Wojciech Kazura
Skład mikrobiologiczny powietrza obecnego w pomieszczeniach szkolnych

STRESZCZENIE

Celem moich badań było znalezienie odpowiedzi na pytanie „Jaki jest skład mikrobiologiczny powietrza obecnego w pomieszczeniach szkolnych?”.

Badania przeprowadzone zostały w dniach 19.05.2011 – 25.05.2011. Wyniki wykazały, że powietrze atmosferyczne jest słabo zanieczyszczone (liczebność bakterii wahała się od 30 do 432 organizmów, liczebność grzybów wyniosła od 0 do 26 strzępek w m3 powietrza). Zdecydowaną większość drobnoustrojów stanowiły bakterie Gram-dodatnie. Ze względu na kształt przeważały te o kształcie kulistym, głównie ziarniaki. 

  

WSTĘP

Mikroorganizmy to sztuczna grupa nie mająca formalnego charakteru systematycznego. Składają się na nią m.in. bakterie oraz niektóre grzyby. Występują we wszystkich strefach klimatycznych, a niektóre gatunki potrafią przetrwać nawet w skrajnych warunkach środowiskowych, takich jak lodowce na Antarktydzie lub gejzery. Występowanie niektórych bakterii stwierdzono nawet w osadach z odpadów radioaktywnych (zawierających głównie izotopy 137-cezu oraz 99-technetu, a także metale alkaliczne),  gdzie poddawane były ogromnym dawkom promieniowania jonizującego.

Powietrze nie jest naturalnym środowiskiem życia mikroorganizmów, nie sprzyja ich wzrostowi oraz podziałom, stanowi jednak miejsce ich okresowego przebywania i umożliwia transport na znaczne odległości. Liczebność drobnoustrojów w powietrzu jest zmienna, i może wahać się od kilku do nawet kilkuset tysięcy osobników w metrze sześciennym powietrza. Największą koncentrację tych organizmów obserwuje się nad obszarami przemysłowymi, wysypiskami śmieci, oczyszczalniami ścieków oraz na terenach silnie zurbanizowanych.

Celem mojej pracy badawczej było określenie ilości oraz przynależności taksonomicznej podstawowych grup drobnoustrojów tj. bakterii i grzybów, w powietrzu pomieszczeń szkolnych.

 

MATERIAŁY I METODY

Badania zostały wykonane w laboratorium Katedry Biotechnologii Środowiskowej przy współpracy Wydziału Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Śląskiej w Gliwicach.

Pobór prób mikroorganizmów dokonany został metodą sedymentacyjną w dniu 12.04.2011 roku w budynku Zespołu Szkół Ogólnokształcących nr 3 w Gliwicach. Wykorzystałem w tym celu dwa rodzaje podłóż wzrostowych: agar odżywczy do hodowli bakterii oraz podłoże Czapek-Doxa do hodowli strzępek grzybów, przygotowanych na szalkach Petriego o średnicy 90mm. Podłoża mikrobiologiczne, jak i szkło laboratoryjne zostały wcześniej wysterylizowane parą wodną o temp. 126 °C w autoklawie oraz światłem UV (2 x 30 minut) w komorze laminarnej.

Przeprowadzona została analiza powietrza dwunastu różnych miejsc w budynku szkolnym, m.in. w klasach, na korytarzach, na sali gimnastycznej i w toaletach. W każdym miejscu pomiaru rozstawione zostały po trzy szalki każdej z dwóch rodzajów używanych pożywek. Ustawione zostały one w pewnych odległościach od siebie (>4m) oraz na różnych wysokościach, co miało na celu wyeliminowanie czynników zewnętrznych, np. zawirowań powietrza i wykluczenie możliwości zafałszowania uzyskanych wyników. Czas ekspozycji płytek wynosił 10 minut (± 10 sekund).

Wszystkie szalki zostały dokładnie oznaczone, a następnie umieszczone w cieplarce laboratoryjnej na 72 godziny. Temperatury inkubacji wynosiły odpowiednio: 37 °C dla bakterii i 26 °C dla strzępek grzybów.

Po zliczeniu koloni bakterii przygotowane zostały preparaty mikroorganizmów. Preparaty bakterii poddane zostały barwieniu metodą Grama. Obserwacje mikroskopowe prowadzono przy użyciu mikroskopu świetlnego (powiększenie 200x dla strzępek grzybów oraz powiększenie 400x lub 1000x dla bakterii).

Wszelki kontakt z koloniami drobnoustrojów odbywał się pod wyciągiem w komorze laminarnej oraz pod opieką pracownika badawczego Katedry Biotechnologii Środowiskowej.

 

WYNIKI

Liczebność mikroorganizmów w 1m3 powietrza została obliczona według wzoru Omeliańskiego w modyfikacji Gogoberidze.

 Na 15 badanych kolonii drobnoustrojów zdecydowaną większość stanowiły bakterie Gram dodatnie (G+). Mikroorganizmy miały bardzo zróżnicowane kształty komórek (z przewagą ziarniaków). 

  

DYSKUSJA

 

Przeprowadzone badania wykazały stosunkowo niewielką liczbę drobnoustrojów w powietrzu. Na uzyskane wyniki ma wpływ kilka czynników. Pierwszym z nich jest sama metoda pomiaru oraz sposób prezentacji rezultatów pomiarów. Podając wynik jako cfu/m3 powietrza (ang. colony forming units – jednostki tworzące kolonie) należy przyjąć, że z jednej takiej jednostki wyrośnie jedna kolonia. W rzeczywistości jednak kolonia może powstać nie z jednej, a z kilku połączonych ze sobą komórek. Tak więc w powietrzu może znajdować się więcej mikroorganizmów, niż podaje wynik wyrażony w CFU. Poza tym metodą hodowlaną można wykryć tylko mikroorganizmy żywe, będące w stanie się rozmnożyć oraz wyrosnąć na zastosowanych w badaniu podłożach biologicznych.

Powietrze jest środowiskiem bardzo nieprzyjaznym dla bakterii i grzybów. Podstawowym czynnikami ograniczającymi przeżywalność tych organizmów są m.in.: niedobór składników pokarmowych, niekorzystne warunki atmosferyczne, promieniowanie słoneczne, zanieczyszczenia, czas przebywania w powietrzu w stanie zawieszonym.

Jak powszechnie wiadomo, do życia każdej komórki niezbędna jest energia dostarczana wraz z pożywienie, także dla mikroorganizmów.  Niestety powietrze stanowi jedynie drogę transportu i nie zawiera wystarczającej ilości składników pokarmowych potrzebnych do przetrwania. Nawet powietrze zanieczyszczone jest zbyt ubogie w pokarm, a związki w nim zawarte są trudno rozkładalne i trudno przyswajalne.

Warunki meteorologiczne mają znaczący wpływ na populację mikroorganizmów w powietrzu. Wysoka temperatura powietrza sprzyja procesom wysuszania komórek oraz powoduje denaturację białek, natomiast niska temperatura może prowadzić do zamarzania wody we wnętrzu komórki. Szczególnie wrażliwe na te czynniki są bakterie Gram-ujemne. Przy szybkim chłodzeniu do temperatury od O do -5°C doznają one nieodwracalnych uszkodzeń i w większości zamierają. Skutkiem ich większej wrażliwości jest mniejsza liczebność w powietrzu. Następnym czynnikiem warunkującym przeżywalność jest wilgotność powietrza. Bakterie należą do hydrofili, a więc wymagają do rozwoju dużej wilgotności względnej powietrza, zbliżonej do 100%. Dużo groźniejszy dla mikroorganizmów jest niski poziom wilgotności, gdyż prowadzi do wysuszenia komórki, a bez wody niemożliwe jest prowadzenie jakichkolwiek procesów życiowych i funkcjonowanie. Niektóre organizmy przystosowały się jednak do niesprzyjających, lub wręcz szkodliwych czynników poprzez tworzenie form przetrwalnikowych (endospor), w postaci których mogą egzystować nawet kilkanaście lat. Mikroorganizmy radzą sobie znacznie lepiej z nadmiarem wilgoci, która dodatkowo chroni je przed  mutagennym działaniem promieniowania, poprzez jego pochłanianie (absorpcję) lub odbijanie. Jednak odporność na warunki zewnętrze jest indywidualną cechą gatunkową, zależy od budowy komórki i stadium rozwojowego. W przypadku bakterii Gram–ujemnych lepiej znoszona przez nie jest niska wilgotność powietrza, gdyż otoczone są one osłonką oraz zewnętrzną błoną komórkową. Bakterie Gram-dodatnie wykazują większą przeżywalność w warunkach o wysokiej wilgotności powietrza.

Strzępki grzybów nie potrzebują aż tak rygorystycznych warunków środowiskowych, aby przetrwać. Pleśnie należą do grupy kserofili, są zdolne do rozwoju przy wilgotności rzędu już około 70%. Tak samo jak bakterie mają możliwość tworzenia endospor, a ich zarodniki mogą przetrwać lata w stanie uśpionym. Ich niewielką ilość w powietrzu można wytłumaczyć jednak faktem, że okres występowania zarodników grzybów w atmosferze jest sezonowy, chociaż nie określony ściśle. Zarodniki  pojawiają się w powietrzu wczesną wiosną, wraz z budzącą się do życia roślinnością. Szczytowe stężenia osiągają późnym latem i jesienią, a liczba ich może spaść do zera jedynie po obfitych opadach śniegu zimą. Latem i jesienią stężenie zarodników niektórych gatunków 100-1000 krotnie przekracza stężenie ziaren pyłku roślin w atmosferze. Cześć badawcza pracy prowadzona była w kwietniu, a więc przed okresem największego wysypu zarodników. Proces ten dopiero co się zaczynał.

Niestety nie można w pełni uznać wiarygodności uzyskanych wyników, gdyż możliwe jest, że na pomiar miało wpływ wiele czynników, które mogły wprowadzić wahania i odchylenia od średnich wartości. Można do nich zaliczyć wystąpienie prądów powietrznych fakt, że jakieś pomieszczenie nie zostało wywietrzone, lub ewentualność, że bezpośrednio przed pomiarem prowadzone w nim były zajęcia lekcyjne.

 

LITERATURA

JK. Fredrickson, JM. Zachara, DL. Balkwill, D. Kennedy, Geomicrobiology of High-Level Nuclear Waste-Contaminated Vadose Sediments at the Hanford Site, Washington State. „Applied and environmental microbiology”. 7 (70), s. 4230–41, 2004.

B. Kołwzan, W. Adamiak, K. Grabas, A. Pawełczyk „Podstawy mikrobiologii w ochronie środowiska.” Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2005.

Praca zbiorowa pod red. J. Mrozowskiej, „Laboratorium z mikrobiologii ogólnej i środowiskowej”, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1999.

Nabrdalik M., Latała A., „Występowanie grzybów strzępkowych w obiektach budowlanych”, Zakład Mikrobiologii i Biotechnologii, Uniwersytet Opolski, wyd. Roczniki Państwowego Zakładu Higieny  Tom 54 Nr 1 2003, Państwowy Zakład Higieny.

Bobrowisk M., Błachno B., Butarewicz A., Kaszkowiak I.: „Biologia sanitarna. Materiały pomocnicze do ćwiczeń”, Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Białystok 2002.

Lipiec A. „Grzyby pleśniowe. Dla Przedstawicieli Zawodów Medycznych”, 2003

PN-89/Z-04111/02. Ochrona czystości powietrza. Badania mikrobiologiczne. Oznaczanie liczby bakterii w powietrzu atmosferycznym (imisja) przy pobieraniu próbek metodą aspiracyjną i sedymentacyjną.

PN-89/Z-04111/03. Ochrona czystości powietrza. Badania mikrobiologiczne. Oznaczanie liczby grzybów mikroskopowych w powietrzu atmosferycznym (imisja) przy pobieraniu próbek metodą aspiracyjną i sedymentacyjną.