Mikroobivastaste pindade katsetused jäävad ohtlikult eluvõõraks

Tervishoius, toidutööstuses ja ühiskasutatavatel pindadel on mikroobide tõrjumine vajalik, et ennetada haiguste levikut. Tallinna Tehnikaülikooli ning Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudi doktoritöö osutab aga, et mikroobivastaste pinnakatete efektiivsust testitakse sageli liiga leebetes tingimustes. Samuti esitletakse töös uusi pinnakatteid, mis võitlevad mikroobidega mitmel rindel.
"Tegelikult on enamik mikroobe maailmas meile kas kahjutud või kasulikud ja ainult väga väike osa neist tekitavad potentsiaalselt haigusi. Me ei taha kõiki neid ära tappa," ütleb Tallinna Tehnikaülikooli värske doktor Merilin Rosenberg. Mikroobide ehk bakterite, viiruste ja seente tõrjumine on tema sõnul põhjendatud kohtades, kus käivad nakkusele keskmisest vastuvõtlikumad inimesed või on oht haigustekitajaid inimeselt inimesel levitada suur. Näiteks on sellised kohad haiglad ja hooldekodud, aga omal kohal on see ka ühistranspordi ja makseterminalide puutepindadel.
Oma äsja kaitstud doktoritöös analüüsis Rosenberg uudseid tsinkoksiidi (ZnO) ja tsinkoksiid/hõbeda (ZnO/Ag) nanoosakestega kaetud mikroobivastaseid pindasid. Nende pindade efektiivsust hinnates tõdes ta, et praegu laialdaselt kasutatavad standardsed hindamistestid ei pruugi anda lõpliku toote kohta tõest pilti. Seega pakkus ta välja võimalused, kuidas selliste antimikroobsete pindade mõju elulähedasemalt testida.
Kaks uuendust ühe hoobiga
"Sageli on nii, et kui teadusartiklites uusi mikroobivastaseid pinnakattematerjale välja pakutakse, siis testitakse ainult neid materjale või üksikuid toimeaineid, ilma täpsemalt uurimata, kuidas need tegelikult pinnale haakuksid ja lõppkasutuse tingimustes toimiksid. Ei vaadata, kui kaua need vastu peavad, kas neid ka päriselt planeeritud pindadel kasutada saab," ütleb doktoritööd juhendanud Tartu Ülikooli geneetika professor Angela Ivask.
Merilin Rosenbergi sõnul hinnatakse antimikroobseid pindu praegu rahvusvahelise standardiorganisatsiooni poolt väljatöötatud testidega. Neid teste tehakse märgades ja soojades tingimustes ning väga pika kontaktajaga ehk näiteks ühe ööpäeva jooksul. "See ei lange üldjuhul kokku pindade lõppkasutuse tingimustega ja kipub materjalide mikroobivastaseid omadusi üle hindama," osutab Rosenberg.
Oma töös arendas ta koostöös Tartu Ülikooli füüsika instituudiga välja uued multimodaalsed ehk mitme mehhanismi abil mikroobe tõrjuvad pinnad. "Nende pindade puhul on kombineeritud hõbeda ja tsingi ehk teadaolevate antimikroobsete metalliioonide vabanemine tsinkoksiidi fotokatalüütiliste omadustega," kirjeldab Rosenberg.
See tähendab, et pinnad sisaldavad metalliioone, mis surmavad mikroobe katkematult. Kui valgustada neid pindu lisaks päikese spektris oleva UVA-kiirgusega, lagundavad pindadel tekkinud ülireaktiivsed radikaalid surnud mikroobidest järele jäävat saastet, mis võiks muidu hakata pinna peale kuhjudes takistama sellelt vabanevate metalliioonide toimet. "See muudab need pinnad nii-öelda isepuhastuvaks ehk neil ongi kombineeritud toime," sõnab Rosenberg.
Algul oligi arendustöö eesmärk leida sellisele pinnale parim võimalik koostis. Selleks lisasid autorid esiteks tsinkoksiidi ja hõbedat plastipolümeerile, mis aga ei toiminud, sest kõik mikroobivastased nanoosakesed mattusid kasutult plasti sisse. "Lõpuks jõudsime välja pinnalakini, mida me oleme tänaseks kandnud puitpindadele ja metallile ning sellised pinnad töötavad," ütleb Ivask.
Metallile kantav lakk sobib tema sõnul hästi näiteks ukselinkidele ja muudele haiglapindadele. "Seal oleme saavutanud juba päris hea tõhususe, kus saame mõne tunni või isegi vähema ajaga suurest osast bakteritest lahti," ütleb ta. Uuring ise sai aga alguse koostööst ühe köögis kasutatavaid puitpindu tootva ettevõttega, keda huvitas puidule kantav lakk.
Rosenbergi sõnul on bakteritest ja osadest viirustest vabaneda suhteliselt kerge, seentest ja teisest osast viirustest aga väga raske. "Meie testid näitasid, et kuigi me baktereid oma multimodaalsete pindadega tapsime väga edukalt, siis seentele polnud neil peaaegu mingisugust mõju ja seened kippusid neid isegi meelsamini koloniseerima. Nii et seened on omaette probleem," märgib ta.
Kui uued lakid valmis said, oli vaja neid ka analüüsida. "Võtsimegi standardmetoodika ja tõdesime, et seal on ette nähtud pindade lõppkasutusele mitte vastav kontaktaeg," kirjeldab Ivask: "Miks me peame nii kaua baktereid pinnaga kontaktis hoidma? See ei ole ju kuidagi tegelikule kasutusele mõeldes asjakohane."
Rosenbergi sõnul testisidki nad erinevaid mikroobivastaste pindade analüüsi võimalusi. "Leidsime, et kuigi osa meetodeid, mis on algselt arendatud pigem vedelike ja pulbrite testimiseks või tööks mikroobide vedelkultuuridega, sobivad ka pindade testimiseks, ei saa neid alati muutmata kasutada," märgib ta. Tahkete pindade analüüsil võib nimelt olla erisusi, mida arvesse võtmata tekibki oht, et pinna antimikroobseid omadusi hinnatakse liiga heaks.
Nähtamatu biokile
Kui bakterid mõnel pinnal elutsema hakkavad, moodustavad nad sellele Angela Ivaski sõnul ühiseluks soodsa biokile. "Sealhulgas jagavad bakterid biokiles toitaineid ja geneetilist materjali. Kui mõni neist sureb, jagavad ülejäänud omavahel kogu vabanenud orgaanilise materjali," kirjeldab ta. Teisisõnu on tegu vastupidava eluvormiga, millest on väga raske vabaneda.
"Vaatasime oma töös biokile tekkimist ja nägime, et meie pinnad pärssisid selle moodustumist pindadel," sõnab ta. Merilin Rosenbergi sõnul saavad just pinnad biokilega võidelda, sest ennetavad selle teket juba eos. "Eriti just kuiva keskkonna biokiledest, mis puutepindadele tekivad, näiteks makseterminalidele poes, on sisuliselt võimatu lahti saada," ütleb ta. Kuna desovahendid neid sealt täielikult ei eemalda, tulebki keskenduda ennetusele.
Üksikule bakteriliigile keskendunud standardtestid biokile tekkimist aga üldjuhul ei jälgi. Ehkki Rosenbergi sõnul on olemas ka just sellele keskendunud standardtestid, neid tihti ei kasutata. "Võib-olla kuna inimestele pole biokile problemaatika nii hästi kohale jõudnud, siis selle teemalised väited tootepakenditel lihtsalt ei müü hästi," oletab ta. Teisalt võib asi olla meetodite keerukuses, mis vajavad spetsiifilisi kalleid seadmeid ja eraldi väljaõppega inimesi.
Teadlased saavad appi tulla
Laias laastus jagatakse mikroobivastased strateegiad aktiivseteks ja passiivseteks. "Passiivne strateegia toimib taustal kogu aeg, aga aktiivset strateegiat sihistame mingisuguse haiguspuhangu või kindla mikrobioloogilise sihtmärgi vastu, millest tahame lahti saada," võrdleb Angela Ivask. Merilin Rosenberg toob mõlemast liigist näited: aktiivne strateegia võib olla anitbiootikumikuur bakteriaalse nakkuse korral või pastöriseerimine toidutööstuses, passiivne aga tõhus puhastamisprotseduur või mikroobivastane pind.
Mikroobivastased pinnad võivad omakorda töötada mitmel moel. Näiteks võivad need ennetada mikroobide kinnitumist pinnale või mikroobe otseselt tappa. "Viimasel juhul võib olla vajalik kas mikroobi ja pinna otsene füüsiline kontakt või pind võib mingit biotsiidset ainet aegamööda lähikeskkonda vabastada," kirjeldab Rosenberg. Näiteks võib pinnalt pidevalt vabaneda hõbeda, vase ja tsingiioone või pind võib hakata toimeainet vabastama mingi kindla keskkonnatingimuse toimel. Kui pinna puhul kasutatakse mitut toimeviisi korraga, on see multimodaalne.
Praegu peab tootja uue mikroobivastase tootega turule tulekuks Euroopa Liidus taotlema selleks luba biotsiidimääruse kontekstis. "Kui tootja ütleb, et mingisugune pind tapab 99,9 protsenti bakteritest ühe tunni jooksul, siis ta peab suutma seda kuidagi tõestada," osutab Rosenberg. Kõige lihtsam ja odavam on selleks tellida hindamisteenus mõnest akrediteeritud katselaborist. Kuigi õiguslik raamistik nõuab justkui arvestamist toote lõppkasutuse tingimustega, teevad laborid reeglina standardteste.
Ivaski sõnul näevad sellised standardtestid ette kuni 24-tunnise kontaktaja. Kui mõelda aga näiteks poekäru käepidemele, siis osutub nii pikk testiaeg kohatuks. "Esimene inimene paneb käru ära, siis tuleb järgmine ja võtab sama käru. Nende vahel on teadmata aeg, mis võib olla viis minutit, aga võib-olla mõni käru seisab puutumata terve päeva," toob ta näite. Tal tekib küsimus, kui pikk on sel juhul mikroobivastase pinna toimet näitav aeg, mille jooksul esimese inimese jäetud mikroobid enne järgmise tulekut käepidemel ära sureksid.
Põhimõtteliselt pole standardtesti Ivaski sõnul olemas, vaid õige tulemuse annaks alati rätsepatööna valminud juhtumipõhine test. Rosenbergi sõnul on aga hinnakirja alusel teenusi pakkuval laboril sellist rätsepatööd keeruline korraldada. "Minu arvates on see koht, kus on ruumi akadeemiliste laborite ja erasektori koostööks ekspertteabe- ja testiarenduse osas," pakub ta välja.
Tallinna Tehnikaülikooli keemia ja biotehnoloogia instituudi doktorant Merilin Rosenberg kaitses doktoritöö "Microbial Interactions with Inanimate Solid Surfaces: A Methodological Approach" ("Mikroobide interaktsioonid tahkete eluta pindadega: metoodiline käsitlus") 29. märtsil.