Projekti / Programi
Obvladovanje mikrobne adhezije na kontaktnih površinah
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.07 |
Naravoslovje |
Fizika |
Biofizika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| B002 |
Biomedicinske vede |
Biofizika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
mikroorganizni, adhezija, kontaktne površine
Raziskovalci (20)
Organizacije (5)
Povzetek
Interakcije med mikroorganizmi in materiali so pomembne v biologiji kot tudi v živilski, farmacevtski in storitveni tehnologiji. Adhezija mikroorganizmov na površino povzroči začeten privlak celice na površino, kateri sledi adsorpcija. Adhezijski proces temelji na fizikalnih in kemijskih interakcijah med mikroorganizmi in površino ter predstavlja prvi korak v kolonizaciji mikroorganizmov in posledično tudi nastajanja biofilmov. Ta pojav ima neposreden in posreden vpliv na zdravje ljudi in okolje. Mikrobiološka adhezija in kolonizacija sta na ravnih površinah odvisni od različnih parametrov, kot so lastnosti mikrobnih celic (celična površinska hidrofobnost in naboj, zunajcelični priveski, zunajcelične polimerne snovi ter signalne molekule) in tekočin (polarnost, hitrost toka, pH, ionska moč, temperatura, prisotnost soli, protimikrobne snovi, dostopnost hranil) ter površinske kemije (hidrofobnost, električni naboj, hrapavost površine).
Cilj predlaganega projekta je raziskati vpliv hrapavosti in hidrofobnosti kontaktnih površin izbranih materialov na stopnjo adhezije mikrobnih delcev in posledično tvorbe biofilmov. Mikroskopijo na atomsko silo (AFM) bomo uporabili za karakterizacijo topografije površin materialov. V raziskavi se bomo osredotočili na dve različni vrsti površin: obdelana nerjavna jekla in premazi. Obe sta pomembni za sodelujočega industrijskega partnerja. Študirali bomo vpliv hrapavosti površin na adhezijo delcev, hidrofobnost površin bo ostala konstantna. V drugi študiji bomo spreminjali hidrofobnost polimernih premazov na primerno gladkih kovinskih površinah. Takšni kontaktni materiali bodo izpostavljeni različnim fizikalnim, biološkim in okoljskim prametrom, ki bodo vsebovali biološke mikro delce relevantne za okoljske parametre, ki lahko povečajo ali zmanjšajo kinetiko in jakost adhezije. Eksperimenti bodo vsebovali izbrane patogene mikroorganizme in kvarljivce. Pričakovani rezultati projekta bodo znanja o fizikalnih, bioloških in okoljskih parametrih
Zaradi omenjenih razlogov bomo s predlaganim projektom izbrali relevantne materiale in precizno karakterizirali njihove kontaktne površine glede na različne produkcijske obdelave. Poleg tega bomo proučili mikrobiološke karakteristike in izbrali najbolj primerno metodologijo za študij interakcij med mikrobi in kontaktnimi površinami materialov. V zadnji stopnji projekta bomo uporabili rezultate opravljenih delovnih sklopov za študij učinkovitosti izbranih fizikalnih, kemijskih in bioloških postopkov za preprečitev mikrobne adhezije in tvorbe biofilma na pripravljenih površinah materialov. Pričakujemo, da bomo lahko ponudili optimalno površinsko obdelavo izbranih materialov v kombinaciji z najučinkovitejšim načinom preprečevanja mikrobne kontaminacije teh površin zaradi zmanjšane mikrobne adhezije in posledičnega tvorjenja biofilma.
Z uporabo AFM bomo karakterizirali različno pripravljene vzorce. Pričakujemo, da hrapavost površine vpliva na povečano adhezijo mikroorganizmov, najverjetneje zaradi povečane razpoložljive površine. Pričakujemo tudi, da bodo rezultati odvisni od mikrobne adhezije. Izbrali bomo optimalno metodo, ki omogoča identifikacijo izbranih mikroorganizmov na izbranih materialih (vrstična elektronska mikroskopija (SEM) in metoda stereologije). Izbrani bodo pogoji čim bolj podobni tistim v naravnih sistemih in hkrati primerni za preučevanje in vzpodbujanje adhezije bakterij in tvorbe biofilmov na testirane površine različnih lastnosti. Na koncu pričakujemo, da bomo lahko ponudili optimalno površinsko obdelavo izbranih materialov v kombinaciji z najučinkovitejšim načinom preprečevanja mikrobne kontaminacije teh površin zaradi zmanjšane mikrobne adhezije in posledičnega tvorjenja biofilma. Poleg tega pa pričakujemo, da bo dekontaminacijski postopek optimiziran tudi z drugih vidikov. Zastavljeni cilji so zmanjšano tveganje nastajanja rezistentnih oblik mikroorganizmov, zmanjšana poraba vode in zmanjšano tvorjenje toksičnih ostankov kemijskih
Pomen za razvoj znanosti
Cilj projekta "Obvladovanje mikrobne adhezije na kontaktnih površinah" je bil raziskati vpliv hrapavosti in hidrofobnosti kontaktnih površin na stopnjo adhezije mikrobnih delcev in posledično tvorbe biofilmov. Kljub temu, da je bil projekt aplikativne narave, smo znotraj projekta dosegli nova znanstvena spoznanja. Znanstvena spoznanja so bila objavljena v dveh mednarodnih člankih s faktorjem vpliva, del znanstvenih spoznanj bo objavljen v poglavju knjige. Nova znanstvena spoznanja odpirajo možnost nadaljnjih raziskav. V okviru projekta je bila vpeljana nova metoda za merjenje stopnje adhezije na jeklenih površinah. Razvita in skonstruirana je bila pretočna komora za študij vpliva laminarnega in turbulentnega toka tekočine na odstranjevanje na površino adheriranih bakterij. V okviru projekta je bilo pridobljeno splošno znanje za področje biofilmov, ki je pomembno za oblikovanje novih kontaktnih površin v številnih strokah in novih raziskovalnih vedah, ki so vezane na proučevanje obnašanja novih materialov tako v procesnih industrijah kot tudi v medicini. Vsa ta pridobljena znanja bodo omogočala nadaljnje raziskave na tem področju.
Pomen za razvoj Slovenije
Pri poskusih so bili med vsemi preskušanimi mikroorganizmi, izbrani mikrobni sevi izolirani v Sloveniji in sicer P. aeruginosa ŽMJ87, Staph. aureus ŽM72 in L. monocytogenes ŽM520. Pomembno je spremljati pojavnost sevov predvsem tistih, ki tvorijo strukturo biofilmov tudi s stališča zagotavljanja varne hrane in varovanja zdravja potrošnikov, kot tudi v okoljih, kjer se pričakuje, da se vzdržuje aseptično okolje, kot je to primer v živilski, farmacevtski industriji in še posebej zdravstvu. Spremljanje prisotnosti posameznih mikrobnih sevov se lahko uporablja pri kombiniranju formulacij biocidnih sredstev kot tudi dograjevanje sanitacijskih postopkov v sistemih HACCP. V raziskavi se je pokazal tudi pomen obdelave površin nerjaveče pločevine. Kot primer navajamo obdelavo nerjaveče pločevine AISI 304 z različnimi postopki obdelave površinskega dela. Ugotavljamo, da nekatere obdelave znatno otežujejo postopek adhezije mikroorganizmov na površino. Izbire tovrstnih materialov pripomorejo k zanesljivejšim postopkom sanitacije in nadzorom nad nastajanjem biofilmov. Tehnološki procesi obdelave nerjavečih materialov pomenijo v sami obdelavi tudi dodatni strošek, ki v posameznih postopkih lahko znatno povečajo ceno končnega proizvoda. Med primerjavo posameznih obdelanih materialih ugotavljamo, da nekateri postopki obdelave znatno podražijo končni proizvod, vendar se s tem ne zmanjša tudi verjetnost bakterijske adhezije kot tudi zmanjša možnost nastajanja biofilmov. Raziskava je pokazala, da neustrezna izbira tehnološkega procesa primerjajoč tendenco mikrobne adhezije lahko bistveno vpliva na podražitev proizvodnje nerjaveče pločevine in s tem slabša konkurenčnost na tržišču. Izpostavili bi tudi večjo zanesljivost vzdrževanja nerjavečih površin in nadzor nad mikrobno prisotnostjo. Vse to je na voljo slovenski procesni industriji za izboljšave in razvoj.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
