Die Oberflächenbeschichtung generiert Singulett-Sauerstoff über einen Bereich von 400 – 700 nm, dem sichtbaren Lichtspektrum für Menschen.
Die antimikrobielle DYPHOX-Oberflächenbeschichtung wurde in zwei Feldstudien an zwei Krankenhäusern im Krankenhaus-Alltag mit Leuchtstoffröhren, LED-Licht sowie Tageslicht (durch die Fenster) aktiviert. (Eichner et al., 2019)
Bei der Beantwortung dieser Frage trifft man oftmals auf Unklarheiten. Man unterscheidet generell zwischen einer qualitativen und einer quantitativen Verringerung der Keimlast.
Die qualitative Verringerung der Keimlast sagt aus, dass bspw. 99,99% aller Arten von Keimen – bspw. S. aureus, E. coli, usw. – inaktiviert / getötet werden. Die Frage ist hierbei: Welche Keime werden getötet?
Die quantitative Verringerung der Keimlast sagt aus, dass bspw. 99,99% der Gesamtzahl aller Keime – unabhängig von einer genauen Bestimmung der Keimarten – inaktiviert / getötet werden. 99,99% entsprechen einer Verringerung um das 10.000-fache. Man spricht auch von einer Verringerung um 4 logarithmische Stufen.
Beispiel für quantitative Verringerung der Keimlast:
Eine definierte Fläche beinhaltet 1.000.000 aktive Keime. Wird bspw. durch eine antimikrobielle Oberflächenbeschichtung eine Verringerung der Keimzahl um 99,99% erreicht, dann befinden sich danach noch 100 aktive Keime auf der Oberfläche.
Hierbei handelt es sich um Laborwerte, welche alltäglichen Situationen in medizinischen Einrichtungen etc. nur sehr begrenzt widerspiegeln. Im Labor werden Faktoren wie Frequentierung von Oberflächen, organische Verschmutzungen, Aufbringung neuer Keime etc. nicht / kaum berücksichtigt.
KbE bedeutet Kolonie bildende Einheiten und ist die Übersetzung von cfu = colony forming units.
KbE / cfu bezeichnet die Anzahl von einzelnen Mikroorganismen-Zellen auf einer bestimmten Fläche, die in der Lage sind durch Zellteilung Kolonien zu bilden. Zur Quantifizierung wird standardmäßig das Verhältnis von cfu / cm² verwendet.
Beispiel: Ist die Rede von 238 cfu/cm² so sprechen wir von 238 Mikroorganismen-Zellen, beispielsweise Bakterien auf einer Fläche von 1 cm x 1 cm, einem Quadratzentimeter (cm²).
Im Gegensatz zu Bakterien, Pilzen etc. handelt es sich bei Viren um nicht-lebende Einheiten. Die Begründung dafür liegt im fehlenden Stoffwechsel sowie in der fehlenden Möglichkeit sich zu reproduzieren – Nachkommen zu bilden -. Viren brauchen dazu Wirtszellen, welche für die Vermehrung des Virus umprogrammiert / manipuliert werden.
Man unterscheidet zwischen behüllten und unbehüllten Viren sowie zwischen RNA-Viren und DNA-Viren.
Vertreter behüllter Viren sind Influenza- sowie SARS-CoV2-Viren. Rota- und Noroviren sind Vertreter unbehüllter Viren.
RNA-Viren sind bspw. Corona- und Rotaviren. Humane Papillomaviren (HPV) sowie Pockenviren zählen zu den DNA-Viren.
MDR = Multidrug Resistance Bakterien weisen Resistenzen gegenüber zahlreiche Antibiotika auf und haben zunehmend klinische Relevanz.
Ein besonderes Problem bilden MDR-Efflux-Pumpen, welche Antibiotika gezielt aus Bakterien heraus transportieren. Dadurch können Antibiotika nicht mehr in Bakterien wirken. Es bilden sich Resistenzen.
Photosensitoren sind Moleküle / Verbindungen, welche chemische und physikalische Veränderungen in einem Ziel-Molekül verursachen.
Dabei wird dem Ziel-Molekül entweder ein Elektron übertragen oder ein Wasserstoff-Ion entzogen.
Photosensitoren benutzen Lichtenergie verschiedener Wellenlängen um Ziel-Moleküle in einen höheren energetischen Zustand zu versetzen.
Diese Energie kann bspw. genutzt werden, um Luft-Sauerstoff in Singulett-Sauerstoff (¹O2) umzuwandeln.
¹O2 wiederum ist die Basis für unsere antimikrobielle DYPHOX-Oberflächenbeschichtung.
Der Mensch, wie auch andere Organismen besitzen Photosensitoren in der Haut, welche in Gegenwart von Licht (bspw. UVA und UVB) molekularen Luftsauerstoff in Singulett-Sauerstoff umwandeln? Auf Basis unterschiedlicher Konzentrationen endogenen Singulett-Sauerstoffs werden Zellprozesse gesteuert. Singulett-Sauerstoff ist daher ein unverzichtbares Molekül für einen funktionierenden Organismus.
Quellen:
- Bäumler W, Singlet oxygen in skin: Singlet Oxygen: Applic. Biosci. Nanosci., 2016, Vol. 2, Chapt. 36
- Bäumler W et al., UVA and endogenous photosensitizers – the detection of singlet oxygen by its luminescence: Photochem. Photobiol. Sci., 2012, 11, 107-117
Es konnte gezeigt werden, dass Bacillus atrophaeus Endosporen durch Singulett-Sauerstoff inaktiviert werden.
Quelle: Eichner et al., Fast and effective inactivation of Bacillus atrophaeus endospores using light-activated derivates of vitamin B2: Photochem. Photobiol. Sci. 2015, 14, 387-396
Singulett-Sauerstoff ist ein Gas. Es unterscheidet sich durch seine höhere chemischen Reaktivität gegenüber organischen Verbindung (bspw. Zellwände und Zellmembranen) vom energieärmeren Triplett-Sauerstoff.
Die Synthese von Singulett-Sauerstoff ist ebenso im Reich der Pilze zu finden. Dabei wird Singulett-Sauerstoff beispielsweise für den Abbau von Lignin (Holz) und zur Abwehr von Feinden synthetisiert.
Quellen:
- Nakatsubo F, Reid ID, Kirk TK, Involvement of singlet oxygen in the fungal degradation of lignin, Biochem Biophys Research Comm, 102 (1), 1981: 484-491.
- Beltrán-García MJ et al., Singlet Molecular Oxygen Generation by Light-Activated DHN-Melanin of the Fungal Pathogen Mycosphaerella fijiensis in Black Sigatoka Disease of Bananas, PLOS ONE, 2014.
- Xu X, Hu X, Neill SJ, Fang J, Cai W, Fungal elicitor induces singlet oxygen generation, ethylene release and saponin synthesis in cultured cells of Panax ginseng C. A. Meyer, Plant Cell Physiol, 2005, 46(6): 947-954.
Synthetisiert auf Oberflächen von Pflanzenblättern durch den Prozess der Photosensitization wird Singulett-Sauerstoff an die Luft abgegeben. Daher atmen wir jeden Tag moderate Konzentrationen Singulett-Sauerstoff ein.
In Säugetieren gibt es ebenfalls Photosensitizer, darunter Vitamine, welche endogen Singulett-Sauerstoff produzieren. (Bäumler, 2016)
W. Bäumler. Endogenous Singlet Oxygen Photosensitizers in Mammalians (2016) Singlet Oxygen: Applications in Biosciences and Nanosciences, Volume 1, 239-269.
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