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断続的に流れる水道水にさらされた腐食した銅や鉄は、バイオフィルムの形成とレジオネラ肺炎球菌の増殖を促進する
Corroding copper and steel exposed to intermittently flowing tap water promote biofilm formation and growth of Legionella pneumophila.
PMID: 32673893 DOI: 10.1016/j.watres.2020.115951.
抄録
プレミスの配管におけるレジオネラ・ニューモフィラの増殖に対する銅管の影響についての情報は、議論の余地があります。このため、銅、ステンレス鋼（SS）、軟鋼（MS）、ポリエチレン、塩素化ポリ塩化ビニル（CPVC）、ガラスのパイプセグメント（対照）を、37℃または16℃（周囲温度）の非塩素化水道水に6ヶ月間断続的に流す（停滞時間20分）ことにより、金属がL.pneumophilaのバイオフィルム形成および増殖に与える影響を調査した。銅のバイオフィルム濃度(BfC、ATPとして測定)はSSの3倍(37℃)から6倍(16℃)であった。37℃で試験した材料のL.pneumophilaの最大コロニー数は、関連するBfCと二次的な関係を示し、銅とMSが最も高い値を示した。銅(ガラス-銅)の平均Cu濃度は、ガラス-MSのFe濃度よりも2 log単位以上低く、銅はMSよりも腐食副生成物の放出が少ないことが示唆された。このことから、銅はガラス-MSよりも腐食副生成物の放出量が少ないことが示唆された。主なバイオフィルム細菌のクローニングと 16S RNA 配列解析の結果、未培養のキサントバクター科の細菌とレイラネラが 37℃で銅上の細菌群集の 75%を占めていることが明らかになった。水素（H）とギ酸塩も利用できる亜硝酸酸化細菌Nitrospira moscoviensisは、37℃でのMSとガラス-MS上のバイオフィルム上の細菌群集の50%以上を占めていた。16℃の水道水に曝露したMS上のFe(III)を還元するGeobacterとFe(II)を酸化するGallionellaの厳密に嫌気性の非発酵性Fe(III)の優勢な存在は、無酸素ニッチとMS表面のH、低分子量カルボン酸(LMWCAs)とFe(II)の可用性を示していた。LMWCAは銅上でのバクテリアの増殖を促進したと考えられるが、腐食金属表面での天然有機物からの放出メカニズムは不明である。銅のバイオフィルム形成に及ぼす水の停滞時間と流れのダイナミクスの影響については、さらなる調査が必要である。
The information about the impact of copper pipes on the growth of Legionella pneumophila in premise plumbing is controversial. For this reason, pipe segments of copper, stainless steel (SS), mild steel (MS), polyethylene, chlorinated polyvinylchloride (CPVC) and glass (controls) were exposed to intermittently flowing (20 min stagnation time) nonchlorinated tap water of 37 °C or 16 °C (ambient temperature) during six months to study the impact of metals on biofilm formation and growth of L. pneumophila. Biofilm concentrations (BfC, measured as ATP) on copper were 3 (at 37 °C) to 6 (at 16 °C) times higher than on SS. The maximum colony counts of L. pneumophila on the materials tested at 37 °C showed a quadratic relationship with the associated BfCs, with highest values on copper and MS. The average Cu concentration on the glass control of copper (glass-copper) was more than two log units lower than the Fe concentration on glass-MS, suggesting that copper released less corrosion by-products than MS. The release of corrosion by-products with attached biomass from MS most likely enhanced biofilm formation on glass-MS. Cloning and 16S RNA gene sequence analysis of the predominating biofilm bacteria revealed that an uncultured Xanthobacteraceae bacterium and Reyranella accounted for 75% of the bacterial community on copper at 37 °C. The nitrite-oxidizing Nitrospira moscoviensis, which can also utilize hydrogen (H) and formate, accounted for >50% of the bacterial abundance in the biofilms on MS and glass-MS at 37 °C. The predominating presence of the strictly anaerobic non-fermentative Fe(III)-reducing Geobacter and the Fe(II)-oxidizing Gallionella on MS exposed to tap water of 16 °C indicated anoxic niches and the availability of H, low molecular weight carboxylic acids (LMWCAs) and Fe(II) at the MS surface. LMWCAs likely also promoted bacterial growth on copper, but the release mechanisms from natural organic matter at the surface of corroding metals are unclear. The effects of water stagnation time and flow dynamics on biofilm formation on copper requires further investigation.
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