k riziku nákazy a ohrozenia ľudského zdravia.
Ako žijú baktérie
Baktérie sú spájané s vážnymi ochoreniami: zápalom pľúc, cholerou, tuberkulózou alebo salmonelózou. Prví prírodovedci, ktorí baktérie skúmali, sa s nimi zoznamovali výlučne v planktonickej forme, keď sa tieto jednobunkové organizmy voľne pohybujú v tekutých médiách alebo v podobe kolónií rastúcich ako kopčekovité útvary na pevných pôdach. Najväčšími rezervoármi mikróbov sú pôda a voda. A najmä baktérie vo vode by ako individuálni jedinci mali len pramalú šancu na prežitie. Prevažujúci spôsob života úplnej väčšiny baktérií je veľmi odlišný od predstáv ich prvých pozorovateľov. Za to, že v nestabilných ekosystémoch dokážu dlhodobo prežiť, vďačia svojej jedinečnej vlastnosti: schopnosti tvoriť mnohovrstvové útvary, ktoré sa volajú biofilmy.
Biofilmy: bakteriálne veľkomestá
Biofilmy sú komplikované štruktúry vyššieho rádu. Baktérie majú na ich tvorbu celú zásobu „stavebných“ nástrojov a materiálov. K cieľovému miestu sa osamelý jedinec dopraví pomocou bičíka.
Bakteriálne bunky sú ďalej porastené drobnými výbežkami podobnými vláknam kefiek, fimbriami, prostredníctvom ktorých dokážu priľnúť k pevnému povrchu. Zároveň vylúčia množstvo extracelulárnych polysacharidov, fungujúcich ako tmel, ktorý umožní spojenie jednotlivých baktérií a zároveň ich vrstvenie.
Biofilm sa tak stáva doslova superorganizmom pretkaným množstvom prieduchov, dutín a kanálikov, ktorými dovnútra prúdia živiny a odchádzajú splodiny metabolizmu. Látkovú výmenu riadi dômyselný systém založený na signálnych molekulách. Hrúbka biofilmu môže dosahovať až niekoľko stoviek mikrometrov.
Ako biofilmy v rozvodoch vody vznikajú
S biofilmami sa stretneme v spracovateľskom a potravinárskom priemysle, v nemocniciach, kde kontaminujú lekárske prístroje a implantáty a najmä vo vodárenstve. Priľnutie k pevnému povrchu zaručuje istotu prežitia všade, kde voda prúdi. Vodovodné potrubie zanášajú kaly, materiál podlieha korózii a na stenách priľne vodný kameň. Najčastejšie je vodný kameň tvorený uhličitanom vápenatým, ktorého porézna štruktúra baktériám významne uľahčuje priľnutie na povrch potrubia.
Biofilmy potom kontaminujú pretekajúcu vodu, prispievajú ku korózii potrubných materiálov a veľké riziko predstavujú ich odlupujúce sa časti. Baktérie rastúce v biofilme sú oveľa odolnejšie voči účinkom dezinfekčných látok i zvýšenej teplote vody: tie totiž hubia len jedincov v povrchových vrstvách.
Škodia alebo neškodia?
Rozvody vody osídľujú tisíce druhov mikroorganizmov. Donedávna bola prevažná väčšina z nich taxonomom neznáma, pretože obrovské množstvo baktérií nemožno v laboratórnych podmienkach kultivovať. Dnes ich však možno rozlíšiť pomocou metód molekulárnej biológie, každý druh má totiž jedinečnú štruktúru DNA. V rozvodoch vody môžu rásť biofilmy relatívne neškodných rodov baktérií, napríklad Pseudomonas alebo Sphingomonas, ale aj baktérií spôsobujúce ochorenia: rody Legionella a Escherichia.
Zmäkčovanie vody môžu byť problematické
Takzvaná tvrdá voda, ktorá ohrozuje kvalitu a životnosť potrubia, je upravovaná pomocou zmäkčovačov, a to chemickou alebo fyzikálnou cestou. Zmäkčenie síce pomôže v boji s vodným kameňom, zároveň však zvyšuje riziká kontaminácie vody bakteriálnymi biofilmami. Problematické je potrebné pridávanie polyfosfátov do rozvodov úžitkovej vody. Nové experimenty medzinárodného výskumného tímu potvrdili teóriu, že polyfosfáty ľahko „strhnú“ vzniknutý biofilm a umožnia jeho ďalšiu migráciu vodovodným systémom. Toto je nebezpečné hlavne v prípade šírenia legionelly [2].
Výhľad do budúcnosti: Ako s biofilmami bojovať
Okrem klasických metód: chemická dezinfekcia, pridávanie inhibítorov korózie či zvýšenie teploty vody sa intenzívne pátra po materiáloch, ktoré korózii odolávajú, nepriľne na ne vodný kameň a zároveň nie sú príliš drahé. Vedci tiež hľadajú spôsob, ako pomocou prídavku určitých minerálnych zlúčenín aj napriek zmäkčovacím procesom zamedziť odlučovaniu biofilmov z potrubia.
Zatiaľ sa však ako najúčinnejšia metóda eliminácie baktérií v biofilme javí dezinfekcia vody oxidom chloričitým (chlórdioxid), ktorý vykazuje predĺžený reziduálny účinok, čo neplatí v prípade chlóru, ozónu, termodezinfekcie alebo v prípade UV žiarenia. Chlórdioxid preniká i do biofilmov a do odľahlých častí systému. Veľkou výhodou je, že pri jeho použití nevznikajú vedľajšie produkty chlóru. Účinnosť chlórdioxidu nezávisí na pH, odstraňuje inkrusty v rozvodoch, je vysokoúčinný proti rôznym typom mikroorganizmov aj pri veľmi nízkych koncentráciách (okolo 0,2 mg/l).
Zdroje:
1. Katharina Lührig, Björn Canbäck, Catherine J. Paul, Tomas Johansson, Kenneth M. Persson,
Peter Rådström: Bacterial Community Analysis of Drinking Water Biofilms in Southern
Sweden. Microbes and environments, 2015; 30 (1): 99
2. Yun Shen, Pin Chieh Huang, Conghui Huang, Peng Sun, Guillermo L. Monroy, Wenjing Wu, Jie
Lin, Rosa M. Espinosa-Marzal, Stephen A. Boppart, Wen-Tso Liu, Thanh H. Nguyen. Effect of
divalent ions and a polyphosphate on composition, structure, and stiffness of simulated
drinking water biofilms. npj Biofilms and Microbiomes, 2018; 4 (1)