Bakterie są wszędzie. Na szczęście nauczyliśmy się z nimi żyć, nawet więcej – żyjemy w symbiozie z tymi, które zaludniają nasz przewód pokarmowy. Mikroby stały się też pożyteczne w przemyśle, gdzie po odpowiednich modyfikacjach wykorzystuje się je do syntetyzowania różnych związków. Naukowcy coraz częściej są też przekonani, że miały wpływ na naszą ewolucję. Nie zmienia to faktu, że bakterie nie wszędzie są mile widziane, a już na salach operacyjnych czy w laboratoriach biotechnologicznych ich obecność jest absolutnie wykluczona. Chcemy, by te miejsca były sterylne, ale jak tę sterylność sprawdzić? Wystarczy policzyć bakterie, sztuka po sztuce.

Typów „liczników bakterii” jest kilka, ale najczęściej stosowaną metodą jest zaciągnięcie pewnej ilości powietrza z badanego pomieszczenia, a następnie posterowanie strumieniem tak, żeby niesione wraz z nim bakterie opadły na szalkę z pożywką agarową. Agar to specjalna substancja bogata w cukry, której mikrobiolodzy używają do hodowania w kontrolowanym środowisku bakterii i grzybów. Potraktowane strumieniem powietrza z badanego pomieszczenia szalki umieszcza się w specjalnym urządzeniu tworzącym mikrobom dobre warunki do rozwoju (m.in. stałą temperaturę). Po upływie doby na agarze zaczynają się pojawiać małe plamki – każda z nich to kolonia powstała z jednej bakterii. Kolonie trzeba policzyć, a dysponując wiedzą o zassanej objętości powietrza, jesteśmy w stanie podać stężenie bakterii w powietrzu wyrażone w jednostce zwanej CFU (od colony forming units, czyli jednostki tworzące kolonie) na metr sześcienny.

– Używamy takiej nietypowej jednostki dlatego, że czasami na szalkę spadnie nie pojedyncza bakteria, ale jakiś ich zlepek. Po poddaniu hodowli one też stworzą kolonię, więc zależy nam na podkreśleniu faktu, że na pożywkę spadają zalążki kolonii – tłumaczy prof. Józef Pastuszka z Wydziału Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Śląskiej w Gliwicach. – Niestety, przez wzgląd na metodę działania wadą tych urządzeń jest to, że nie radzą sobie w przypadku bardzo wysokich stężeń bakterii lub bardzo niskich – dodaje profesor. Problem z pomiarem w przypadku tej pierwszej sytuacji polega na tym, że na szalkę trafia zbyt dużo mikroorganizmów. W rezultacie wyhodowane kolonie pokrywają szczelnie całą powierzchnię agaru, uniemożliwiając zliczenie poszczególnych kolonii. Z kolei w przypadku stężeń bardzo niskich pobiera się za mało mikroorganizmów, co generuje duży błąd pomiaru.

Jak się okazuje, bakterie, które nieraz zachwyciły naukowców możliwością adaptacji do najbardziej ekstremalnych warunków środowiskowych, w gruncie rzeczy są delikatne i wrażliwe na stres mechaniczny. Jeśli więc urządzenie do pomiaru stężeń wprawia powietrze w zbyt szybki ruch, to zderzenie bakterii z agarem po prostu je zabije. – Chociaż agar jest budyniowaty, to przy dużej prędkości uderzenia część z nich zginie i te oczywiście nie utworzą kolonii. Otrzymana przez nas końcowa wartość stężenia będzie zaniżona – tłumaczy prof. Pastuszka. Z tego powodu niemożliwa jest budowa urządzenia, które po prostu przepuści przez siebie całe powietrze zawarte w danym pomieszczeniu. Aby proces przebiegł szybko, maszyna musiałaby wprawiać powietrze w szybki ruch, a wtedy zgony mikrobów wpłynęłyby na wynik; jeśli zaś miałoby działać powoli, to pomiar trwałby absurdalnie długo.

Liczniki narażone są także na inne problemy. Sama struga powietrza wewnątrz urządzenia musi być poprowadzona tak, by jak największa jej ilość miała styczność z szalkami. Jeśli powietrze będzie gdzieś uciekać i omijać pożywki, otrzymana wartość stężenia będzie zaniżona. Problemy może sprawiać także sam agar, który w trakcie zasysania powietrza nie może być zbyt suchy; traci on wtedy swoje właściwości, nie wspominając już o tym, że sucha powierzchnia zwiększa ryzyko zgonu mikroba na skutek zderzenia. Jak ważne są te problemy, niech świadczy fakt, że mowa o próbie zbadania stężeń wynoszących od kilku do kilkunastu CFU na metr sześcienny, gdzie pominięcie każdej pojedynczej unoszącej się w powietrzu bakterii wpływa na wartość pomiaru.

Urządzenie profesora rozwiązuje problem stosunku między objętością przebadanego powietrza a czasem badania, wykorzystując nie jedną, ale pięć szalek z pożywką agarową, które są kolejno napowietrzane. Poprzez wydłużenie łącznego czasu ekspozycji rozwiązywany jest problem reprezentatywności badania, bo pozwala to urządzeniu na zassanie większej objętości powietrza, lepiej oddającej rozkład bakterii w danym pomieszczeniu. Na potrzeby pomiaru te pięć szalek traktowanych jest jak jedna i zlicza się kolonie powstałe na wszystkich. Wartość pomiarową wyrażoną w CFU uzyskuje się po podzieleniu tej wartości przez objętość zassanego przez urządzenie powietrza.

Obecnie urządzenie kształtem przypomina dużą skrzynkę, ale prof. Pastuszka już myśli nad miniaturyzacją. – Wraz ze zmniejszeniem się rozmiarów spadnie waga urządzenia, a wzrośnie mobilność. Taka zmniejszona wersja mogłaby służyć do rutynowego monitoringu, zaś pełnowymiarowa byłaby wykorzystywana w pomieszczeniach sterylnych, gdzie dokładność jest absolutnie priorytetowa – mówi profesor. Dobra wiadomość jest taka, że jest szansa na wprowadzenie urządzenia do produkcji przez firmę z Wielkopolski, z którą prof. Pastuszka współpracował przy miernikach bioaerozolowych. Najpierw istniejący prototyp trzeba będzie odchudzić. Będzie to możliwe, jeśli oczywiście znajdą się pieniądze.

Eureka! DGP

Trwa druga edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”. Jego celem jest promocja polskiej nauki i potencjału twórczego naszych wynalazców. Co tydzień do 5 czerwca w Magazynie DGP opisujemy wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej, wybrane spośród 54 nadesłanych przez 17 uczelni oraz 26 zgłoszonych przez 13 instytutów badawczych. Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi w czerwcu. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma – oraz kampania promocyjna o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej) ufundowana przez organizatora. W tym roku wszyscy uczestnicy konkursu zostaną zaproszeni do prezentacji swoich wynalazków podczas III Międzynarodowych Targów Innowacji i Nowych Technologii INNO-TECH EXPO, które odbędą się w dniach 15–16 października 2015 r. Prezentacja wynalazków na Targach Kielce będzie doskonałą okazją do nawiązania współpracy biznesowej, która zwiększy możliwości szybkiego wprowadzenia nowych produktów na rynek.