Nebezpečí skryté v rozvodech vody: bakteriální biofilmy

,

Vědci ze švédského Lundu před několika lety představili výsledky výzkumu zabývajícího se mikrobiálním osídlením vodovodních potrubí. V článku prezentovali zjištění, že sklenice pitné vody obsahuje téměř deset milionů bakterií [1]. Samozřejmě, že bakterie jsou všudypřítomné, a tak by nás jejich výskyt v pitné vodě neměl překvapit ani znepokojit. Naprostá většina z nich totiž lidskému organismu nijak neškodí. Přesto není radno jejich výskyt v rozvodech nejen pitné, ale i užitkové vody podceňovat. Za určitých okolností totiž může vzrůst jejich koncentrace, a odtud je už jen kousek k riziku nákazy a ohrožení lidského zdraví.

Sklenice vody

Sklenice vody

Jak žijí bakterie

Bakterie jsou spojovány s vážnými onemocněními: zápalem plic, cholerou, tuberkulózou nebo salmonelózou. První přírodovědci, kteří bakterie zkoumali, se s nimi seznamovali výlučně v planktonické formě, kdy se tyto jednobuněčné organismy volně pohybují v tekutých médiích, nebo v podobě kolonií rostoucích jako kopečkovité útvary na pevných půdách. Největším rezervoárem mikrobů je půda a voda. A zejména bakterie ve vodě by jako individuální jedinci měly jen pramalou šanci na přežití. Převažující způsob života naprosté většiny bakterií je velmi odlišný od představ jejich prvních pozorovatelů. Za to, že v nestabilních ekosystémech dokážou dlouhodobě přežít, vděčí své jedinečné vlastnosti: schopnosti tvořit mnohovrstevnaté útvary, které se jmenují biofilmy.

Biofilmy: bakteriální velkoměsta

Biofilmy jsou komplikované struktury vyššího řádu. Bakterie mají k jejich tvorbě celou zásobu „stavebních“ nástrojů a materiálů. K cílovému místu se osamělý jedinec dopraví pomocí bičíku.
Bakteriální buňky jsou dále porostlé drobnými výběžky podobnými vláknům kartáčků: fimbriemi, prostřednictvím kterých dokážou přilnout k pevnému povrchu. Zároveň vyloučí množství extracelulárních polysacharidů, fungujících jako tmel, který umožní spojení jednotlivých bakterií a zároveň jejich vrstvení.

Biofilm se tak stává doslova superorganismem protkaným množstvím průduchů, dutin a kanálků, kterými dovnitř proudí živiny a odcházejí zplodiny metabolismu. Látkovou výměnu řídí důmyslný systém založený na signálních molekulách. Tloušťka biofilmu může dosahovat až několika stovek mikrometrů.

Biofilm

Biofilm

Jak biofilmy v rozvodech vody vznikají

S biofilmy se setkáme ve zpracovatelském a potravinářském průmyslu, v nemocnicích, kde kontaminují lékařské přístroje a implantáty a zejména ve vodárenství. Přilnutí k pevnému povrchu zaručuje jistotu přežití všude, kde voda proudí. Vodovodní potrubí zanáší kaly, materiál podléhá korozi a na stěnách ulpívá vodní kámen. Nejčastěji je vodní kámen tvořený uhličitanem vápenatým, jehož porézní struktura bakteriím významně ulehčuje přilnutí na povrch potrubí.

Biofilmy potom kontaminují protékající vodu, přispívají ke korozi potrubních materiálů a velké riziko představují jejich odlupující se části. Bakterie rostoucí v biofilmu jsou daleko odolnější vůči účinkům dezinfekčních látek i zvýšené teplotě vody: ty totiž hubí jen jedince v povrchových vrstvách.

Škodí nebo neškodí?

Rozvody vody osídlují tisíce druhů mikroorganismů. Donedávna byla naprostá většina z nich taxonomům neznámá, protože obrovské množství bakterií nelze v laboratorních podmínkách kultivovat. Dnes je však lze rozlišit pomocí metod molekulární biologie, každý druh má totiž jedinečnou strukturu DNA. V rozvodech vody mohou růst biofilmy relativně neškodných rodů bakterií, například Pseudomonas nebo Sphingomonas, ale i bakterií způsobující onemocnění: rody Legionella či Escherischia.

Změkčování vody může být problematické

Takzvaná tvrdá voda, ohrožující kvalitu a životnost potrubí, je upravovaná pomocí změkčovačů, a to chemickou nebo fyzikální cestou. Změkčení sice pomůže v boji s vodním kamenem, zároveň však zvyšuje rizika kontaminace vody bakteriálními biofilmy. Problematické je třeba přidávání polyfosfátu do rozvodů užitkové vody. Nové experimenty mezinárodního výzkumného týmu potvrdily teorii, že polyfosfáty snadno „strhnou“ narostlý biofilm a umožní jeho další migraci vodovodním řádem. Toto je nebezpečné hlavně v případě šíření legionell [2].

Výhled do budoucnosti: Jak s biofilmy bojovat

Kromě klasických metod: chemické dezinfekce, přidávání inhibitorů koroze či zvýšení teploty vody se intenzivně pátrá po materiálech, které korozi odolávají, neulpívá na nich vodní kámen a zároveň nejsou příliš drahé. Vědci také hledají způsob, jak pomocí přídavku určitých minerálních sloučenin i přes změkčovací procesy zamezit odlučování biofilmů z potrubí.

Prozatím se však jako nejúčinnější metoda eliminace bakterií v biofilmech jeví dezinfekce vody oxidem chloričitým (Chlordioxidem), který vykazuje prodloužený reziduální účinek, což neplatí v případě chlóru, ozonu, termodezinfekce či u UV záření. Chlordioxid proniká i do biofilmů a do odlehlých částí systému. Velkou výhodou je, že při jeho použití nevznikají vedlejší produkty chlóru. Účinnost chlordioxidu nezávisí na pH, odstraňuje inkrusty v rozvodech, je vysoce účinný proti různým typům mikroorganismů i při velmi nízkých koncentracích (kolem 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)

Zanechte komentář

Váš email nebude zveřejněn. Povinné pole jsou označené *