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13.3: Verwendung von Chemikalien zur Bekämpfung von Mikroorganismen - Biologie

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Lernziele

  • Verstehen und vergleichen Sie verschiedene Chemikalien, die zur Kontrolle des mikrobiellen Wachstums verwendet werden, einschließlich ihrer Verwendung, Vor- und Nachteile, chemischen Struktur und Wirkungsweise

Neben physikalischen Methoden der Mikrobenkontrolle werden auch Chemikalien zur Kontrolle des Mikrobenwachstums eingesetzt. Bei der Auswahl der zu verwendenden Mikroben ist es wichtig, die Art der Zielmikrobe zu berücksichtigen; wie sauber der Artikel sein muss; die Wirkung des Desinfektionsmittels auf die Unversehrtheit des Artikels; seine Sicherheit für Tiere, Menschen und die Umwelt; seine Kosten; und seine Benutzerfreundlichkeit. Dieser Abschnitt beschreibt die Vielfalt der Chemikalien, die als Desinfektionsmittel und Antiseptika verwendet werden, einschließlich ihrer Wirkungsmechanismen und allgemeinen Anwendungen.

Phenole

In den 1800er Jahren begannen Wissenschaftler mit einer Vielzahl von Chemikalien zur Desinfektion zu experimentieren. In den 1860er Jahren begann der britische Chirurg Joseph Lister (1827–1912) mit der Verwendung von Karbolsäure, bekannt als Phenol, als Desinfektionsmittel zur Behandlung von Operationswunden (siehe Grundlagen der modernen Zelltheorie). Listers Arbeit inspirierte 1879 den amerikanischen Chemiker Joseph Lawrence (1836–1909) zur Entwicklung von Listerine, einer Mischung aus mehreren verwandten Verbindungen auf Alkoholbasis, die noch heute als orales Antiseptikum verwendet wird. Heute wird Karbolsäure nicht mehr als chirurgisches Desinfektionsmittel verwendet, da es hautreizend ist, aber die chemischen Verbindungen, die in antiseptischen Mundwässern und Halstabletten enthalten sind, werden als Phenole bezeichnet.

Chemisch besteht Phenol aus einem Benzolring mit einer –OH-Gruppe, und Phenole sind Verbindungen, die diese Gruppe als Teil ihrer chemischen Struktur haben (Abbildung (PageIndex{1})). Phenole wie Thymol und Eucalyptol kommen natürlicherweise in Pflanzen vor. Andere Phenole können aus Kreosot, einem Bestandteil von Kohlenteer, gewonnen werden. Phenole sind in der Regel stabil, beständig auf Oberflächen und weniger toxisch als Phenol. Sie hemmen das mikrobielle Wachstum, indem sie Proteine ​​denaturieren und Membranen zerstören.

Seit Listers Zeit wurden mehrere phenolische Verbindungen verwendet, um das mikrobielle Wachstum zu kontrollieren. Phenole wie Kresole (methylierte Phenole) und o-Phenylphenol waren seit seiner Erfindung im Jahr 1889 Wirkstoffe in verschiedenen Formulierungen von Lysol Die Verwendung in den Vereinigten Staaten ist jetzt viel eingeschränkter. Das Bisphenol Hexachlorophen, ein Desinfektionsmittel, ist der Wirkstoff in pHisoHex, einem topischen Reinigungsmittel, das häufig zum Händewaschen in Krankenhäusern verwendet wird. pHisoHex ist besonders wirksam gegen grampositive Bakterien, einschließlich solcher, die Staphylokokken- und Streptokokken-Hautinfektionen verursachen. pHisoHex wurde früher zum Baden von Säuglingen verwendet, diese Praxis wurde jedoch eingestellt, da gezeigt wurde, dass die Exposition gegenüber Hexachlorophen zu neurologischen Problemen führen kann.

Triclosan ist eine weitere Bisphenolverbindung, die in den letzten Jahrzehnten weit verbreitet in antibakteriellen Produkten eingesetzt wurde. Ursprünglich in Zahnpasten verwendet, wird Triclosan heute häufig in Handseifen verwendet und wird häufig in eine Vielzahl anderer Produkte imprägniert, darunter Schneidebretter, Messer, Duschvorhänge, Kleidung und Beton, um sie antimikrobiell zu machen. Es ist besonders wirksam gegen grampositive Bakterien auf der Haut sowie gegen bestimmte gramnegative Bakterien und Hefen.1

TRICLOSAN: ANTIBAKTERIELLER OVERKILL?

Handseifen und andere Reinigungsmittel werden oft als „antibakteriell“ vermarktet, was darauf hindeutet, dass sie einen höheren Reinheitsgrad bieten als herkömmliche Seifen und Reinigungsmittel. Aber sind die antibakteriellen Inhaltsstoffe dieser Produkte wirklich sicher und wirksam?

Etwa 75 % der antibakteriellen Flüssigseifen und 30 % der Stückseifen enthalten die Chemikalie Triclosan, ein Phenol, (Abbildung (PageIndex{2})).2 Triclosan blockiert ein Enzym im bakteriellen Fettsäurebiosyntheseweg, das im vergleichbaren menschlichen Stoffwechselweg nicht vorkommt. Obwohl die Verwendung von Triclosan im Haushalt in den 1990er Jahren dramatisch zugenommen hat, haben mehr als 40 Jahre Forschung der FDA keinen schlüssigen Beweis dafür erbracht, dass das Waschen mit Triclosan-haltigen Produkten im Vergleich zum Waschen mit herkömmlicher Seife einen erhöhten gesundheitlichen Nutzen bietet. Obwohl einige Studien darauf hindeuten, dass nach dem Waschen mit Triclosan-basierter Seife weniger Bakterien auf den Händen einer Person verbleiben können als bei herkömmlicher Seife, gibt es keine Hinweise auf eine Verringerung der Übertragung von Bakterien, die Atemwegs- und Magen-Darm-Erkrankungen verursachen. Kurz gesagt, Seifen mit Triclosan können ein paar weitere Keime entfernen oder abtöten, aber nicht genug, um die Ausbreitung von Krankheiten zu reduzieren.

Vielleicht noch beunruhigender sind einige klare Risiken, die mit Seifen auf Triclosan-Basis verbunden sind. Die weit verbreitete Anwendung von Triclosan hat zu einer Zunahme von Triclosan-resistenten Bakterienstämmen geführt, einschließlich solcher von klinischer Bedeutung, wie z Salmonella enterica; diese Resistenz kann Triclosan als antibakterielles Mittel auf lange Sicht unbrauchbar machen.34 Bakterien können leicht eine Resistenz gegen Triclosan erlangen, indem sie ein einzelnes Gen ändern, das das Zielenzym im bakteriellen Fettsäuresyntheseweg codiert. Andere Desinfektionsmittel mit weniger spezifischer Wirkungsweise sind viel weniger anfällig für Resistenzen, weil es viel mehr als eine einzige genetische Veränderung erfordern würde.

Die Verwendung von Triclosan in den letzten Jahrzehnten hat auch zu einer Anreicherung der Chemikalie in der Umwelt geführt. Triclosan in Handseife wird durch das Händewaschen direkt in Abwasser und Kanalisation eingeleitet. Dort können seine antibakteriellen Eigenschaften Bakterien, die für die Zersetzung von Abwasser verantwortlich sind, hemmen oder abtöten, wodurch Kläranlagen verstopfen und zurückstauen. Schließlich gelangt Triclosan in Abwässern in Oberflächengewässer, Bäche, Seen, Sedimente und Böden und zerstört natürliche Populationen von Bakterien, die wichtige Umweltfunktionen erfüllen, wie beispielsweise die Algenhemmung. Triclosan gelangt auch in den Körper von Amphibien und Fischen, wo es als endokriner Disruptor wirken kann. Nachweisbare Konzentrationen von Triclosan wurden auch in verschiedenen menschlichen Körperflüssigkeiten, einschließlich Muttermilch, Plasma und Urin, gefunden.5 Tatsächlich fand eine von der CDC durchgeführte Studie nachweisbare Triclosan-Spiegel im Urin von 75 % von 2.517 Personen, die in den Jahren 2003 bis 2004 getestet wurden.6 Dieser Befund ist noch besorgniserregender, da Triclosan die Immunfunktion beim Menschen beeinträchtigen kann.7

Im Dezember 2013 gab die FDA Seifenherstellern bis 2016 Zeit, um zu beweisen, dass antibakterielle Seifen gegenüber herkömmlichen Seifen einen erheblichen Vorteil bieten; wenn dies nicht möglich ist, sind die Hersteller gezwungen, diese Produkte vom Markt zu nehmen.

Übung (PageIndex{1})

Warum ist Triclosan eher ein Antibiotikum als ein herkömmliches Desinfektionsmittel?

Schwermetalle

Einige der ersten verwendeten chemischen Desinfektionsmittel und Antiseptika waren Schwermetalle. Schwermetalle töten Mikroben, indem sie an Proteine ​​binden und so die enzymatische Aktivität hemmen (Abbildung (PageIndex{3})). Schwermetalle sind oligodynamisch, was bedeutet, dass sehr geringe Konzentrationen eine signifikante antimikrobielle Aktivität zeigen. Schwermetallionen binden stark an schwefelhaltige Aminosäuren und reichern sich in den Zellen an, wodurch diese Metalle hohe lokalisierte Konzentrationen erreichen können. Dadurch denaturieren Proteine.

Schwermetalle sind für mikrobielle Zellen nicht selektiv toxisch. Sie können auch in menschlichen oder tierischen Zellen bioakkumulieren, und zu hohe Konzentrationen können toxische Wirkungen auf den Menschen haben. Wenn sich beispielsweise zu viel Silber im Körper ansammelt, kann dies zu einer sogenannten Argyrie führen, bei der sich die Haut irreversibel blaugrau verfärbt. Eine Möglichkeit, die potenzielle Toxizität von Schwermetallen zu reduzieren, besteht darin, die Expositionsdauer und Konzentration des Schwermetalls sorgfältig zu kontrollieren.

Quecksilber

Quecksilber ist ein Beispiel für ein Schwermetall, das seit vielen Jahren verwendet wird, um das mikrobielle Wachstum zu kontrollieren. Es wurde viele Jahrhunderte lang zur Behandlung von Syphilis verwendet. Quecksilberverbindungen wie Quecksilberchlorid sind hauptsächlich bakteriostatisch und haben ein sehr breites Wirkungsspektrum. Verschiedene Formen von Quecksilber binden in Proteinen an schwefelhaltige Aminosäuren und hemmen deren Funktionen.

In den letzten Jahrzehnten hat die Verwendung solcher Verbindungen aufgrund der Toxizität von Quecksilber abgenommen. Es ist in hohen Konzentrationen giftig für das Zentralnerven-, Verdauungs- und Nierensystem und hat negative Auswirkungen auf die Umwelt, einschließlich der Bioakkumulation in Fischen. Früher wurden häufig topische Antiseptika wie Mercurochrom, das Quecksilber in geringen Konzentrationen enthält, und Merthiolat, eine Tinktur (eine in Alkohol gelöste Quecksilberlösung), verwendet. Aufgrund von Bedenken hinsichtlich der Verwendung von Quecksilberverbindungen werden diese Antiseptika jedoch in den Vereinigten Staaten nicht mehr verkauft.

Silber

Silber wird seit langem als Antiseptikum verwendet. In der Antike wurde Trinkwasser in Silberkrügen aufbewahrt.8 Silvadene-Creme wird häufig zur Behandlung von topischen Wunden verwendet und ist besonders hilfreich bei der Vorbeugung von Infektionen bei Verbrennungswunden. Früher wurden Silbernitrattropfen routinemäßig auf die Augen von Neugeborenen aufgetragen, um sich vor Ophthalmia neonatorum zu schützen, Augeninfektionen, die durch die Exposition gegenüber Krankheitserregern im Geburtskanal auftreten können, aber heute werden häufiger antibiotische Cremes verwendet. Silber wird oft mit Antibiotika kombiniert, wodurch die Antibiotika tausendmal wirksamer werden.9 Silber wird auch häufig in Katheter und Bandagen eingearbeitet, was sie antimikrobiell macht; Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass Schwermetalle auch die Selektion auf Antibiotikaresistenz verstärken können.10

Kupfer, Nickel und Zink

Mehrere andere Schwermetalle weisen ebenfalls antimikrobielle Aktivität auf. Kupfersulfat ist ein gängiges Algizid, das zur Bekämpfung des Algenwachstums in Schwimmbädern und Aquarien verwendet wird. Auch die Verwendung von metallischem Kupfer zur Minimierung des mikrobiellen Wachstums wird immer weiter verbreitet. Kupferauskleidungen in Inkubatoren helfen, die Kontamination von Zellkulturen zu reduzieren. Der Einsatz von Kupfertöpfen zur Wasserspeicherung in unterentwickelten Ländern wird zur Bekämpfung von Durchfallerkrankungen untersucht. Kupferbeschichtungen werden auch für häufig gehandhabte Gegenstände wie Türklinken, Schrankbeschläge und andere Einrichtungsgegenstände in Gesundheitseinrichtungen immer beliebter, um die Verbreitung von Mikroben zu reduzieren.

In ähnlicher Weise werden nun auch Nickel- und Zinkbeschichtungen verwendet. Andere Formen von Zink, einschließlich Zinkchlorid und Zinkoxid, werden ebenfalls kommerziell verwendet. Zinkchlorid ist für den Menschen ziemlich sicher und wird häufig in Mundwässern gefunden, wodurch deren Wirksamkeit erheblich verlängert wird. Zinkoxid ist in einer Vielzahl von Produkten enthalten, darunter topische antiseptische Cremes wie Galmeilotion, Windelsalben, Babypuder und Schuppenshampoos.

Übung (PageIndex{2})

Warum sind viele Schwermetalle sowohl antimikrobiell als auch toxisch für den Menschen?

Halogene

Andere häufig zur Desinfektion verwendete Chemikalien sind die Halogene Jod, Chlor und Fluor. Jod wirkt, indem es zelluläre Komponenten, einschließlich schwefelhaltiger Aminosäuren, Nukleotide und Fettsäuren, oxidiert und die Makromoleküle, die diese Moleküle enthalten, destabilisiert. Es wird oft als topische Tinktur verwendet, kann jedoch Flecken oder Hautreizungen verursachen. Ein Jodophor ist eine Verbindung von Jod, die mit einem organischen Molekül komplexiert ist, wodurch die Stabilität des Jods und damit seine Wirksamkeit erhöht wird. Ein übliches Jodophor ist Povidon-Jod, das ein Benetzungsmittel enthält, das Jod relativ langsam freisetzt. Betadin ist eine Povidon-Jod-Marke, die häufig von medizinischem Personal vor Operationen als Handpeeling und zur topischen Antisepsis der Haut eines Patienten vor dem Schnitt verwendet wird (Abbildung (PageIndex{4})).

Chlor ist ein weiteres Halogen, das häufig zur Desinfektion verwendet wird. Wenn Chlorgas mit Wasser gemischt wird, entsteht ein starkes Oxidationsmittel namens hypochlorige Säure, das ungeladen ist und leicht in die Zellen eindringt. Chlorgas wird häufig in kommunalen Trinkwasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen verwendet, wobei die entstehende hypochlorige Säure die eigentliche antimikrobielle Wirkung erzeugt. Diejenigen, die in Wasseraufbereitungsanlagen arbeiten, müssen sehr darauf achten, die persönliche Exposition gegenüber Chlorgas zu minimieren. Natriumhypochlorit ist der chemische Bestandteil gebräuchlicher Haushaltsbleichmittel und wird auch für eine Vielzahl von Desinfektionszwecken verwendet. Hypochloritsalze, einschließlich Natrium- und Calciumhypochlorite, werden zur Desinfektion von Schwimmbädern verwendet. Chlorgas, Natriumhypochlorit und Calciumhypochlorit werden auch häufig in der Lebensmittelverarbeitungs- und Restaurantindustrie verwendet, um die Verbreitung von lebensmittelbedingten Krankheiten zu reduzieren. Arbeitnehmer in diesen Industrien müssen auch darauf achten, diese Produkte richtig zu verwenden, um ihre eigene Sicherheit sowie die Sicherheit der Verbraucher zu gewährleisten. Eine kürzlich von der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation (FAO) der Vereinten Nationen und der WHO veröffentlichte gemeinsame Erklärung weist darauf hin, dass keine der vielen nützlichen Verwendungen von Chlorprodukten in der Lebensmittelverarbeitung zur Verringerung der Verbreitung von lebensmittelbedingten Krankheiten Risiken für die Verbraucher darstellt.11

Eine andere Klasse von chlorierten Verbindungen, die Chloramine genannt werden, werden häufig als Desinfektionsmittel verwendet. Chloramine sind relativ stabil und setzen Chlor über lange Zeiträume frei. Chloramine sind Derivate von Ammoniak durch Substitution von einem, zwei oder allen drei Wasserstoffatomen durch Chloratome (Abbildung (PageIndex{5})).

Chloramine und andere Chlorverbindungen können zur Desinfektion von Trinkwasser verwendet werden, und Chloramintabletten werden zu diesem Zweck häufig vom Militär verwendet. Nach einer Naturkatastrophe oder einem anderen Ereignis, das die öffentliche Wasserversorgung beeinträchtigt, empfiehlt die CDC, das Leitungswasser durch Zugabe kleiner Mengen normaler Haushaltsbleiche zu desinfizieren. Neuere Forschungen legen nahe, dass Natriumdichlorisocyanurat (NaDCC) auch eine gute Alternative zur Trinkwasserdesinfektion sein kann. Derzeit sind NaDCC-Tabletten für den allgemeinen Gebrauch und für das Militär, Camper oder Notfälle erhältlich. für diese Anwendungen ist NaDCC Chloramintabletten vorzuziehen. Chlordioxid, ein gasförmiges Mittel, das zur Begasung und Sterilisation von geschlossenen Räumen verwendet wird, wird auch häufig zur Desinfektion von Wasser verwendet.

Obwohl chlorierte Verbindungen relativ wirksame Desinfektionsmittel sind, haben sie ihre Nachteile. Einige können Haut, Nase oder Augen einiger Personen reizen, und sie können bestimmte robuste Organismen nicht vollständig aus kontaminiertem Trinkwasser entfernen. Der Pilz KryptosporidieZB hat eine schützende Außenhülle, die es resistent gegen chlorhaltige Desinfektionsmittel macht. Daher wird das Abkochen von Trinkwasser in Notsituationen nach Möglichkeit empfohlen.

Das Halogen-Fluor ist auch für seine antimikrobiellen Eigenschaften bekannt, die zur Vorbeugung von Karies (Karies) beitragen.12 Fluorid ist der Hauptwirkstoff von Zahnpasta und wird auch häufig dem Leitungswasser zugesetzt, um die Mundgesundheit zu unterstützen. Chemisch kann Fluorid in das Hydroxyapatit des Zahnschmelzes eingebaut werden, wodurch es widerstandsfähiger gegen ätzende Säuren wird, die durch die Fermentation oraler Mikroben entstehen. Fluorid verbessert auch die Aufnahme von Calcium- und Phosphationen in den Zahnschmelz und fördert die Remineralisierung. Neben der Stärkung des Zahnschmelzes scheint Fluorid auch bakteriostatisch zu wirken. Es reichert sich in Plaque-bildenden Bakterien an, stört deren Stoffwechsel und reduziert ihre Produktion der Säuren, die zu Karies beitragen.

Übung (PageIndex{3})

Welchen Vorteil hat Chloramin gegenüber Hypochlorit bei der Desinfektion?

Alkohole

Alkohole bilden eine weitere Gruppe von Chemikalien, die häufig als Desinfektionsmittel und Antiseptika verwendet werden. Sie wirken, indem sie Proteine ​​schnell denaturieren, was den Zellstoffwechsel hemmt, und Membranen zerstören, was zur Zelllyse führt. Einmal denaturiert, können sich die Proteine ​​möglicherweise erneut falten, wenn genügend Wasser in der Lösung vorhanden ist. Alkohole werden typischerweise in Konzentrationen von etwa 70 % wässriger Lösung verwendet und funktionieren tatsächlich in wässrigen Lösungen besser als 100 % alkoholische Lösungen. Dies liegt daran, dass Alkohole Proteine ​​koagulieren. Bei höheren Alkoholkonzentrationen verhindert eine schnelle Koagulation von Oberflächenproteinen eine effektive Penetration der Zellen. Die am häufigsten verwendeten Alkohole zur Desinfektion sind Ethylalkohol (Ethanol) und Isopropylalkohol (Isopropanol, Reinigungsalkohol) (Abbildung (PageIndex{6})).

Alkohole neigen dazu, bakterizid und fungizid zu wirken, können aber auch nur für behüllte Viren virizid sein. Obwohl Alkohole nicht sporizid sind, hemmen sie die Prozesse der Sporulation und Keimung. Alkohole sind flüchtig und trocknen schnell, können aber auch Hautreizungen verursachen, da sie die Haut an der Applikationsstelle austrocknen. Eine häufige klinische Anwendung von Alkoholen ist das Abwischen der Haut zur Entkeimung vor der Nadelinjektion. Alkohole sind auch die Wirkstoffe in Instant-Händedesinfektionsmitteln, die in den letzten Jahren an Popularität gewonnen haben. Der Alkohol in diesen Handdesinfektionsmitteln wirkt sowohl durch Denaturieren von Proteinen als auch durch Aufbrechen der mikrobiellen Zellmembran, funktioniert jedoch nicht effektiv bei sichtbarem Schmutz.

Schließlich werden Alkohole zur Herstellung von Tinkturen mit anderen Antiseptika verwendet, wie den zuvor in diesem Kapitel besprochenen Jodtinkturen. Alles in allem sind Alkohole kostengünstig und für die Desinfektion einer Vielzahl von vegetativen Mikroben sehr effektiv. Ein Nachteil von Alkoholen ist jedoch ihre hohe Flüchtigkeit, die ihre Wirksamkeit auf unmittelbar nach der Anwendung beschränkt.

Übung (PageIndex{4})

  1. Nennen Sie mindestens drei Vorteile von Alkoholen als Desinfektionsmittel.
  2. Beschreiben Sie einige spezifische Anwendungen von Alkoholen, die in Desinfektionsprodukten verwendet werden.

Tenside

Tenside oder Tenside sind eine Gruppe chemischer Verbindungen, die die Oberflächenspannung von Wasser senken. Tenside sind die Hauptbestandteile von Seifen und Waschmitteln. Seifen sind Salze langkettiger Fettsäuren und haben sowohl polare als auch unpolare Bereiche, wodurch sie mit polaren und unpolaren Bereichen in anderen Molekülen wechselwirken können (Abbildung (PageIndex{7})). Sie können mit unpolaren Ölen und Fetten interagieren, um Emulsionen in Wasser zu bilden, die Schmutz und Mikroben von Oberflächen und Haut lösen und entfernen. Seifen töten oder hemmen das mikrobielle Wachstum nicht und gelten daher nicht als Antiseptika oder Desinfektionsmittel. Die richtige Verwendung von Seifen trägt jedoch Mikroorganismen mechanisch weg und entkeimt effektiv eine Oberfläche. Einige Seifen enthalten zugesetzte bakteriostatische Mittel wie Triclocarban oder Cloflucarban, Verbindungen, die strukturell mit Triclosan verwandt sind und den Seifen antiseptische oder desinfizierende Eigenschaften verleihen.

Seifen bilden jedoch oft schwer abwaschbare Filme, insbesondere in hartem Wasser, das hohe Konzentrationen an Calcium- und Magnesiummineralsalzen enthält. Waschmittel enthalten synthetische Tensidmoleküle mit polaren und unpolaren Bereichen, die stark reinigend wirken, aber auch in hartem Wasser besser löslich sind und daher keine Seifenrückstände hinterlassen. Anionische Waschmittel, wie sie für Wäsche verwendet werden, haben ein negativ geladenes Anion an einem Ende, das an eine lange hydrophobe Kette gebunden ist, während kationische Waschmittel stattdessen ein positiv geladenes Kation aufweisen. Kationische Reinigungsmittel umfassen eine wichtige Klasse von Desinfektionsmitteln und Antiseptika, die als quartäre Ammoniumsalze (quats) bezeichnet werden, benannt nach dem charakteristischen quartären Stickstoffatom, das die positive Ladung verleiht (Abbildung (PageIndex{8})). Insgesamt haben Quats ähnliche Eigenschaften wie Phospholipide, mit hydrophilen und hydrophoben Enden. Als solche haben Quats die Fähigkeit, sich in die bakterielle Phospholipid-Doppelschicht einzufügen und die Membranintegrität zu stören. Die kationische Ladung von Quats scheint ihre antimikrobiellen Eigenschaften zu verleihen, die bei Neutralisation vermindert werden. Quats haben mehrere nützliche Eigenschaften. Sie sind stabil, ungiftig, preiswert, farblos, geruchlos und geschmacklos. Sie neigen dazu, bakterizid zu wirken, indem sie die Membranen zerstören. Sie sind auch gegen Pilze, Protozoen und behüllte Viren aktiv, Endosporen sind jedoch nicht betroffen. Im klinischen Bereich können sie als Antiseptika oder zur Desinfektion von Oberflächen verwendet werden. Mischungen von Quats finden sich auch häufig in Haushaltsreinigern und Desinfektionsmitteln, darunter viele aktuelle Formulierungen von Lysol-Markenprodukten, die Benzalkoniumchloride als Wirkstoffe enthalten. Benzalkoniumchloride finden sich zusammen mit dem Quat-Cetylpyrimidinchlorid auch in Produkten wie Hautantiseptika, Mundspülungen und Mundwässern.

Übung (PageIndex{5})

Warum gelten Seifen nicht als Desinfektionsmittel?

HÄNDE RICHTIG WASCHEN

Händewaschen ist für die öffentliche Gesundheit von entscheidender Bedeutung und sollte in einer klinischen Umgebung betont werden. Für die breite Öffentlichkeit empfiehlt die CDC das Händewaschen vor, während und nach dem Umgang mit Lebensmitteln; vor dem Essen; vor und nach der Interaktion mit jemandem, der krank ist; vor und nach der Behandlung einer Wunde; nach dem Toilettengang oder Windelwechsel; nach Husten, Niesen oder Naseputzen; nach dem Umgang mit Müll; und nach der Interaktion mit einem Tier, seinem Futter oder seinem Abfall. Abbildung (PageIndex{9}) veranschaulicht die fünf von der CDC empfohlenen Schritte zum richtigen Händewaschen.

Noch wichtiger ist das Händewaschen für medizinisches Personal, das sich zwischen jedem Patientenkontakt, nach dem Ausziehen der Handschuhe, nach Kontakt mit Körperflüssigkeiten und potenziell infektiösen Erregern sowie vor und nach der Unterstützung eines Chirurgen bei invasiven Eingriffen gründlich die Hände waschen sollte. Selbst bei der Verwendung von angemessener OP-Kleidung, einschließlich Handschuhen, ist das Schrubben für die Operation aufwendiger als das routinemäßige Händewaschen. Das Ziel des chirurgischen Peelings besteht darin, die normale Mikrobiota auf der Hautoberfläche zu reduzieren, um das Eindringen dieser Mikroben in die Operationswunden eines Patienten zu verhindern.

Es gibt kein allgemein akzeptiertes Protokoll für das chirurgische Schrubben. Protokolle für die Dauer des Schrubbens können von dem verwendeten antimikrobiellen Mittel abhängen; medizinisches Personal sollte immer die Empfehlungen des Herstellers überprüfen. Laut der Association of Surgical Technologists (AST) können chirurgische Peelings mit oder ohne Verwendung von Bürsten durchgeführt werden (Abbildung (PageIndex{9})).

Um mehr über das richtige Händewaschen zu erfahren, besuchen Sie die Website der CDC.

Bisbiguanide

Bisbiguanide wurden erstmals im 20. Jahrhundert synthetisiert und sind kationische (positiv geladene) Moleküle, die für ihre antiseptischen Eigenschaften bekannt sind (Abbildung (PageIndex{10})). Ein wichtiges Bisbiguanid-Antiseptikum ist Chlorhexidin. Es hat ein breites Wirkungsspektrum gegen Hefen, grampositive Bakterien und gramnegative Bakterien, mit Ausnahme von Pseudomonas aeruginosa, die bei wiederholter Exposition Resistenzen entwickeln können.13 Chlorhexidin zerstört die Zellmembranen und ist bei niedrigeren Konzentrationen bakteriostatisch oder bei höheren Konzentrationen bakterizid, wobei es tatsächlich zum Erstarren des zytoplasmatischen Inhalts der Zellen führt. Es hat auch Aktivität gegen behüllte Viren. Chlorhexidin ist jedoch schlecht wirksam gegen Mycobacterium tuberculosis und unbehüllte Viren, und es ist nicht sporizid. Chlorhexidin wird typischerweise im klinischen Umfeld als chirurgisches Peeling und für andere Handwaschbedürfnisse des medizinischen Personals sowie zur topischen Antiseptik von Patienten vor einer Operation oder Nadelinjektion verwendet. Es ist persistenter als Jodophore und bietet eine lang anhaltende antimikrobielle Aktivität. Chlorhexidinlösungen können auch als Mundspülungen nach oralen Eingriffen oder zur Behandlung von Gingivitis verwendet werden. Ein anderes Bisbiguanid, Alexidin, wird als chirurgisches Peeling und als Mundspülung immer beliebter, da es schneller wirkt als Chlorhexidin.

Übung (PageIndex{6})

Welche zwei Wirkungen hat Chlorhexidin auf Bakterienzellen?

Alkylierungsmittel

Die Alkylierungsmittel sind eine Gruppe stark desinfizierender Chemikalien, die wirken, indem sie ein Wasserstoffatom innerhalb eines Moleküls durch eine Alkylgruppe (Cnh2n+1), wodurch Enzyme und Nukleinsäuren inaktiviert werden (Abbildung (PageIndex{11})). Das Alkylierungsmittel Formaldehyd (CH2OH) wird üblicherweise in Lösung mit einer Konzentration von 37 % (bekannt als Formalin) oder als gasförmiges Desinfektionsmittel und Biozid verwendet. Es ist ein starkes Breitband-Desinfektionsmittel und Biozid, das Bakterien, Viren, Pilze und Endosporen abtötet, was zu einer Sterilisation bei niedrigen Temperaturen führt, was manchmal eine bequeme Alternative zu den arbeitsintensiveren Hitzesterilisationsmethoden ist. Es vernetzt auch Proteine ​​und wird häufig als chemisches Fixiermittel verwendet. Aus diesem Grund wird es zur Aufbewahrung von Gewebeproben und als Einbalsamierungsflüssigkeit verwendet. Es wurde auch verwendet, um infektiöse Agenzien bei der Impfstoffzubereitung zu inaktivieren. Formaldehyd reizt lebendes Gewebe stark und ist außerdem krebserregend; Daher wird es nicht als Antiseptikum verwendet.

Glutaraldehyd ist Formaldehyd strukturell ähnlich, besitzt jedoch zwei reaktive Aldehydgruppen, wodurch es schneller als Formaldehyd wirkt. Es wird üblicherweise als 2%ige Lösung zur Sterilisation verwendet und unter dem Markennamen Cidex vertrieben. Es wird verwendet, um eine Vielzahl von Oberflächen und chirurgischen und medizinischen Geräten zu desinfizieren. Glutaraldehyd reizt jedoch ähnlich wie Formaldehyd die Haut und wird nicht als Antiseptikum verwendet.

Eine neue Art von Desinfektionsmittel, die bei der Desinfektion medizinischer Geräte immer beliebter wird, ist o-Phthalaldehyd (OPA), das in einigen neueren Formulierungen von Cidex und ähnlichen Produkten enthalten ist und Glutaraldehyd ersetzt. o-Phthalaldehyd besitzt ebenfalls zwei reaktive Aldehydgruppen, die jedoch durch eine aromatische Brücke verbunden sind. Es wird angenommen, dass o-Phthalaldehyd ähnlich wie Glutaraldehyd und Formaldehyd wirkt, die Haut und die Nasenwege jedoch viel weniger reizt, einen minimalen Geruch erzeugt, vor der Verwendung nicht verarbeitet werden muss und wirksamer gegen Mykobakterien ist.

Ethylenoxid ist ein Alkylierungsmittel, das zur Gassterilisation verwendet wird. Es ist stark durchdringend und kann Gegenstände in Plastiktüten wie Katheter, Einweggegenstände in Labors und Kliniken (wie verpackte Petrischalen) und andere Ausrüstungsgegenstände sterilisieren. Die Ethylenoxid-Exposition ist eine Form der Kaltsterilisation und eignet sich daher für die Sterilisation hitzeempfindlicher Gegenstände. Bei der Verwendung von Ethylenoxid ist jedoch große Vorsicht geboten; es ist wie die anderen Alkylierungsmittel krebserregend und zudem hochexplosiv. Bei sorgfältiger Anwendung und ordnungsgemäßer Belüftung der Produkte nach der Behandlung ist Ethylenoxid hochwirksam, und Ethylenoxid-Sterilisatoren werden häufig in medizinischen Einrichtungen zum Sterilisieren von verpackten Materialien verwendet.

β-Propionolacton ist ein Alkylierungsmittel mit einer anderen chemischen Struktur als die anderen bereits diskutierten. Wie andere Alkylierungsmittel bindet β-Propionolacton an DNA und inaktiviert sie dadurch (Abbildung (PageIndex{11})). Es ist eine klare Flüssigkeit mit einem starken Geruch und hat die Fähigkeit, Endosporen abzutöten. Als solches wurde es entweder in flüssiger Form oder als Dampf zur Sterilisation von medizinischen Instrumenten und Gewebetransplantaten verwendet und ist ein üblicher Bestandteil von Impfstoffen, die verwendet werden, um deren Sterilität zu erhalten. Es wurde auch zur Sterilisation von Nährbrühe sowie Blutplasma, Milch und Wasser verwendet. Es wird von Tieren und Menschen schnell zu Milchsäure metabolisiert. Es ist jedoch auch reizend und kann zu dauerhaften Schäden an Augen, Nieren oder Leber führen. Darüber hinaus hat es sich bei Tieren als krebserregend erwiesen; Daher sind Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, um die Exposition des Menschen gegenüber β-Propionolacton zu minimieren.14

Übung (PageIndex{7})

  1. An welcher chemischen Reaktion nehmen Alkylierungsmittel teil?
  2. Warum werden Alkylantien nicht als Antiseptika verwendet?

DIEHARD PRIONS

Prionen, die azellulären, fehlgefalteten Proteine, die für unheilbare und tödliche Krankheiten wie Kuru und Creutzfeldt-Jakob-Krankheit verantwortlich sind (siehe Viroide, Virusoide und Prionen), sind bekanntermaßen schwer zu zerstören. Prionen sind extrem resistent gegen Hitze, Chemikalien und Strahlung. Sie sind auch extrem ansteckend und tödlich; daher erfordert die Handhabung und Entsorgung von Prionen-infizierten Gegenständen eine umfassende Schulung und äußerste Vorsicht.

Typische Desinfektionsmethoden können die Infektiosität von Prionen reduzieren, aber nicht eliminieren. Das Autoklavieren ist nicht vollständig wirksam, ebenso wenig Chemikalien wie Phenol, Alkohole, Formalin und β-Propiolacton. Auch bei Fixierung in Formalin bleiben betroffene Hirn- und Rückenmarksgewebe infektiös.

Personal, das kontaminierte Proben oder Geräte handhabt oder mit infizierten Patienten arbeitet, muss einen Schutzmantel, Gesichtsschutz und schnittfeste Handschuhe tragen. Jeder Hautkontakt muss sofort mit Spülmittel und warmem Wasser ohne Schrubben abgewaschen werden. Die Haut sollte dann 1 Minute lang mit 1 N NaOH oder einer 1:10 Verdünnung Bleichmittel gewaschen werden. Kontaminierter Abfall muss in einer stark basischen Lösung verbrannt oder autoklaviert werden, und Instrumente müssen gereinigt und in einer stark basischen Lösung eingeweicht werden.

Weitere Informationen zum Umgang mit Tieren und mit Prionen kontaminiertem Material finden Sie in den auf den Websites der CDC und der WHO veröffentlichten Richtlinien.

Persauerstoffe

Persauerstoffe sind starke Oxidationsmittel, die als Desinfektionsmittel oder Antiseptika verwendet werden können. Der am weitesten verbreitete Persauerstoff ist Wasserstoffperoxid (H2Ö2), das häufig in Lösung zur Desinfektion von Oberflächen verwendet wird und auch als gasförmiges Mittel verwendet werden kann. Wasserstoffperoxidlösungen sind kostengünstige Hautantiseptika, die in Wasser und Sauerstoffgas zerfallen, die beide umweltverträglich sind. Diese Zersetzung wird in Gegenwart von Licht beschleunigt, daher werden Wasserstoffperoxidlösungen typischerweise in braunen oder undurchsichtigen Flaschen verkauft. Ein Nachteil der Verwendung von Wasserstoffperoxid als Antiseptikum besteht darin, dass es auch Hautschäden verursacht, die die Heilung verzögern oder zu Narbenbildung führen können. Kontaktlinsenreiniger enthalten oft Wasserstoffperoxid als Desinfektionsmittel.

Wasserstoffperoxid wirkt, indem es freie Radikale produziert, die zelluläre Makromoleküle schädigen. Wasserstoffperoxid hat ein breites Wirkungsspektrum und wirkt gegen grampositive und gramnegative Bakterien (mit etwas größerer Wirksamkeit gegen grampositive Bakterien), Pilze, Viren und Endosporen. Bakterien, die die sauerstoffentgiftenden Enzyme Katalase oder Peroxidase produzieren, können jedoch eine inhärente Toleranz gegenüber niedrigen Wasserstoffperoxidkonzentrationen aufweisen (Abbildung (PageIndex{12})). Um Endosporen abzutöten, muss die Expositionsdauer oder Konzentration von Wasserstoffperoxidlösungen erhöht werden. Gasförmiges Wasserstoffperoxid hat eine größere Wirksamkeit und kann als Sterilisationsmittel für Räume oder Geräte verwendet werden.

Plasma, ein heißes, ionisiertes Gas, das als vierter Aggregatzustand beschrieben wird, ist für die Sterilisation von Geräten nützlich, da es Oberflächen durchdringt und vegetative Zellen und Endosporen abtötet. Wasserstoffperoxid und Peressigsäure, ein weiterer häufig verwendeter Persauerstoff, können jeweils als Plasma eingeführt werden. Peressigsäure kann als flüssiges oder Plasma-Sterilisationsmittel verwendet werden, insofern es leicht Endosporen abtötet, selbst bei eher geringen Konzentrationen wirksamer ist als Wasserstoffperoxid und immun gegen Inaktivierung durch Katalasen und Peroxidasen ist. Es zerfällt auch in umweltschädliche Verbindungen; in diesem Fall Essigsäure und Sauerstoff.

Andere Beispiele für Persauerstoffe umfassen Benzoylperoxid und Carbamidperoxid. Benzoylperoxid ist ein Persauerstoff, der in Akne-Medikamentenlösungen verwendet wird. Es tötet das Bakterium Propionibacterium acnes, die mit Akne verbunden ist. Carbamidperoxid, ein Inhaltsstoff in Zahnpasta, ist ein Persauerstoff, der orale Biofilme bekämpft, die Zahnverfärbungen und Mundgeruch (Mundgeruch) verursachen.15 Schließlich ist Ozongas ein Persauerstoff mit desinfizierenden Eigenschaften und wird zur Reinigung von Luft oder Wasser verwendet. Insgesamt sind Persauerstoffe hochwirksam und werden häufig verwendet, ohne dass damit eine Umweltgefährdung verbunden ist.

Übung (PageIndex{8})

Wie töten Peroxide Zellen?

Überkritische Flüssigkeiten

In den letzten 15 Jahren hat der Einsatz überkritischer Flüssigkeiten, insbesondere überkritischem Kohlendioxid (scCO2), hat für bestimmte Sterilisationsanwendungen an Popularität gewonnen. Wenn Kohlendioxid auf etwa das 10-fache des Atmosphärendrucks gebracht wird, erreicht es einen überkritischen Zustand, dessen physikalische Eigenschaften zwischen denen von Flüssigkeiten und Gasen liegen. Materialien, die in eine Kammer eingebracht werden, in der Kohlendioxid auf diese Weise unter Druck gesetzt wird, können aufgrund der Fähigkeit von scCO . sterilisiert werden2 Oberflächen zu durchdringen.

Überkritisches Kohlendioxid wirkt, indem es Zellen durchdringt und Kohlensäure bildet, wodurch der pH-Wert der Zelle erheblich gesenkt wird. Diese Technik ist wirksam gegen vegetative Zellen und wird auch in Kombination mit Peressigsäure verwendet, um Endosporen abzutöten. Seine Wirksamkeit kann auch durch eine erhöhte Temperatur oder durch schnelle Zyklen von Druckbeaufschlagung und Druckabbau verstärkt werden, die wahrscheinlicher zu einer Zelllyse führen.

Vorteile von scCO2 umfassen die nicht reaktiven, nicht toxischen und nicht brennbaren Eigenschaften von Kohlendioxid, und dieses Protokoll ist bei niedrigen Temperaturen wirksam. Im Gegensatz zu anderen Methoden wie Hitze und Bestrahlung, die das zu sterilisierende Objekt schädigen können, ist die Verwendung von scCO2 bewahrt die Integrität des Objekts und wird häufig zur Behandlung von Lebensmitteln (einschließlich Gewürzen und Säften) und medizinischen Geräten wie Endoskopen verwendet. Es wird auch immer beliebter, um Gewebe wie Haut, Knochen, Sehnen und Bänder vor der Transplantation zu desinfizieren. scCO2 can also be used for pest control because it can kill insect eggs and larvae within products.

Übung (PageIndex{9})

Why is the use of supercritical carbon dioxide gaining popularity for commercial and medical uses?

Chemical Food Preservatives

Chemical preservatives are used to inhibit microbial growth and minimize spoilage in some foods. Commonly used chemical preservatives include sorbic acid, benzoic acid, and propionic acid, and their more soluble salts potassium sorbate, sodium benzoate, and calcium propionate, all of which are used to control the growth of molds in acidic foods. Each of these preservatives is nontoxic and readily metabolized by humans. They are also flavorless, so they do not compromise the flavor of the foods they preserve.

Sorbic and benzoic acids exhibit increased efficacy as the pH decreases. Sorbic acid is thought to work by inhibiting various cellular enzymes, including those in the citric acid cycle, as well as catalases and peroxidases. It is added as a preservative in a wide variety of foods, including dairy, bread, fruit, and vegetable products. Benzoic acid is found naturally in many types of fruits and berries, spices, and fermented products. It is thought to work by decreasing intracellular pH, interfering with mechanisms such as oxidative phosphorylation and the uptake of molecules such as amino acids into cells. Foods preserved with benzoic acid or sodium benzoate include fruit juices, jams, ice creams, pastries, soft drinks, chewing gum, and pickles.

Propionic acid is thought to both inhibit enzymes and decrease intracellular pH, working similarly to benzoic acid. However, propionic acid is a more effective preservative at a higher pH than either sorbic acid or benzoic acid. Propionic acid is naturally produced by some cheeses during their ripening and is added to other types of cheese and baked goods to prevent mold contamination. It is also added to raw dough to prevent contamination by the bacterium Bacillus mesentericus, which causes bread to become ropy.

Other commonly used chemical preservatives include sulfur dioxide and nitrites. Sulfur dioxide prevents browning of foods and is used for the preservation of dried fruits; it has been used in winemaking since ancient times. Sulfur dioxide gas dissolves in water readily, forming sulfites. Although sulfites can be metabolized by the body, some people have sulfite allergies, including asthmatic reactions. Additionally, sulfites degrade thiamine, an important nutrient in some foods. The mode of action of sulfites is not entirely clear, but they may interfere with the disulfide bond (see [link]) formation in proteins, inhibiting enzymatic activity. Alternatively, they may reduce the intracellular pH of the cell, interfering with proton motive force-driven mechanisms.

Nitrites are added to processed meats to maintain color and stop the germination of Clostridium botulinumendospores. Nitrites are reduced to nitric oxide, which reacts with heme groups and iron-sulfur groups. When nitric oxide reacts with the heme group within the myoglobin of meats, a red product forms, giving meat its red color. Alternatively, it is thought that when nitric acid reacts with the iron-sulfur enzyme ferredoxin within bacteria, this electron transport-chain carrier is destroyed, preventing ATP synthesis. Nitrosamines, however, are carcinogenic and can be produced through exposure of nitrite-preserved meats (e.g., hot dogs, lunch meat, breakfast sausage, bacon, meat in canned soups) to heat during cooking.

Natural Chemical Food Preservatives

The discovery of natural antimicrobial substances produced by other microbes has added to the arsenal of preservatives used in food. Nisin is an antimicrobial peptide produced by the bacterium Lactococcus lactis and is particularly effective against gram-positive organisms. Nisin works by disrupting cell wall production, leaving cells more prone to lysis. It is used to preserve cheeses, meats, and beverages.

Natamycin is an antifungal macrolide antibiotic produced by the bacterium Streptomyces natalensis. It was approved by the FDA in 1982 and is used to prevent fungal growth in various types of dairy products, including cottage cheese, sliced cheese, and shredded cheese. Natamycin is also used for meat preservation in countries outside the United States.

Übung (PageIndex{10})

What are the advantages and drawbacks of using sulfites and nitrites as food preservatives?

Schlüsselkonzepte und Zusammenfassung

  • Schwermetalle, including mercury, silver, copper, and zinc, have long been used for disinfection and preservation, although some have toxicity and environmental risks associated with them.
  • Halogens, including chlorine, fluorine, and iodine, are also commonly used for disinfection. Chlorine compounds, including sodium hypochlorite, chloramines, und Chlordioxid, are commonly used for water disinfection. Iodine, in both tincture und iodophor forms, is an effective antiseptic.
  • Alkohole, including ethyl alcohol and isopropyl alcohol, are commonly used antiseptics that act by denaturing proteins and disrupting membranes.
  • Phenole are stable, long-acting disinfectants that denature proteins and disrupt membranes. They are commonly found in household cleaners, mouthwashes, and hospital disinfectants, and are also used to preserve harvested crops.
  • The phenolic compound triclosan, found in antibacterial soaps, plastics, and textiles is technically an antibiotic because of its specific mode of action of inhibiting bacterial fatty-acid synthesis..
  • Tenside, including soaps and detergents, lower the surface tension of water to create emulsions that mechanically carry away microbes. Soaps are long-chain fatty acids, whereas detergents are synthetic surfactants.
  • Quaternary ammonium compounds (quats) are cationic detergents that disrupt membranes. They are used in household cleaners, skin disinfectants, oral rinses, and mouthwashes.
  • Bisbiguanides disrupt cell membranes, causing cell contents to gel. Chlorhexidine und alexidine are commonly used for surgical scrubs, for handwashing in clinical settings, and in prescription oral rinses.
  • Alkylating agents effectively sterilize materials at low temperatures but are carcinogenic and may also irritate tissue. Glutaraldehyd und o-phthalaldehyde are used as hospital disinfectants but not as antiseptics. Formaldehyd is used for the storage of tissue specimens, as an embalming fluid, and in vaccine preparation to inactivate infectious agents. Ethylenoxid is a gas sterilant that can permeate heat-sensitive packaged materials, but it is also explosive and carcinogenic.
  • Persauerstoffe, einschließlich Wasserstoffperoxid, peracetic acid, benzoyl peroxide, and ozone gas, are strong oxidizing agents that produce free radicals in cells, damaging their macromolecules. They are environmentally safe and are highly effective disinfectants and antiseptics.
  • Pressurized carbon dioxide in the form of a supercritical fluid easily permeates packaged materials and cells, forming carbonic acid and lowering intracellular pH. Supercritical carbon dioxide is nonreactive, nontoxic, nonflammable, and effective at low temperatures for sterilization of medical devices, implants, and transplanted tissues.
  • Chemical preservatives are added to a variety of foods. Sorbic acid, benzoic acid, propionic acid, and their more soluble salts inhibit enzymes or reduce intracellular pH.
  • Sulfites are used in winemaking and food processing to prevent browning of foods.
  • Nitrite are used to preserve meats and maintain color, but cooking nitrite-preserved meats may produce carcinogenic nitrosamines.
  • Nisin und natamycin are naturally produced preservatives used in cheeses and meats. Nisin is effective against gram-positive bacteria and natamycin against fungi.

Mehrfachauswahl

Which of the following refers to a disinfecting chemical dissolved in alcohol?

A. iodophor
B. tincture
C. phenolic
D. peroxygen

B

Which of the following peroxygens is widely used as a household disinfectant, is inexpensive, and breaks down into water and oxygen gas?

A. hydrogen peroxide
B. peracetic acid
C. benzoyl peroxide
D. ozone

EIN

Which of the following chemical food preservatives is used in the wine industry but may cause asthmatic reactions in some individuals?

A. nitrites
B. sulfites
C. propionic acid
D. benzoic acid

B

Bleach is an example of which group of chemicals used for disinfection?

A. heavy metals
B. halogens
C. quats
D. bisbiguanides

B

Which chemical disinfectant works by methylating enzymes and nucleic acids and is known for being toxic and carcinogenic?

A. sorbic acid
B. triclosan
C. formaldehyde
D. hexaclorophene

C

Fülle die Lücke aus

Doorknobs and other surfaces in clinical settings are often coated with ________, ________, or ________ to prevent the transmission of microbes.

copper, nickel, zinc

Wahr falsch

Soaps are classified as disinfectants.

False

Mercury-based compounds have fallen out of favor for use as preservatives and antiseptics.

Wahr

Kurze Antwort

Which solution of ethyl alcohol is more effective at inhibiting microbial growth: a 70% solution or a 100% solution? Wieso den?

When might a gas treatment be used to control microbial growth instead of autoclaving? What are some examples?

What is the advantage of using an iodophor rather than iodine or an iodine tincture?

Kritisches Denken

Looking at Figure and reviewing the functional groups in [link], which alkylating agent shown lacks an aldehyde group?

Do you think naturally produced antimicrobial products like nisin and natamycin should replace sorbic acid for food preservation? Warum oder warum nicht?

Why is the use of skin disinfecting compounds required for surgical scrubbing and not for everyday handwashing?

Fußnoten

  1. 1 US Food and Drug Administration. “Triclosan: What Consumers Should Know.” 2015. www.fda.gov/ForConsumers/Cons.../ucm205999.htm. Accessed June 9, 2016.
  2. 2 J. Stromberg. “Five Reasons Why You Should Probably Stop Using Antibacterial Soap.” Smithsonian.com January 3, 2014. www.smithsonianmag.com/scienc...948078/?no-ist. Accessed June 9, 2016.
  3. 3 SP Yazdankhah et al. “Triclosan and Antimicrobial Resistance in Bacteria: An Overview.” Microbial Drug Resistance 12 Nr. 2 (2006):83–90.
  4. 4 L. Birošová, M. Mikulášová. “Development of Triclosan and Antibiotic Resistance in Salmonella enterica serovar Typhimurium.” Zeitschrift für Medizinische Mikrobiologie 58 no. 4 (2009):436–441.
  5. 5 AB Dann, A. Hontela. “Triclosan: Environmental Exposure, Toxicity and Mechanisms of Action.” Journal of Applied Toxicology 31 Nr. 4 (2011):285–311.
  6. 6 US Centers for Disease Control and Prevention. “Triclosan Fact Sheet.” 2013. www.cdc.gov/biomonitoring/Tri...FactSheet.html. Accessed June 9, 2016.
  7. 7 EM Clayton et al. “The Impact of Bisphenol A and Triclosan on Immune Parameters in the US Population, NHANES 2003-2006.” Umwelt- und Gesundheitsperspektiven 119 no. 3 (2011):390.
  8. 8 N. Silvestry-Rodriguez et al. “Silver as a Disinfectant.” In Bewertungen zu Umweltverschmutzung und Toxikologie, pp. 23-45. Edited by GW Ware and DM Whitacre. New York: Springer, 2007.
  9. 9 B. Owens. “Silver Makes Antibiotics Thousands of Times More Effective.” Natur June 19 2013. http://www.nature.com/news/silver-ma...ective-1.13232
  10. 10 C. Seiler, TU Berendonk. “Heavy Metal Driven Co-Selection of Antibiotic Resistance in Soil and Water Bodies Impacted by Agriculture and Aquaculture.” Grenzen in der Mikrobiologie 3 (2012):399.
  11. 11 World Health Organization. “Benefits and Risks of the Use of Chlorine-Containing Disinfectants in Food Production and Food Processing: Report of a Joint FAO/WHO Expert Meeting.” Geneva, Switzerland: World Health Organization, 2009.
  12. 12 RE Marquis. “Antimicrobial Actions of Fluoride for Oral Bacteria.” Canadian Journal of Microbiology 41 Nr. 11 (1995):955–964.
  13. 13 L. Thomas et al. “Development of Resistance to Chlorhexidine Diacetate in Pseudomonas aeruginosa and the Effect of a ‘Residual’ Concentration.” Journal of Hospital Infection 46 no. 4 (2000):297–303.
  14. 14 Institute of Medicine. “Long-Term Health Effects of Participation in Project SHAD (Shipboard Hazard and Defense).” Washington, DC: The National Academies Press, 2007.
  15. 15 Yao, C.S. et al. “In vitro antibacterial effect of carbamide peroxide on oral biofilm.” Journal of Oral Microbiology Jun 12, 2013. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3682087/. doi: 10.3402/jom.v5i0.20392.

Synthetische Biologie erweitert die chemische Kontrolle von Mikroorganismen

Synthetic biological sensors allow us to control microorganism function.

Functions include monitoring toxicity, treating disease and producing chemicals.

Sensors and chemicals can link microbial consortia for higher functionality.

Die Werkzeuge der synthetischen Biologie ermöglichen es Forschern, die Art und Weise, wie manipulierte Organismen auf chemische Reize reagieren, zu verändern. Jahrzehntelange Grundlagenforschung in der Biologie und neue Bemühungen im computergestützten Protein- und RNA-Design haben zur Entwicklung von Sensoren für kleine Moleküle geführt, die verwendet werden können, um die Funktion von Organismen zu verändern. Diese neuen Funktionen springen über die natürlichen Neigungen der gentechnisch veränderten Organismen hinaus. Sie können von einfacher Fluoreszenz- oder Wachstumsmeldung bis hin zur Abtötung von Krankheitserregern reichen und können eine metabolische Koordination zwischen mehreren Zellen oder Organismen beinhalten. Herein, we discuss how synthetic biology alters microorganisms’ responses to chemical stimuli resulting in the development of microbes as toxicity sensors, disease treatments, and chemical factories.


The advantages and disadvantages of chemical pesticides

The use of chemical pesticides is widespread due to their relatively low cost, the ease with which they can be applied and their effectiveness, availability and stability. Chemical pesticides are generally fast-acting, which limits the damage done to crops.

Chemical pesticides have some major drawbacks, but they are still widely sold and used. We will discuss four of the disadvantages of chemical pesticides here. First, chemical pesticides are often not just toxic to the organisms for which they were intended, but also to other organisms. Chemical pesticides can be subdivided into two groups: non-selective and selective pesticides. The non-selective products are the most harmful, because they kill all kinds of organisms, including harmless and useful species. For example, there are herbicides that kill both broad-leaf weeds and grasses. This means they are non-selective since they kill nearly all vegetation.

Selective pesticides have a more limited range. They only get rid of the target pest, disease or weed and other organisms are not affected. An example is a weed killer that only works on broadleaf weeds. This could be used on lawns, for example, since it does not kill grass. These days, a combination of several products is usually required to control several pests because almost all permitted products are selective and thus only control a limited range of pests.

Another disadvantage of chemical pesticides is resistance. Pesticides are often effective for only a (short) period on a particular organism. Organisms can become immune to a substance, so they no longer have an effect. These organisms mutate and become resistant. This means that other pesticides need to be used to control them.

A third drawback is accumulation. If sprayed plants are eaten by an organism, and that organism is then eaten by another, the chemicals are can be passed up the food chain. Animals at the top of the food chain, usually predators or humans, have a greater chance of toxicity due to the build-up of pesticides in their system. Gradually, however, this effect is becoming less relevant because pesticides are now required to break down more quickly so that they cannot accumulate. If they do not, they are not permitted for sale.


Accumulation, which is illustrated here, is one of the disadvantages of chemical pesticides. Animals or humans at the end of a food chain have a greater chance of damage or dying due to the build-up of pesticides in their system. This drawback is becoming less important, however, because pesticides that do not break down quickly enough are no longer permitted.

The last and most significant threat relates to the remains or residues of pesticides which are left behind on the crops. Residue may be consumed on fruit or vegetables, for example, and for this reason crops may not be sprayed close to harvesting. Alternatively, the remains of pesticides may soak into the soil or groundwater and the contaminated water might then be used to spray the crops or be drunk by animals.

In short, there are various ways of minimizing the adverse environmental effects of pesticides: use selective pesticides (which do not harm beneficial organisms significantly) choose a pesticide that breaks down quickly take care when spaying crops so that there is no drift to other crops.


Synthetic biology strategies for microbial biosynthesis of plant natural products

Metabolic engineers endeavor to create a bio-based manufacturing industry using microbes to produce fuels, chemicals, and medicines. Plant natural products (PNPs) are historically challenging to produce and are ubiquitous in medicines, flavors, and fragrances. Engineering PNP pathways into new hosts requires finding or modifying a suitable host to accommodate the pathway, planning and implementing a biosynthetic route to the compound, and discovering or engineering enzymes for missing steps. In this review, we describe recent developments in metabolic engineering at the level of host, pathway, and enzyme, and discuss how the field is approaching ever more complex biosynthetic opportunities.

Interessenkonflikt-Erklärung

Die Autoren erklären keine konkurrierenden Interessen.

Figuren

Metabolic engineering at multiple levels…

Metabolic engineering at multiple levels has enabled engineering of increasingly complex heterologous PNP…

Common host engineering strategies to…

Common host engineering strategies to increase titer of a PNP precursor compound. Yellow…

Pathway engineering can be broken…

Pathway engineering can be broken down into enzyme module and discovery components. a…

Potential means of producing novel…

Potential means of producing novel metabolites once a heterologous pathway to a natural…


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