Microbiële karakterisatie van binnenhuis luchtstalen

Bacteriën in de lucht: schadelijk interessant!

Krachtige samenvatting:

De mens is er zich vaak niet van bewust dat de lucht een leefwereld is voor diverse organismen. Zo zijn bacteriën in de lucht vaak overvloedig aanwezig en kunnen binnen één kubieke meter lucht honderdduizenden microben teruggevonden worden. De interactie menselijke gezondheid versus bacteriën in de lucht kan zowel positief als negatief zijn. Over de ecologie, de diversiteit, de verspreiding en de interacties van bacteriën in de lucht is nog maar weinig geweten. In deze masterproef werd getracht meer inzicht te krijgen in de microbiologische luchtkwaliteit van verschillende binnenhuis stalen. Hierbij werden zowel luchtstalen van een standaard gezinswoning als van boerderijen (varkens- en koeienstal) onderzocht, vooral omdat bij deze laatste algemeen aanvaard is dat de microbiële luchtkwaliteit een belangrijk probleem kan vormen. In het onderzoek werd gekeken naar de teruggevonden bacteriële concentraties (aantal bacteriën per kubieke meter lucht), maar ook nog naar andere zaken zoals koloniemorfologie en pigmentatie.

Figuur 1: Foto van de staalnamen

Algemeen kader

De mens leeft in een intieme maar eerder onbewuste relatie met de lucht. Hierdoor wordt vaak vergeten dat lucht net zoals water en bodem een biologisch levende entiteit is. Door de gebrekkige kennis van lucht als biologische entiteit is er de laatste jaren een stijgende interesse ontstaan om deze te analyseren.

Luchtvervuiling is hierbij een vaak besproken problematiek.  Zo heeft luchtvervuiling een negatieve invloed op de gezondheid van mensen, planten en dieren. Een gevolg hiervan is de sterke opkomst van mensen met respiratorische aandoeningen zoals astma en allergieën.

Een belangrijke oorzaak van luchtvervuiling is de toenemende concentratie aan aerosolen die ervoor zorgen dat de luchtkwaliteit zowel binnen als buiten sterk achteruit gaat. Een aerosol bestaat uit een complex mengsel van vaste en vloeibare partikels, gesuspendeerd in de lucht. Het gedrag van deze partikels wordt voornamelijk bepaald door fysische, chemische en aërodynamische parameters. Fijn stof of ‘airborne particulate matter (PM)’ is de belangrijkste aerosolcomponent bij luchtvervuiling. Fijn stof bevat, door zijn dragende werking, verschillende polluenten die van biologische- en/of  chemische aard kunnen zijn. PM in het algemeen, en in het bijzonder PM10 (PM met 10 µm in diameter) en PM2.5 (PM met 2,5 µm in diameter), worden geassocieerd met allergische reacties, astma, respiratorische aandoeningen en zelf sterfgevallen. Deze komen vaak voort uit de drie belangrijkste oorzaken van chemische verontreiniging, namelijk industriële activiteiten, de verbranding van fossiele brandstoffen voor verwarming en energieopwekking en het gemotoriseerde verkeer.

Componenten van biologische aard zijn bijvoorbeeld: fungi, bacteriën, virussen, bestanddelen van fungi en bacteriën (zoals o.a. toxines) en plantaardig materiaal zoals bijvoorbeeld stuifmeel. Deze kunnen aanleiding geven tot tal van gezondheidsproblemen, zoals irritaties, infecties, toxische reacties en allergieën. Het is belangrijk dat de luchtkwaliteit van bepaalde omgevingen zoals bijvoorbeeld kantoorruimtes en ziekenhuizen gecontroleerd wordt op de aanwezigheid van schadelijke aerosolen.

Details

Concentraties van bacteriën in de lucht

Het onderzoek van deze masterproef toonde aan dat de bacteriële concentratie vooral in dierlijke stallen hoog lag. Hierbij werden concentraties opgemeten gaande van 5 x 104 tot 7 x 105 CFU/m3. In huiselijke omgevingen waren de concentraties lager en werd een maximale concentratie opgemeten van 3,8 x 103 CFU/m3.  Dit kon verwacht worden aangezien de binnenhuishygiëne in dierlijke stallen aanzienlijk lager is. Een belangrijke omkaderende onderzoeksvraag bij deze microbiële groeiexperimenten was de vraag of boeren door hun regelmatige aanwezigheid in stallen een grotere kans zouden hebben op allerlei gezondheidsrisico's. Deze vraag is vanuit het perspectief van deze studie echter moeilijk te beantwoorden. Toch werden bij de uitplatingen van de stallen de aanwezigheid van β-hemolytische Streptococcen opgemerkt wat toch wel een aanleiding geeft tot een blootstelling met een hoger risico. De hogere concentratie aan bacteriën binnen stallen is niet altijd nadelig. Zo werden in dit onderzoek bij de stallen hoge concentratie aan Lactobacillen opgemerkt. Deze worden vaak gebruikt als probiotica en spelen een belangrijke rol in onze natuurlijke darmflora en zijn dus voordelig voor de menselijke gezondheid.

Gepigmenteerde bacteriën

Bij het opkweken van bacteriën werden ook enkele interessante eigenschappen van de luchtbacteriën opgemerkt.

Zo vertoonden de opgekweekte bacteriën uit huiselijke omgevingen opvallend veel pigmentatie. Dit is mogelijk gecorreleerd aan resistentie tegen UV straling in de lucht. Deze pigmentatie bleek zelfs toe te nemen met de toenemende omgevingstemperatuur bij de overgang van winter naar lente en de toename in zonnestralen.

Droogteresistentie van luchtbacteriën

Een andere interessante waarneming was dat bij de staalnamen genomen tijdens de winter opvallend veel bacteriën voorkwamen met een ruwe en droge koloniemorfologie. Dit is mogelijk gecorreleerd aan de lagere luchtvochtigheid van de huishoudelijke omgevingen en de daarbij horende droogtestress van de bacteriën. Tijdens de warmere buitentemperaturen in mei waarbij ramen en deuren vaker geopend worden, was dit veel minder het geval.

Figuur 2: Verschillende biofilm vormen waren zichtbaar en biofilm F komt overeen met de bdar (brown dry and rough) morfologie die voorkomt bij Salmonella species.

Conclusie

Luchtmicrobiologie is een nieuw opkomend domein dat zowel interessant is voor onze humane gezondheid, maar ook kan leiden tot nieuwe biotechnologische toepassingen, zoals ontdekking van nieuwe pigmenten en enzymen.