歯科ユニットウォーターシステムのバイオフィルムに関するトランスレーショナルリサーチのためのin-vitro動的フローモデル

An in-vitro dynamic flow model for translational research into dental unit water system biofilms.

抄録

歯科ユニットウォーターシステム（DUWS）はバイオフィルム形成に最適な環境を提供し、患者やスタッフにとって潜在的な健康リスクを形成する可能性がある。このバイオフィルム形成を制御するためには、DUWSバイオフィルムの生態系をよりよく理解する必要がある。新しく開発された体外DUWSモデルについて説明する。このモデルは構築が容易で、さまざまな水源を植え付けることができ、排水とバイオフィルムの両方をサンプリングすることができる。多くのモデルとは異なり、栄養源として水を供給するために、歯科用ユニットで典型的な動的フローパターンが使用されている。従属栄養プレートカウント（HPC）と16S rDNAシーケンスを用いて、微生物の増殖と組成を分析した。増殖はすべてのモデルで再現性があり、非飲料水および飲料水ではそれぞれ、排水では16日目（10-10CFU・mL）、バイオフィルムでは23日目（10および10CFU・cm）に準定常状態に達した。微生物組成の主成分分析によると、非飲料水または飲料水由来のバイオフィルムは、生育30日後に有意差が認められた（n=8、PERMANOVA、F=35.6、p<.005）。1000ppmの活性塩素でバイオフィルムを処理した結果、排水相の生菌数は生物学的・統計学的に有意に減少し、検出限界の100CFU・mL以下となった。HPCは14日以内に処理前のレベルに戻った。このモデルを使用すると、以前に説明されたモデルと比較して、菌密度が高く、接種量に依存したバイオフィルムが得られる。サンプルの採取が比較的容易であるため、排水、バイオフィルム、マトリックスに対する抗菌消毒効果のモニタリングが可能である。

Dental unit water systems (DUWS) provide an excellent environment for biofilm formation and can form a potential health risk for patients and staff. To control this biofilm formation, better understanding of the DUWS biofilm ecology is needed. Described is a newly developed in-vitro DUWS model which is easy to build, can be inoculated with different water sources and allows for sampling of both the effluent and biofilm. Unlike most models, a dynamic flow pattern, typical for a dental unit is used to provide water as a nutrient source. Microbial growth and composition were analyzed using heterotrophic plate counts (HPC) and 16S rDNA sequencing. Growth was reproducible in all models, reaching quasi-steady state at day 16 in the effluent (10-10 CFU∙mL) and day 23 in the biofilm (10 and 10 CFU∙cm) for non-potable and potable water, respectively. Principal component analysis of the microbial composition showed that biofilms originating from either non-potable or potable water were significantly different after 30 days of growth (n = 8, PERMANOVA, F = 35.6, p < .005). Treatment of the biofilms with 1000 ppm active chlorine showed a biological and statistical significant decrease in viable counts in the effluent phase to below the detection limit of 100 CFU∙mL. The HPC returned to pre-treatment levels within 14 days. Using this model results in inoculum dependent biofilms with a higher bacterial density compared to previously described models. The relative ease in which samples can be taken allows for the monitoring of antimicrobial disinfection efficacy on the effluent, biofilm and matrix.