Stop biodeterioracji – szybka detekcja aktywnych grzybów pleśniowych

Doniesienia naukowe
2019-05-27
lubie to symbol 0 udostepnij symbol 0

Stop biodeterioracji – szybka detekcja aktywnych grzybów pleśniowych

Rozwój gospodarczy, postępy osiągane w nauce oraz transformacja nowoczesnych technologii w połączeniu z konsumpcjonistycznym podejściem do życia sprzyjają masowemu wzrostowi produkcji dóbr materialnych. Zagrożeniem dla trwałości przedmiotów są zniszczenia

Przedmioty codziennego użytku, żywność, kosmetyki czy sprzęt elektroniczny podlegają naturalnym procesom niszczenia, które są spowodowane działaniem zarówno czynników środowiskowych takich, jak: temperatura, wilgotność względna, promieniowanie, zanieczyszczenie środowiska, mikroorganizmy, jak i czynników wewnętrznych, do których należy zaliczyć np. związki chemiczne wchodzące w skład produktu. Większość wymienionych czynników powoduje zmiany właściwości fizykochemicznych produktów, natomiast mikroorganizmy powodują ich niszczenie, w drodze procesu nazywanego biodeterioracją.

Przedmioty codziennego użytku, żywność, kosmetyki czy sprzęt elektroniczny podlegają naturalnym procesom niszczenia.

Biodeterioracja

Biodeterioracja, będąca konsekwencją aktywności metabolicznej mikroorganizmów, jest poważnym zagrożeniem dla trwałości różnych produktów. Zarówno bakterie, jak i grzyby pleśniowe, w sprzyjających warunkach mikroklimatu, mogą rozwijać się w miejscu przechowywania produktów oraz w nich samych. Zniszczenia spowodowane działaniem mikroorganizmów mają różny charakter. Mogą obejmować zmiany w wyglądzie produktów, np. zmianę barwy, czy pojawienie się charakterystycznej, widocznej grzybni, ale mogą być również znacznie poważniejsze i doprowadzić do osłabienia struktury materiałów, np. drewna.
Oznacza to, że postępująca biodeterioracja prowadzi do obniżenia wartości towaru lub do jej całkowitej utraty. 
Dokładne wyliczenie strat wynikających z niszczącego działania mikroorganizmów jest bardzo trudne. Przegląd literatury wskazuje, że straty spowodowane przez mikroorganizmy odnotowywane są w wielu gałęziach przemysłu.

Statystyki podawane dla rynku niemieckiego wskazują, że biodeterioracja samych materiałów budowalnych przynosi straty w budownictwie sięgające corocznie 20 mln Euro. Innym przykładem, opisującym wysokość strat poniesionych w wyniku niszczącej działalności mikroorganizmów, może być zdarzenie, które miało miejsce w kanadyjskim Muzeum Nauki i Techniki. Muzeum zostało zamknięte w 2014 roku z powodu rozwoju grzybów pleśniowych na całej powierzchni poddasza, po zalaniu spowodowanym nieszczelnością dachu. Koszty renowacji budynku oszacowano na 80 mln dolarów kanadyjskich. Przytoczone sytuacje obrazują przykładową wartość zasięgu strat ekonomicznych, spowodowanych niszczącą działalnością mikroorganizmów.

Przyjmuje się obecnie, że straty w polskiej gospodarce spowodowane niszczącą działalnością mikroorganizmów sięgają 5% PKB.

Szybka identyfikacja zagrożenia

Bez wątpienia klasyczne badania mikrobiologiczne pozwalają na zidentyfikowanie i ocenę zagrożenia mikrobiologicznego i związanej z nim biodeterioracji. Trzeba jednak przyznać, że klasyczne metody hodowlane są długotrwałe, a następująca po hodowli identyfikacja mikroorganizmów jest bardzo żmudna. Dlatego uznano, że bardzo pomocna byłaby innowacyjna metoda pomiarowa umożliwiająca wczesne i szybkie wykrycie obecności aktywnych mikroorganizmów rozwijających się na produktach lub w miejscu ich przechowywania. Dzięki takiej metodzie można byłoby podjąć działania zapobiegawcze już w początkowej fazie rozwoju mikroorganizmów, a co za tym idzie zminimalizować straty materialne. Jak wspomniano powyżej proces biodeterioracji może być spowodowany aktywnością zarówno grzybów, jak i bakterii. Z uwagi na fakt, że bakterie potrzebują do rozwoju bardzo wysokiej zawartości wody w produkcie, w porównaniu z grzybami, można przyjąć, iż grzyby są częściej odpowiedzialne za biodeteriorację produktów, w szczególności produktów nieżywnościowych.
Metoda pomiarowa, która spełnia przedstawione powyżej wymagania, odnośnie szybkiej i wczesnej detekcji aktywnych grzybów pleśniowych, została opracowana w pracowni chemicznej Katedry Mikrobiologii WTiZP UEK w ramach projektu „Badania biodeterioracji obiektów zabytkowych na podstawie analizy lotnych związków organicznych emitowanych przez grzyby pleśniowe”, sfinansowanego przez Narodowe Centrum Nauki (2013-2016 r). Procedura ta oparta jest na pomiarach wykonywanych przy użyciu dwóch sprzężonych ze sobą technik: chromatografii gazowej i spektrometrii mas. Wymienione techniki są dobrze znane i od dawna stosowane w badaniach. Jednak w tym przypadku znalazły one całkowicie nowe zastosowanie. Wykorzystano je do pomiarów „zapachów pleśni”, czyli mieszaniny mikrobiologicznych lotnych związków organicznych (MLZO), które emitowane są przez żywe formy grzybów na każdym etapie ich rozwoju. Poprzez pomiar MLZO możliwe jest wykrycie ich aktywnych form, odpowiedzialnych za biodeteriorację. Zaletą tej metody jest przede wszystkim jej wysoka czułość, dokładność oraz znaczne skrócenie czasu analizy, w porównaniu do klasycznych mikrobiologicznych metod hodowlanych.

Jak to działa?

Sam pobór próbki jest prosty. W miejscu, co do którego istnieje podejrzenie obecności rozwijającej się pleśni, przykładane jest włókno, na końcu którego znajdują się trzy różne sorbenty, wychwytujące lotne związki organiczne z otoczenia. Po zakończeniu wyłapywania związków, włókno umieszcza się w chromatografie gazowym, w którym uwolnione z sorbentów związki ulegają rozdzieleniu, po czym trafiają do spektrometru mas, gdzie z kolei poddawane są analizie.

Wskaźniki aktywności grzybów pleśniowych

W trakcie prowadzonych badań udało się ustalić, że wśród około 150 lotnych związków organicznych, emitowanych przez różne gatunki grzybów pleśniowych rosnących na różnych materiałach organicznych, istnieją trzy grupy związków, wskazujących na aktywność biologiczną mikroorganizmów. Są to tzw. wskaźniki, bioindykatory aktywności metabolicznej pleśni. W sumie we wspomnianych trzech grupach wyróżniono około 12 związków, potwierdzających obecność aktywnej pleśni. To one pozwalają na ocenę ryzyka zniszczenia badanego materiału przez rozrastającą się pleśń. Obecność bioindykatorów świadczy o tym, że pleśń obecna w miejscu poboru próby jest w formie aktywnej, czyli zdolnej do wzrostu. Brak bioindykatorów wśród zbadanych związków wskazuje, że pleśń jest nieaktywna.

Ochrona zabytków

Po zakończeniu I fazy badań, w ramach których dopracowano i zoptymalizowano opisywaną metodę pomiarową, i które prowadzono w warunkach laboratoryjnych, przystąpiono do kolejnego etapu badań, tym razem realizowanych „w terenie”. Zaproponowana metoda została wykorzystana do zbadania dóbr materialnych o szczególnej wartości rynkowej, historycznej i społecznej – badania prowadzono bowiem na obiektach zabytkowych. 
W przypadku tych pomiarów pobór prób wyglądał podobnie. Włókno przykładano do miejsca, w którym stwierdzono „podejrzany” zapach, lub w którym pojawiła się zmiana, wskazująca na możliwość rozwoju pleśni na badanym obiekcie zabytkowym. 
Na podstawie tego pomiaru możliwym było udzielenie odpowiedzi na pytanie konserwatora: czy zmiana, którą widzi na powierzchni np. kartki starodruku, tkaniny jedwabnej czy pergaminu, to aktywny grzyb, który będzie niszczył obiekt; czy jest to grzyb nieaktywny i nie ma potrzeby interwencji i dezynfekcji. W niektórych przypadkach, np. tkanin jedwabnych, taka dezynfekcja jest bardzo niekorzystna i wręcz pogłębia stopnień zniszczenia tkaniny. 
W ciągu dwóch lat przy użyciu opracowanej metody przebadano różne zabytki w wielu miejscach w Polsce, m.in. w 23 krakowskich kościołach i klasztorach. Badano różne obiekty – od pergaminów, jedwabnych i wełnianych tkanin, do starodruków, na których występowały zmiany wskazujące na obecność pleśni. Sprawdzano, czy pleśń na każdym z tych obiektów jest aktywna, czy też nie. 
Podczas prac nad koncepcją podjęto współpracę m.in. z Muzeum Narodowym w Krakowie; Muzeum Katedralnym na Wawelu; Akademią Sztuk Pięknych w Warszawie; Wydziałem Sztuk Pięknych w UMK; University Collage of London; Departamentem Badań Geologicznych Ministerstwa Infrastruktury Narodowej w Izraelu. Opracowane rozwiązanie, choć można je traktować jako nowe, cieszy się dużym zaufaniem archiwistów i konserwatorów sztuki. Zostało dopuszczone do wachlarza metod, jakimi badano teczki TW “Bolka”, po przeniesieniu ich do siedziby IPN w Warszawie. Zastosowano je również w badaniach obrazu Leonarda da Vinci, „Dama z gronostajem”.

Narzędzie szybkiej detekcji zagrożenia

Można stwierdzić, że lotne wskaźniki aktywności grzybów pleśniowych są uniwersalnym probierzem obecności aktywnych grzybów, ponieważ są one emitowane przez różne gatunki, niezależnie od rodzaju materiału, na którym rosną. Tym samym stworzono narzędzie wczesnego wykrycia zagrożenia mikrobiologicznego, związanego z niszczącym działaniem grzybów pleśniowych. Metoda ta pozwala szybko zidentyfikować proces biodeterioracji, dzięki czemu działania zapobiegawcze mogą być podjęte odpowiednio wcześnie co pozwala ograniczyć straty materialne.

Autor: dr hab. Tomasz Sawoszczuk

  • Katedra Mikrobiologii
  • Wydział Towaroznawstwa i Zarządzania Produktem
  • Uniwersytet Ekonomiczny w Krakowie

O autorze

Redakcja uniwersytetu ekonomicznego

Popularne artykuły

Aktualności 4 miesiące temu

Prof. Jerzy Hausner doktorem honoris causa Szkoły Głównej Handlowej

Miło nam poinformować, że prof Jerzy Hausner odebrał doktorat honoris causa Szkoły Głównej Handlowej w Warszawie. Uroczystość wręczenia tego zaszczytnego tytułu odbyła się 27 listopada.

Aktualności 27 dni temu

Zarządzenie JM Rektora UEK z dnia 11 marca 2020

w sprawie zapobiegania rozprzestrzeniania się wirusa COVID-19 wśród społeczności UEK.

Aktualności 4 miesiące temu

Zwycięstwo chóru Dominanta

W dniu 9.11.2019 chór „Dominanta” Uniwersytetu Ekonomicznego w Krakowie wziął udział w XV Międzynarodowym Festiwalu „Rybnicka Jesień Chóralna”. Był to pierwszy konkurs, w którym chórzyści mogli się zaprezentować w tym roku akademickim i zakończył się on ogromnym sukcesem.

Aktualności 2 miesiące temu

Członkowie Komitetów Naukowych PAN

Przedstawiamy listę pracowników Uniwersytetu Ekonomicznego w Krakowie, którzy zostali wybrani na członków Komitetów Naukowych Polskiej Akademii Nauk na kadencję 2020-2023 r.

Aktualności 3 miesiące temu

Prof. UEK dr hab. Marcin Gębarowski Członkiem Honorowym Polskiej Izby Przemysłu Targowego

W dniach 4-6 grudnia br. w Karpaczu miał miejsce XI Zimowy Zjazd Polskiej Izby Przemysłu Targowego. Jednym z punktów wydarzenia było Walne Zgromadzenia Izby, podczas którego podjęta została uchwała o nadaniu tytułu „Członka Honorowego Polskiej Izby Przemysłu Targowego” prof. UEK dr. hab. Marcinowi Gębarowskiemu z Katedry Zarządzania Procesowego.

Wydarzenia miesiąc temu

ODWOŁANY Dzień Otwarty

Mając na uwadze zdrowie uczestników Dnia Otwartego UEK informujemy, że decyzją Władz Rektorskich Uniwersytetu Ekonomicznego w Krakowie wydarzenie zaplanowane na dzień 20.03.2020 zostaje odwołane. Decyzja została podjęta na podstawie stanowiska Kolegium Rektorów Szkół Wyższych Krakowa z 2 marca 2020 roku w sprawie działań mających na celu zapobieganie oraz przeciwdziałanie zakażeniom koronawirusem SARS-CoV-2.

Wydarzenia 6 miesięcy temu

95. Inauguracja Roku Akademickiego

Serdecznie zachęcamy do udziału w 95. Jubileuszowej Inauguracji Roku Akademickiego. Uroczystość odbędzie się 2 października.

Aktualności 21 dni temu

Pandemia czy panika? - dyskusja ekspertów

Wiadomości o koronawirusie (SARS-CoV-2) docierają ze wszystkich zakątków świata. Jedni wpadają w panikę, drudzy kpią. Niepewność, dezinformacja i szybkość, z jaką rozpowszechniamy fakty sprawiają, że coraz trudniej o zdrowy rozsądek.

Doniesienia naukowe 10 miesięcy temu

Płaca minimalna na Ukrainie nie docenia kapitału ludzkiego

Wynagrodzenia określone przepisami ukraińskiego prawa są o 20% niższe niż godziwa płaca minimalna wynikająca z teorii kapitału ludzkiego. Taka niezgodność uniemożliwia zachowanie indywidualnego kapitału ludzkiego pracownika i staje się podstawową przyczyną emigracji siły roboczej z Ukrainy.

Aktualności 5 miesięcy temu

Honoris Gratia dla prof. UEK dr. hab. inż. Andrzeja Chochoła oraz prof. UEK dr. hab. Piotra Buły

W minioną sobotę, 12 października br., podczas jubileuszowego – 5. spotkania byłych mieszkańców DS „Fafik”, Rektor UEK – prof. Andrzej Chochół oraz Dyrektor KSB – prof. Piotr Buła otrzymali z rąk Zastępcy Prezydenta Miasta Krakowa – p. Bogusława Kośmidera, odznaczenie Honoris Gratia przyznawane osobom zasłużonym dla Miasta Krakowa.

Najnowsze doniesienia naukowe

Doniesienia naukowe miesiąc temu

Czy rynek nieruchomości mieszkaniowych na terenach miejskich może funkcjonować w „inteligentny” sposób?

Obecnie miasta przechodzą bardzo duże zmiany, które mają istotne implikacje dla funkcjonowania rynku nieruchomości. W szczególności, można stwierdzić, że tradycyjny rynek mieszkaniowy, naśladując w pewnym sensie koncepcję smart city, staje się coraz bardziej inteligentny.

Doniesienia naukowe 2 miesiące temu

Pierwszy rok projektu o czwartej rewolucji przemysłowej

Minął pierwszy rok realizacji jednego z największych grantów naukowych w historii Uniwersytetu Ekonomicznego w Krakowie. Otrzymaliśmy blisko 12 milionów złotych na prowadzenie badań w 9 zespołach reprezentujących wszystkie uprawiane w naszej uczelni dyscypliny naukowe. Było to możliwe dzięki stworzeniu przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego – z inicjatywy prof. Stanisława Mazura – programu Regionalna Inicjatywa Doskonałości.

Doniesienia naukowe 3 miesiące temu

Ubezpieczenie ryzyk cybernetycznych – czym ono jest i w jakim kierunku zmierza rynek tych ubezpieczeń?

Ubezpieczenia cybernetyczne, inaczej cyberubezpieczenia, powstały pod koniec XX wieku w odpowiedzi na wzrost zagrożeń cybernetycznych i uchwalenie w USA przepisów o ochronie danych osobowych przewidujących surowe sankcje za dopuszczenie do ich wycieku. Zapewne tylko nieliczni pamiętają problem tzw. pluskwy millenijnej, odnoszący się do obaw o paraliż systemów komputerowych na masową skalę spowodowany kłopotami z zapisem roku 2000 w pamięci komputera.

Doniesienia naukowe 4 miesiące temu

Zintegrowany Program Rozwoju – POWER dla UEK

W ramach działania 3.5 Kompleksowe programy dla szkół wyższych programu POWER nasza uczelnia rozpoczęła od września tego roku 4-letnią realizację projektu obejmującego 6 komplementarnych zadań. Mają one charakter edukacyjny i inwestycyjny a są skierowane zarówno do studentów, jako pracowników badawczo-dydaktycznych i dydaktycznych oraz pracowników administracji naszego uniwersytetu.