Nanoteknolojik dezenfektanların heterotrofik biyofilmler üzerine etkisi

Amaç: Gümüş sülfadiazin ve benzalkonyum klorürmikroorganizmalara karşı etkin olduğu bilinen biyosidalajanlardır. Planktonik hücreler bu ajanlardan kolayetkilenmelerine rağmen biyofilm içindeki bakterileraynı kimyasallara karşı daha dayanıklı olmaktadırlar.Öte yandan, nano tanecikler üzerine fikse edilmişajanların ise biyofilm bakterilerine karşı antimikrobiyaletkinliğinin yüksek olduğu bildirilmektedir. Fakatnanoteknolojik dezenfektanların doz ve süresininbiyofilm bakterilerine etkileri değişiklik göstermektedir.Bu dezenfektanların püskürtüldüğü yüzeylerin tipi deetkinliklerini değiştirmektedir. Bu çalışmada, piyasayasürülecek olan nano partiküllere immobilize edilmişgümüş sülfadiazin ve benzalkonyum’un yüzeyleretutunma yeteneklerinin ve biyofilm tabakası üzerineetkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır.Yöntem: Paslanmaz çelik kuponlar üzerine üreticifirmadan temin edilen nano benzalkonyum klorür venano gümüş sülfadiazin püskürtülüp 24 saat kürleşmesibeklenmiş, ardından kuponlar biyofilm reaktörünekonulmuştur. Birer aylık aralıklarla bu yüzeylerde oluşanbiyofilm tabakasındaki bakteri sayıları, dezenfektanile kaplanmamış kontrol kuponlarıyla kıyaslanarakincelenmiştir. Doğal şekilde oluşumuna imkân verilenbiyofilm içinde çoğalan bakteriler mikrobiyolojikkültür yöntemleri ile sayılmış, ayrıca ölü ve canlımikroorganizmaların sayıları DAPI – CTC boyama ileepifloresan mikroskopta sayıları tespit edilmiştir.Bulgular: Deney şartları altında mikrobiyal kültürve DAPI – CTC (ölü-canlı) boyama sonuçlarına göredeney kuponlarında anlamlı ölçüde düşük orandabiyofilm tabakası oluştuğu tespit edilmiştir. Ayrıca nanobenzalkonyum klorür, nano gümüş sülfadiazine kıyaslabiyofilm bakterilerine karşı anlamlı düzeyde daha etkilibulunmuştur.Sonuç: Nano benzalkonyum klorür ve nano gümüşsülfadiazin bileşiklerinin tutunduğu yüzeylerde biyofilmoluşumunu gözlemek ve bu sayede dezenfektanlarınantimikrobiyal yüzey oluşturmak amacıyla endüstrideve klinik alanlarda yer alması için sonuçlardeğerlendirilmiştir. Bu dezenfektanlar endüstriyelveya klinik ortamlarda sıkça kullanılmaktadır. Çalışmasonuçları üretici firmaya odaklanması gereken ürünhakkında önemli katkı sağlamıştır.

The efficacy of nanotechnological disinfectants on heterotrophic biofilms

ABSTRACT Objective: Silver sulfadiazine and benzalkonium chloride are biocidal agents known to be effective against microorganisms. Although planktonic cells are easily affected by these agents, bacteria in the biofilm are more resistant to the same chemicals. Agents fixed on nanoparticles are reported to have higher antimicrobial activity against biofilm bacteria. The effects of nanotechnological disinfectants on biofilm bacteria vary with dose and time. The type of surface on which these disinfectants are sprayed also changes their activity. The aim of this study was to investigate the ability of silver sulfadiazine and benzalkonium immobilized on nanoparticles to adhere to surfaces and their effect on biofilm. Methods: Stainless steel coupons were sprayed with nano benzalkonium chloride and nano silver sulfadiazine were air-dried to cure for 24 hours, then the coupons were placed into the biofilm reactor. Bacterial counts in the biofilm layer formed on these surfaces were compared at monthly intervals with control coupons. Bacterial biofilms allowed to form naturally were analyzed by microbiological culture methods and number of live and dead microorganisms were determined by DAPI - CTC staining on epifluorescence microscope. Results: After the test periods, microbial culture and DAPI - CTC (live / dead) results were found significantly lower on disinfectant covered coupons. Furthermore, nano benzalkonium chloride was found to be significantly more effective against biofilm bacteria than nano silver sulfadiazine. Conclusion: The results were examined in order to observe biofilm formation on the surfaces covered with nano benzalkonium chloride and nano silver sulfadiazine compounds, to evaluate their use in industrial and clinical fields as effective disinfectants. Because these disinfectants are frequently used in industrial or clinical environments, results have made an important contribution to the manufacturer to focus on final version of the product.

PDF

___

1. Donlan RM, Costerton JW. Biofilms: Survival mechanisms of clinically revelant microorganisms. Clin Microbiol Rev, 2002; 15 (2): 167 – 93.
2. Donlan RM. Biofilm formation: a clinically relevant microbiological process. Clin Infect Dis, 2001; 33: 1387 – 92.
3. Donlan RM. Biofilm and device associated infections. Emerg Infect Dis, 2001; 7(2): 277 – 81.
4. Costerton JW, Lewandowski Z, Caldwell DE, Korber DR, Lappin-Scott HM. Microbial biofilms. Annu Rev Microbiol, 1995; 49: 711– 45.
5. Rai M, Yadav A, Gade A. Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials. Biotechnol Adv, 2009; 27: 76-83.
6. Çetin ET. Dezenfeksiyon, Antisepsi, Sterilizasyon, İstanbul Tıp Fakültesi Yayını, İstanbul, 1982.
7. Brycki B, Małecka I, Koziróg A, Otlewska A. Synthesis, structure and antimicrobial properties of novel benzalkonium chloride analogues with pyridine rings. Molecules, 2017; 22(1): doi:10.3390/ molecules22010130.
8. Domagk G. Eine neue klasse von desinfektionsmitteln. Dtsch Med Wochenschr, 1935; 61: 829 – 32.
9. Keen PL, Montforts MM. Antimicrobial resistance in the environment. John Wiley & Sons: Hoboken, NJ, USA. 2012.
10. Tezel U, Pavlostathis SG. Quaternary ammonium disinfectants: Microbial adaptation, degradation and ecology. Curr Opin Biotechnol 2015; 33: 296 – 304.
11. Hardwicke J, Azad S. Temporary henna tattooing in sibling an unusual chemical burn. Burns, 2006; 32:1064 – 65.
12. Bilgin M. Çeşitli dezenfektan maddelerin atık sulardan izole edilen mikroorganizmalar tarafından parçalanmasının araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Üniversitesi Sağlık Bilimleri Enstitüsü, 2011.
13. Özbakkaloğlu B. Hastane Ortamında Kullanılacak Yüzey Dezenfektanları, 3. Sterilizasyon, Dezenfeksiyon Kongresi, Samsun. Bilimsel Tıp Yayınevi, Ankara, 2003,131-8.
14. Houari A, Di Martino P. Effect of chlorhexidine and benzalkonium chloride on bacterial biofilm formation. Lett Appl Microbiol, 2007; 45(6):652-6.
15. Romanova NA, Gawande PV, Brovko LY, Griffiths M W. Rapid methods to assess sanitizing efficacy of benzalkonium chloride to Listeria monocytogenes biofilms. J Microbiol Meth, 2007; 71: 231-37.
16. Erbay A, Ergönül Ö, Esener H, Colpan A, Dokuzoğuz B. Hastane kökenli metisilin direncli Staphylococcus aureus, Acinetobacter spp. ve Pseudomonas aeruginosa suşlarının çeşitli dezenfektanlara karşı direnci. Hastane Enfeksiyonları Dergisi, 2002; 6: 191- 4.
17. Gultz J, Do L, Boylan R, Kaim J, Scherer W. Antimicrobial activity of cavity disinfectants. Gen Dent, 1999; 47(2): 187-90.
18. Özel E, Yurdagüven H, Say EC, Kocagöz S. Fosforik asit ve dezenfektan solüsyonların Streptococcus mutans’a karşı antibakteriyel etkisinin saptanması, Hacettepe Diş Hek Fak Derg, 2005; 29(4): 8-14.
19. Türkün M, Türkün LS, Ateş M. Antibacterial activity of cavity disinfectants, Balk J Stom, 2004; 8(3): 214-19.
20. Romanova N, Favrin S, Griffiths MW. Sensitivity of Listeria monocytogenes to sanitizers used in the meat processing industry, 2002; Appl Env Microbiol, 68: 6405–9.
21. Romanova NA, Wolffs PFG, Brovko LY, Griffiths MW. Role of efflux pumps in adaptation and resistance of Listeria monocytogenes to benzalkonium chloride. 2006; Appl Env Microbiol, 72: 3498–3503.
22. Kut D, Güneşoğlu C. Nanoteknoloji ve tekstil sektöründeki uygulamaları. Tekstil & Teknik, 2005; 1: 224-30.
23. Ersan I, 2007. Sigorta sektörü nanoteknoloji devrimine hazır mı? 1 Mart 2017. http://nano. bilkent.edu.tr/docs/Best_dergisi.pdf.
24. Şam M, Denkbaş B. Temizlik konusunda nanoteknolojik yaklaşımlar. Standart Dergisi, 2010; 49(580): 53-57.
25. Lebaron P, Trousselier M. Got Accuracy of epifluorescence microscopy for direct estimates of bacterial numbers. J Microbiol Meth, 1994; 19: 89-94.
26. Dubois M, Gilles KA, Hamilton JK, Rebers PA, Smith F. Colorimetric method for determination of sugars and related substances. Anal Chem, 1956; 28; 350- 6.
27. Gökçe Y. Nanoteknolojik dezenfektanların etkinliği ve biyofilm üzerine etkisi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2017.
28. Çetinol B, Türetgen İ. Nano gümüş sülfadiazin ve nano benzalkonyum klorür dezenfektanlarının planktonik bakterilere ve biyofilm tabakasına etkinliğinin incelenmesi. Iğdır Üni Fen Bil Enst Der, 2017; 7: 79-85.
29. Boe-Hansen R, Albrechtsen HJ, Arvin E, Jorgensen C. Dynamics of biofilm formation in a model drinking water distribution system. J Wat Supply, 2002; 51: 399-406.
30. Türetgen İ. Reduction of microbial biofilm formation using gydrophobic nano-silica coating on cooling tower fill material. Water SA, 2015; 41, 295-9.
31. Boe-Hansen R, Albrechtsen HJ, Arvin E. Biofilm in medicine, industry and environmental biotechnology. IWA Publishing, USA, 2003.