معلومة

16.3: استخدام الكيماويات في مكافحة الكائنات الحية الدقيقة - علم الأحياء


مهارات التطوير

  • فهم ومقارنة المواد الكيميائية المختلفة المستخدمة للتحكم في نمو الميكروبات ، بما في ذلك استخداماتها ومزاياها وعيوبها ، وتركيبها الكيميائي ، وطريقة عملها

بالإضافة إلى الأساليب الفيزيائية للتحكم الميكروبي ، تستخدم المواد الكيميائية أيضًا للتحكم في نمو الميكروبات. يمكن استخدام مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية كمطهرات أو مطهرات. عند اختيار أي نوع للاستخدام ، من المهم مراعاة نوع الميكروب المستهدف ؛ كيف يجب أن يكون العنصر نظيفًا ؛ تأثير المطهر على سلامة العنصر ؛ سلامتها على الحيوانات والبشر والبيئة ؛ نفقتها وسهولة استخدامه. يصف هذا القسم مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية المستخدمة كمطهرات ومطهرات ، بما في ذلك آليات عملها والاستخدامات الشائعة.

الفينول

في القرن التاسع عشر ، بدأ العلماء بتجربة مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية للتطهير. في ستينيات القرن التاسع عشر ، بدأ الجراح البريطاني جوزيف ليستر (1827-1912) باستخدام حمض الكربوليك ، المعروف باسم الفينول ، كمطهر لعلاج الجروح الجراحية (انظر أسس نظرية الخلية الحديثة). في عام 1879 ، ألهم عمل ليستر الكيميائي الأمريكي جوزيف لورانس (1836-1909) لتطوير Listerine ، وهو خليط قائم على الكحول من العديد من المركبات ذات الصلة التي لا تزال تستخدم حتى اليوم كمطهر للفم. اليوم ، لم يعد حمض الكاربوليك يستخدم كمطهر جراحي لأنه مهيج للجلد ، ولكن المركبات الكيميائية الموجودة في غسولات الفم المطهرة وأقراص الحلق تسمى الفينولات.

كيميائيًا ، يتكون الفينول من حلقة بنزين مع مجموعة –OH ، والفينولات هي مركبات تحتوي على هذه المجموعة كجزء من تركيبتها الكيميائية (الشكل ( فهرس الصفحة {1} )). تحدث الفينولات مثل الثيمول والأوكاليبتول بشكل طبيعي في النباتات. يمكن اشتقاق الفينولات الأخرى من الكريوزوت ، وهو أحد مكونات قطران الفحم. تميل الفينولات إلى أن تكون مستقرة وثابتة على الأسطح وأقل سمية من الفينول. إنها تمنع نمو الميكروبات عن طريق تغيير طبيعة البروتينات وتعطيل الأغشية.

الشكل ( PageIndex {1} ): تم استخدام مركبات الفينول والفينول للتحكم في نمو الميكروبات. (أ) التركيب الكيميائي للفينول ، المعروف أيضًا باسم حمض الكربوليك. (ب) o-Phenylphenol ، وهو نوع من الفينول ، وقد استخدم كمطهر وكذلك للتحكم في نمو البكتيريا والفطريات على ثمار الحمضيات المحصودة. (ج) Hexachlorophene ، الفينول الآخر ، المعروف باسم bisphenol (حلقتان) ، هو العنصر النشط في pHisoHex.

منذ زمن ليستر ، تم استخدام العديد من المركبات الفينولية للتحكم في نمو الميكروبات. كانت الفينولات مثل الكريسول (الفينولات الميثلة) وأو- فينيل فينول مكونات نشطة في تركيبات مختلفة من ليسول منذ اختراعه في عام 1889. كما تم استخدام أو-فينيل فينول بشكل شائع في الزراعة للتحكم في نمو البكتيريا والفطريات على المحاصيل المحصودة ، وخاصة ثمار الحمضيات ، ولكن استخدامها في الولايات المتحدة الآن أكثر محدودية. سداسي كلوروفين ثنائي الفينول ، مطهر ، هو العنصر النشط في pHisoHex ، وهو منظف موضعي يستخدم على نطاق واسع لغسل اليدين في المستشفيات. يعتبر pHisoHex فعالًا بشكل خاص ضد البكتيريا موجبة الجرام ، بما في ذلك تلك التي تسبب عدوى الجلد بالمكورات العنقودية والمكورات العقدية. تم استخدام pHisoHex سابقًا لاستحمام الأطفال ، ولكن تم إيقاف هذه الممارسة لأنه ثبت أن التعرض لسداسي كلوروفين يمكن أن يؤدي إلى مشاكل عصبية.

التريكلوسان هو مركب بيسفينول آخر شهد تطبيقًا واسع النطاق في المنتجات المضادة للبكتيريا على مدى العقود العديدة الماضية. يستخدم التريكلوسان في البداية في معاجين الأسنان ، ويستخدم الآن بشكل شائع في صابون اليدين وغالبًا ما يتم تشريبه في مجموعة متنوعة من المنتجات الأخرى ، بما في ذلك ألواح التقطيع والسكاكين وستائر الاستحمام والملابس والخرسانة ، لجعلها مضادة للميكروبات. إنه فعال بشكل خاص ضد البكتيريا موجبة الجرام على الجلد ، وكذلك بعض البكتيريا سالبة الجرام والخمائر.1

معادن ثقيلة

من أوائل المطهرات الكيميائية والمطهرات التي تم استخدامها كانت المعادن الثقيلة. تقتل المعادن الثقيلة الميكروبات عن طريق الارتباط بالبروتينات ، مما يثبط النشاط الأنزيمي (الشكل ( PageIndex {3} )). المعادن الثقيلة قليلة الديناميكية ، مما يعني أن التركيزات الصغيرة جدًا تظهر نشاطًا كبيرًا في مضادات الميكروبات. ترتبط أيونات المعادن الثقيلة بالأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت بقوة وتتراكم بيولوجيًا داخل الخلايا ، مما يسمح لهذه المعادن بالوصول إلى تركيزات موضعية عالية. هذا يسبب تفسد البروتينات.

المعادن الثقيلة ليست سامة بشكل انتقائي للخلايا الميكروبية. وقد تتراكم بيولوجيًا في الخلايا البشرية أو الحيوانية أيضًا ، ويمكن أن يكون للتركيزات المفرطة آثار سامة على البشر. إذا تراكم الكثير من الفضة في الجسم ، على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى حالة تسمى argyria ، حيث يتحول الجلد إلى اللون الأزرق الرمادي بشكل لا رجعة فيه. تتمثل إحدى طرق تقليل السمية المحتملة للمعادن الثقيلة في التحكم بعناية في مدة التعرض وتركيز المعدن الثقيل.

الشكل ( PageIndex {3} ): تفسد المعادن الثقيلة البروتينات ، مما يضعف وظيفة الخلية ، وبالتالي يمنحها خصائص قوية مضادة للميكروبات. (أ) النحاس الموجود في تركيبات مثل مقبض الباب هذا يقتل الميكروبات التي قد تتراكم بطريقة أخرى على الأسطح التي يتم لمسها بشكل متكرر. (ب) تحتوي أواني الأكل على كميات صغيرة من الفضة لمنع نمو الميكروبات. (ج) عادةً ما يصطف النحاس الحاضنات لتقليل تلوث مزارع الخلايا المخزنة بالداخل. (د) تحتوي غسولات الفم المطهرة عادة على كلوريد الزنك. (هـ) هذا المريض يعاني من argyria ، وهي حالة لا رجعة فيها ناتجة عن التراكم الأحيائي للفضة في الجسم. (الائتمان ب: تعديل العمل بواسطة "Shoshanah" / Flickr ؛ Credit e: تعديل العمل بواسطة Herbert L.Fid and Hendrik A. van Dijk)

الزئبق

الزئبق هو مثال على معدن ثقيل تم استخدامه لسنوات عديدة للتحكم في نمو الميكروبات. تم استخدامه لعدة قرون لعلاج مرض الزهري. مركبات الزئبق مثل كلوريد الزئبق هي أساسًا جراثيم ولها طيف واسع جدًا من النشاط. ترتبط أشكال مختلفة من الزئبق بالأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت داخل البروتينات ، مما يثبط وظائفها.

في العقود الأخيرة ، قل استخدام مثل هذه المركبات بسبب سمية الزئبق. وهو سام للجهاز العصبي المركزي والجهاز الهضمي والكلى بتركيزات عالية وله آثار بيئية سلبية ، بما في ذلك التراكم الأحيائي في الأسماك. كانت المطهرات الموضعية مثل الزئبق ، الذي يحتوي على الزئبق بتركيزات منخفضة ، والميرثيولات ، صبغة (محلول من الزئبق مذاب في الكحول) شائعة الاستخدام. ومع ذلك ، وبسبب المخاوف بشأن استخدام مركبات الزئبق ، لم تعد تُباع هذه المطهرات في الولايات المتحدة.

فضة

تستخدم الفضة منذ فترة طويلة كمطهر. في العصور القديمة ، كانت مياه الشرب تُخزن في أباريق فضية.8 يستخدم كريم Silvadene بشكل شائع لعلاج الجروح الموضعية وهو مفيد بشكل خاص في منع العدوى في جروح الحروق. تم تطبيق قطرات نترات الفضة بشكل روتيني على عيون الأطفال حديثي الولادة للحماية من الرمد الوليدي ، والتهابات العين التي يمكن أن تحدث بسبب التعرض لمسببات الأمراض في قناة الولادة ، ولكن كريمات المضادات الحيوية تستخدم الآن بشكل أكثر شيوعًا. غالبًا ما يتم الجمع بين الفضة والمضادات الحيوية ، مما يجعل المضادات الحيوية أكثر فعالية بآلاف المرات.9 يتم أيضًا دمج الفضة بشكل شائع في القسطرة والضمادات ، مما يجعلها مضادة للميكروبات ؛ ومع ذلك ، هناك دليل على أن المعادن الثقيلة قد تعزز أيضًا اختيار مقاومة المضادات الحيوية.10

النحاس والنيكل والزنك

تظهر العديد من المعادن الثقيلة الأخرى أيضًا نشاطًا مضادًا للميكروبات. كبريتات النحاس مبيد طحالب شائع يستخدم للتحكم في نمو الطحالب في حمامات السباحة وخزانات الأسماك. أصبح استخدام النحاس المعدني لتقليل نمو الميكروبات أكثر انتشارًا. تساعد البطانات النحاسية في الحاضنات على تقليل تلوث مزارع الخلايا. يتم التحقيق في استخدام الأواني النحاسية لتخزين المياه في البلدان المتخلفة كوسيلة لمكافحة أمراض الإسهال. أصبحت الطلاءات النحاسية شائعة أيضًا للأشياء التي يتم التعامل معها بشكل متكرر مثل مقابض الأبواب وأجهزة الخزانة والتركيبات الأخرى في مرافق الرعاية الصحية في محاولة للحد من انتشار الميكروبات.

يتم الآن استخدام طلاء النيكل والزنك بطريقة مماثلة. تُستخدم أيضًا أشكال أخرى من الزنك ، بما في ذلك كلوريد الزنك وأكسيد الزنك ، تجاريًا. كلوريد الزنك آمن تمامًا للبشر ويوجد بشكل شائع في غسولات الفم ، مما يزيد بشكل كبير من مدة فعاليتها. يوجد أكسيد الزنك في مجموعة متنوعة من المنتجات ، بما في ذلك الكريمات المطهرة الموضعية مثل غسول الكالامين ومراهم الحفاضات ومسحوق الأطفال وشامبو قشرة الرأس.

تمرين ( PageIndex {2} )

لماذا العديد من المعادن الثقيلة كمضادات للميكروبات وسامة للإنسان؟

الهالوجينات

المواد الكيميائية الأخرى التي يشيع استخدامها للتطهير هي الهالوجينات اليود والكلور والفلور. يعمل اليود عن طريق أكسدة المكونات الخلوية ، بما في ذلك الأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت والنيوكليوتيدات والأحماض الدهنية ، وزعزعة استقرار الجزيئات الكبيرة التي تحتوي على هذه الجزيئات. غالبًا ما يستخدم كصبغة موضعية ، ولكنه قد يسبب تلطيخًا أو تهيجًا للجلد. اليود هو مركب من اليود معقد مع جزيء عضوي ، مما يزيد من استقرار اليود ، وبالتالي فعاليته. أحد أنواع اليودوفور الشائعة هو بوفيدون اليود ، والذي يتضمن عامل ترطيب يطلق اليود ببطء نسبيًا. Betadine هي علامة تجارية من povidone-iodine تُستخدم عادةً كمقشر لليدين من قبل العاملين الطبيين قبل الجراحة وللتطهير الموضعي لجلد المريض قبل الشق (الشكل ( PageIndex {4} )).

الشكل ( PageIndex {4} ): (أ) Betadine هو محلول اليودوفور بوفيدون اليود. (ب) يشيع استخدامه كمطهر موضعي على جلد المريض قبل شق أثناء الجراحة. (الائتمان ب: تعديل العمل بواسطة أندرو راتو)

الكلور هو هالوجين آخر شائع الاستخدام للتطهير. عندما يتم خلط غاز الكلور بالماء ، فإنه ينتج مادة مؤكسدة قوية تسمى حمض هيبوكلوروس ، وهي غير مشحونة وتدخل إلى الخلايا بسهولة. يستخدم غاز الكلور بشكل شائع في محطات معالجة مياه الشرب ومياه الصرف الصحي ، مع إنتاج حمض هيبوكلوروس الناتج عن التأثير الفعلي المضاد للميكروبات. يحتاج أولئك الذين يعملون في مرافق معالجة المياه إلى توخي الحذر الشديد لتقليل التعرض الشخصي لغاز الكلور. هيبوكلوريت الصوديوم هو المكون الكيميائي للمبيض المنزلي الشائع ، ويستخدم أيضًا في مجموعة متنوعة من أغراض التطهير. تستخدم أملاح هيبوكلوريت ، بما في ذلك هيبوكلوريت الصوديوم والكالسيوم ، لتطهير حمامات السباحة. غاز الكلور ، هيبوكلوريت الصوديوم ، وهيبوكلوريت الكالسيوم هي أيضًا مطهرات شائعة الاستخدام في صناعات تجهيز الأغذية والمطاعم للحد من انتشار الأمراض المنقولة بالغذاء. يحتاج العاملون في هذه الصناعات أيضًا إلى الحرص على استخدام هذه المنتجات بشكل صحيح لضمان سلامتهم وسلامة المستهلكين. أشار بيان مشترك حديث نشرته منظمة الأغذية والزراعة (الفاو) التابعة للأمم المتحدة ومنظمة الصحة العالمية إلى أن أياً من الاستخدامات المفيدة العديدة لمنتجات الكلور في تصنيع الأغذية للحد من انتشار الأمراض المنقولة عن طريق الأغذية تشكل مخاطر على المستهلكين.11

فئة أخرى من المركبات المكلورة تسمى الكلورامين تستخدم على نطاق واسع كمطهرات. الكلورامين مستقر نسبيًا ، حيث يطلق الكلور لفترات طويلة. الكلورامين هو مشتقات من الأمونيا عن طريق استبدال ذرة هيدروجين واحدة أو اثنتين أو كل ذرات الهيدروجين الثلاث (الشكل ( PageIndex {5} )).

الشكل ( PageIndex {5} ): مونوكلورامين ، أحد الكلورامين ، مشتق من الأمونيا عن طريق استبدال ذرة هيدروجين بذرة كلور.

يمكن استخدام الكلورامين ومركبات الكلور الأخرى لتطهير مياه الشرب ، وكثيرًا ما يستخدم الجيش أقراص الكلورامين لهذا الغرض. بعد وقوع كارثة طبيعية أو حدث آخر يهدد إمدادات المياه العامة ، يوصي مركز السيطرة على الأمراض (CDC) بتطهير مياه الصنبور عن طريق إضافة كميات صغيرة من مواد التبييض المنزلية العادية. تشير الأبحاث الحديثة إلى أن ثنائي كلورو إيزوسيانورات الصوديوم (NaDCC) قد يكون أيضًا بديلاً جيدًا لتطهير مياه الشرب. حاليًا ، تتوفر أقراص NaDCC للاستخدام العام وللاستخدام من قبل الجيش أو المعسكر أو ذوي الاحتياجات الطارئة ؛ لهذه الاستخدامات ، يفضل NaDCC على أقراص الكلورامين. يستخدم ثاني أكسيد الكلور ، وهو عامل غازي يستخدم في تبخير وتعقيم المناطق المغلقة ، أيضًا بشكل شائع لتطهير المياه.

على الرغم من أن المركبات المكلورة تعتبر مطهرات فعالة نسبيًا ، إلا أن لها عيوبها. قد يهيج البعض جلد أو أنف أو عيون بعض الأفراد ، وقد لا يزيلون بعض الكائنات الحية الصلبة تمامًا من مياه الشرب الملوثة. الفطر كريبتوسبوريديوم، على سبيل المثال ، له غلاف خارجي واقي يجعله مقاومًا للمطهرات المكلورة. وبالتالي ، يوصى بغلي مياه الشرب في حالات الطوارئ عندما يكون ذلك ممكنًا.

من المعروف أيضًا أن فلور الهالوجين له خصائص مضادة للميكروبات تساهم في الوقاية من تسوس الأسنان (التجاويف).12 الفلورايد هو المكون النشط الرئيسي لمعجون الأسنان ويضاف عادة إلى ماء الصنبور لمساعدة المجتمعات في الحفاظ على صحة الفم. كيميائيًا ، يمكن دمج الفلوريد في هيدروكسيباتيت لمينا الأسنان ، مما يجعله أكثر مقاومة للأحماض المسببة للتآكل الناتجة عن تخمير الميكروبات عن طريق الفم. يعزز الفلوريد أيضًا امتصاص أيونات الكالسيوم والفوسفات في مينا الأسنان ، مما يعزز إعادة التمعدن. بالإضافة إلى تقوية المينا ، يبدو أن الفلورايد أيضًا مضاد للجراثيم. يتراكم في البكتيريا المكونة للويحات ، مما يتدخل في عملية التمثيل الغذائي ويقلل من إنتاجها للأحماض التي تساهم في تسوس الأسنان.

تمرين ( PageIndex {3} )

ما فائدة الكلورامين على هيبوكلوريت في التطهير؟

كحول

تشكل الكحوليات مجموعة أخرى من المواد الكيميائية التي يشيع استخدامها كمطهرات ومطهرات. وهي تعمل عن طريق تغيير طبيعة البروتينات بسرعة ، مما يثبط عملية التمثيل الغذائي للخلايا ، وعن طريق تعطيل الأغشية ، مما يؤدي إلى تحلل الخلايا. بمجرد تغيير طبيعة البروتينات ، من المحتمل أن يتم إعادة طيها إذا كان هناك كمية كافية من الماء في المحلول. تُستخدم الكحوليات عادةً بتركيزات حوالي 70٪ من المحلول المائي ، وفي الواقع ، تعمل بشكل أفضل في المحاليل المائية عن المحاليل الكحولية 100٪. وذلك لأن الكحول تخثر البروتينات. في تركيزات الكحول العالية ، يمنع التخثر السريع للبروتينات السطحية الاختراق الفعال للخلايا. أكثر أنواع الكحوليات شيوعًا في التطهير هي الكحول الإيثيلي (الإيثانول) وكحول الأيزوبروبيل (الأيزوبروبانول والكحول المحمر) (الشكل ( PageIndex {6} )).

تميل الكحوليات إلى أن تكون مبيد للجراثيم والفطريات ، ولكنها قد تكون أيضًا قاتلة للفيروسات للفيروسات المغلفة فقط. على الرغم من أن الكحوليات ليست مبيدًا للأبواغ ، إلا أنها تمنع عمليات التبويض والإنبات. تتطاير الكحوليات وتجف بسرعة ، ولكنها قد تسبب أيضًا تهيجًا للجلد لأنها تجفف الجلد في موقع التطبيق. أحد الاستخدامات السريرية الشائعة للكحوليات هو مسح الجلد لإزالة الجراثيم قبل الحقن بالإبرة. تعتبر الكحوليات أيضًا من المكونات النشطة في معقمات الأيدي الفورية ، والتي اكتسبت شعبية في السنوات الأخيرة. يعمل الكحول الموجود في معقمات الأيدي هذه عن طريق تغيير طبيعة البروتينات وتعطيل غشاء الخلية الميكروبية ، ولكنه لن يعمل بشكل فعال في وجود الأوساخ المرئية.

أخيرًا ، تستخدم الكحوليات في صنع الصبغات بمطهرات أخرى ، مثل صبغات اليود التي تمت مناقشتها سابقًا في هذا الفصل. الكل في الكل ، الكحوليات غير مكلفة وفعالة للغاية لتطهير مجموعة واسعة من الميكروبات النباتية. ومع ذلك ، فإن أحد عيوب الكحوليات هو تقلبها العالي ، مما يحد من فعاليتها بعد الاستخدام مباشرة.

الشكل ( PageIndex {6} ): (أ) يستخدم الكحول الإيثيلي ، وهو المكون المسكر الموجود في المشروبات الكحولية ، بشكل شائع كمطهر. (ب) كحول الأيزوبروبيل ، المعروف أيضًا باسم الكحول المحمر ، له بنية جزيئية مرتبطة به وهو مطهر آخر شائع الاستخدام. (الائتمان صورة: تعديل العمل بواسطة D Coetzee ؛ الائتمان ب الصورة: تعديل العمل بواسطة Craig Spurrier)

تمرين ( PageIndex {4} )

  1. اذكر ثلاث مزايا على الأقل للكحول كمطهرات.
  2. وصف العديد من التطبيقات المحددة للكحوليات المستخدمة في المنتجات المطهرة.

السطحي

العوامل النشطة السطح ، أو السطحي ، هي مجموعة من المركبات الكيميائية التي تقلل من التوتر السطحي للماء. المواد الخافضة للتوتر السطحي هي المكونات الرئيسية في الصابون والمنظفات. الصابون عبارة عن أملاح من الأحماض الدهنية طويلة السلسلة ولها مناطق قطبية وغير قطبية ، مما يسمح لها بالتفاعل مع المناطق القطبية وغير القطبية في الجزيئات الأخرى (الشكل ( PageIndex {7} )). يمكن أن تتفاعل مع الزيوت والشحوم غير القطبية لتكوين مستحلبات في الماء ، وتخفيف وإزالة الأوساخ والميكروبات من الأسطح والجلد. الصابون لا يقتل أو يمنع نمو الميكروبات ولذلك لا يعتبر مطهرات أو مطهرات. ومع ذلك ، فإن الاستخدام السليم للصابون ميكانيكيًا يزيل الكائنات الحية الدقيقة ، مما يؤدي إلى تدهور السطح بشكل فعال. تحتوي بعض أنواع الصابون على عوامل مضافة للجراثيم مثل ترايكلوكاربان أو كلوفلوكاربان ، وهي مركبات مرتبطة بنيويًا بالتريكلوسان ، والتي تقدم خصائص مطهرة أو مطهرة للصابون.

الشكل ( PageIndex {7} ): الصابون هو أملاح (ملح الصوديوم في الرسم التوضيحي) للأحماض الدهنية وله القدرة على استحلاب الدهون والدهون والزيوت عن طريق التفاعل مع الماء من خلال رؤوسها المحبة للماء ومع الدهون في ذيولها الكارهة للماء.

ومع ذلك ، غالبًا ما يشكل الصابون أغشية يصعب شطفها بعيدًا ، خاصة في الماء العسر الذي يحتوي على تركيزات عالية من أملاح الكالسيوم والمغنيسيوم المعدنية. تحتوي المنظفات على جزيئات خافضة للتوتر السطحي مع مناطق قطبية وغير قطبية ذات نشاط تطهير قوي ولكنها أكثر قابلية للذوبان ، حتى في الماء العسر ، وبالتالي لا تترك أي رواسب صابون. تحتوي المنظفات الأنيونية ، مثل تلك المستخدمة في الغسيل ، على أنيون سالب الشحنة في أحد طرفيه متصل بسلسلة طويلة كارهة للماء ، في حين أن المنظفات الكاتيونية لها كاتيون موجب الشحنة بدلاً من ذلك. تشتمل المنظفات الكاتيونية على فئة مهمة من المطهرات والمطهرات تسمى أملاح الأمونيوم الرباعية (quats) ، والتي سميت باسم ذرة النيتروجين الرباعية المميزة التي تمنح الشحنة الموجبة (الشكل ( فهرس الصفحة {8} )). بشكل عام ، تمتلك الكوات خصائص مشابهة للفسفوليبيدات ، ولها نهايات محبة للماء وكارهة للماء. على هذا النحو ، فإن quats لديها القدرة على الإدراج في طبقة ثنائية الفسفوليبيد البكتيرية وتعطيل سلامة الغشاء. يبدو أن الشحنة الكاتيونية للكيوات تمنح خصائصها المضادة للميكروبات ، والتي تتضاءل عند تحييدها. Quats لها العديد من الخصائص المفيدة. فهي مستقرة وغير سامة وغير مكلفة وعديمة اللون والرائحة والمذاق. تميل إلى أن تكون مبيد للجراثيم عن طريق تمزيق الأغشية. كما أنها نشطة ضد الفطريات والأوليات والفيروسات المغلفة ، لكن الأبواغ الداخلية غير متأثرة.في البيئات السريرية ، يمكن استخدامها كمطهرات أو لتطهير الأسطح. توجد أيضًا مخاليط quats بشكل شائع في المنظفات والمطهرات المنزلية ، بما في ذلك العديد من التركيبات الحالية لمنتجات العلامة التجارية Lysol ، والتي تحتوي على كلوريد البنزالكونيوم كمكونات نشطة. توجد أيضًا كلوريد البنزالكونيوم ، جنبًا إلى جنب مع كلوريد رباعي سيتيل بيريميدين ، في منتجات مثل مطهرات الجلد وغسول الفم وغسول الفم.

الشكل ( PageIndex {8} ): (أ) اثنان من المربعات الشائعة هما كلوريد بنزيل ألكونيوم وكلوريد سيتيل بيريميدين. لاحظ سلسلة الكربون غير القطبية الكارهة للماء في أحد طرفيها والمكون الموجب المحتوي على النيتروجين في الطرف الآخر. (ب) الكوات قادرة على التسلل إلى أغشية البلازما الفسفورية للخلايا البكتيرية وتعطيل سلامتها ، مما يؤدي إلى موت الخلية.

تمرين ( PageIndex {5} )

لماذا لا يعتبر الصابون من المطهرات؟

غسل اليدين بالطريقة الصحيحة

يعد غسل اليدين أمرًا بالغ الأهمية للصحة العامة ويجب التأكيد عليه في بيئة سريرية. بالنسبة لعامة الناس ، توصي مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها بغسل اليدين قبل وأثناء وبعد تناول الطعام ؛ قبل الأكل؛ قبل وبعد التعامل مع شخص مريض ؛ قبل وبعد علاج الجرح. بعد استخدام المرحاض أو تغيير الحفاضات ؛ بعد السعال أو العطس أو نفخ الأنف ؛ بعد التعامل مع القمامة وبعد التفاعل مع الحيوان أو علفه أو فضلاته. يوضح الشكل ( PageIndex {9} ) الخطوات الخمس لغسل اليدين بشكل سليم الموصى به من قبل مركز السيطرة على الأمراض.

يعتبر غسل اليدين أكثر أهمية بالنسبة للعاملين في مجال الرعاية الصحية ، الذين يجب أن يغسلوا أيديهم جيدًا بين كل اتصال مريض ، وبعد إزالة القفازات ، وبعد ملامسة سوائل الجسم والأدوية التي يحتمل أن تكون معدية ، وقبل وبعد مساعدة الجراح في الإجراءات الغازية. حتى مع استخدام الملابس الجراحية المناسبة ، بما في ذلك القفازات ، فإن الغسل أثناء الجراحة أكثر تعقيدًا من غسل اليدين الروتيني. الهدف من التنظيف الجراحي هو تقليل الميكروبات الطبيعية الموجودة على سطح الجلد لمنع دخول هذه الميكروبات إلى جروح المريض الجراحية.

لا يوجد بروتوكول واحد مقبول على نطاق واسع للتنظيف الجراحي. قد تعتمد البروتوكولات الخاصة بطول الوقت الذي يستغرقه التنظيف على مضادات الميكروبات المستخدمة ؛ يجب على العاملين في مجال الرعاية الصحية التحقق دائمًا من توصيات الشركة المصنعة. وفقًا لجمعية تقنيي الجراحة (AST) ، يمكن إجراء الدعك الجراحي باستخدام الفرشاة أو بدونها (الشكل ( PageIndex {9} )).

الشكل ( PageIndex {9} ): (أ) يوصي مركز السيطرة على الأمراض بخمس خطوات كجزء من غسل اليدين النموذجي لعامة الناس. (ب) الفرك الجراحي أكثر اتساعًا ، حيث يتطلب الفرك بدءًا من أطراف الأصابع ، ويمتد إلى اليدين والساعدين ، ثم إلى ما بعد المرفقين ، كما هو موضح هنا. (الائتمان أ: تعديل العمل من قبل منظمة الصحة العالمية)

بيسبيجوانيدس

تم تصنيع بيسبيجوانيدات لأول مرة في القرن العشرين وهي جزيئات كاتيونية (موجبة الشحنة) معروفة بخصائصها المطهرة (الشكل ( PageIndex {10} )). أحد مطهر بيسبيجوانيد المهم هو الكلورهيكسيدين. له نشاط واسع الطيف ضد الخمائر والبكتيريا موجبة الجرام والبكتيريا سالبة الجرام ، باستثناء الزائفة الزنجارية، مما قد يطور مقاومة عند التعرض المتكرر.13 يعطل الكلورهيكسيدين أغشية الخلايا ويكون مثبطًا للجراثيم بتركيزات منخفضة أو مبيد للجراثيم بتركيزات أعلى ، مما يؤدي في الواقع إلى تجمد محتويات الخلايا السيتوبلازمية. كما أن لديها نشاطًا ضد الفيروسات المغلفة. ومع ذلك ، فإن الكلورهيكسيدين ضعيف الفعالية ضده السل الفطري والفيروسات غير المغلفة ، وهي ليست قاتلة للأبواغ. يستخدم الكلورهيكسيدين عادة في البيئة السريرية كمقشر جراحي ولاحتياجات غسل اليدين الأخرى للعاملين الطبيين ، وكذلك للتطهير الموضعي للمرضى قبل الجراحة أو حقن الإبرة. إنه أكثر ثباتًا من اليود ، ويوفر نشاطًا مضادًا للميكروبات طويل الأمد. يمكن أيضًا استخدام محاليل الكلورهيكسيدين كغسول للفم بعد الإجراءات الفموية أو لعلاج التهاب اللثة. يكتسب بيسبيغوانيد آخر ، وهو ألكسيدين ، شعبية كمقشر جراحي وغسول للفم لأنه يعمل بشكل أسرع من الكلورهيكسيدين.

الشكل ( PageIndex {10} ): البيزبيغوانيدات الكلورهيكسادين والألكسيدين هي مركبات كاتيونية مطهرة تستخدم عادة كمقشرات جراحية.

تمرين ( PageIndex {6} )

ما اثنين من تأثير الكلورهيكسيدين على الخلايا البكتيرية؟

عوامل الألكلة عبارة عن مجموعة من المواد الكيميائية المطهرة القوية التي تعمل عن طريق استبدال ذرة الهيدروجين داخل جزيء بمجموعة ألكيل (Cنح2n + 1) ، وبالتالي تعطيل الإنزيمات والأحماض النووية (الشكل ( PageIndex {11} )). عامل مؤلكل الفورمالديهايد (CH2يشيع استخدام OH) في محلول بتركيز 37٪ (يُعرف باسم الفورمالين) أو كمطهر غازي ومبيد حيوي. إنه مطهر قوي واسع الطيف ومبيد حيوي لديه القدرة على قتل البكتيريا والفيروسات والفطريات والأبواغ الداخلية ، مما يؤدي إلى التعقيم في درجات حرارة منخفضة ، وهو في بعض الأحيان بديل مناسب لطرق التعقيم الحراري الأكثر كثافة في العمل. كما أنه يربط بين البروتينات ويستخدم على نطاق واسع كمثبت كيميائي. لهذا السبب ، يتم استخدامه لتخزين عينات الأنسجة وكسائل تحنيط. كما تم استخدامه لتعطيل العوامل المعدية في تحضير اللقاح. الفورمالديهايد مهيج للغاية للأنسجة الحية كما أنه مادة مسرطنة. لذلك لا يستخدم كمطهر.

يشبه الجلوتارالدهيد من الناحية الهيكلية الفورمالديهايد ولكنه يحتوي على مجموعتين من الألدهيد التفاعلي ، مما يسمح له بالعمل بسرعة أكبر من الفورمالديهايد. يشيع استخدامه كحل 2٪ للتعقيم ويتم تسويقه تحت الاسم التجاري Cidex. يتم استخدامه لتطهير مجموعة متنوعة من الأسطح والمعدات الجراحية والطبية. ومع ذلك ، على غرار الفورمالديهايد ، يهيج الجلوتارالدهيد الجلد ولا يستخدم كمطهر.

نوع جديد من المطهرات يكتسب شعبية لتطهير المعدات الطبية هو o-phthalaldehyde (OPA) ، والذي يوجد في بعض التركيبات الأحدث من Cidex والمنتجات المماثلة ، لتحل محل الجلوتارالدهيد. يحتوي o-Phthalaldehyde أيضًا على مجموعتين من الألدهيد التفاعلي ، لكنهما مرتبطان بجسر عطري. يُعتقد أن o-Phthalaldehyde يعمل بشكل مشابه للجلوتارالدهيد والفورمالديهايد ، ولكنه أقل تهيجًا للجلد والممرات الأنفية ، وينتج رائحة قليلة ، ولا يتطلب معالجة قبل الاستخدام ، وهو أكثر فعالية ضد البكتيريا الفطرية.

أكسيد الإيثيلين هو نوع من عوامل الألكلة التي تستخدم في التعقيم الغازي. إنه شديد الاختراق ويمكنه تعقيم العناصر الموجودة داخل الأكياس البلاستيكية مثل القسطرة والأدوات التي يمكن التخلص منها في المختبرات والأماكن السريرية (مثل أطباق بتري المعبأة) وغيرها من المعدات. يعتبر التعرض لأكسيد الإيثيلين أحد أشكال التعقيم البارد ، مما يجعله مفيدًا في تعقيم العناصر الحساسة للحرارة. ومع ذلك ، يجب توخي الحذر الشديد عند استخدام أكسيد الإيثيلين ؛ وهي مادة مسرطنة ، مثل غيرها من العوامل المؤلكلة ، كما أنها شديدة الانفجار. مع الاستخدام الدقيق والتهوية المناسبة للمنتجات بعد المعالجة ، يكون أكسيد الإيثيلين عالي الفعالية ، وعادة ما توجد معقمات أكسيد الإيثيلين في الأماكن الطبية لتعقيم المواد المعبأة.

β-Propionolactone هو عامل مؤلكل له بنية كيميائية مختلفة عن الأنواع الأخرى التي تمت مناقشتها بالفعل. مثل العوامل المؤلكلة الأخرى ، يرتبط β-propionolactone بالحمض النووي ، وبالتالي يعطله (الشكل ( PageIndex {11} )). وهو سائل صافٍ ذو رائحة قوية وله القدرة على قتل الأبواغ الداخلية. على هذا النحو ، فقد تم استخدامه إما في شكل سائل أو كبخار لتعقيم الأدوات الطبية وترقيع الأنسجة ، وهو مكون شائع للقاحات ، يستخدم للحفاظ على عقمها. كما تم استخدامه لتعقيم مرق المغذيات وكذلك بلازما الدم والحليب والماء. يتم استقلابه بسرعة من قبل الحيوانات والبشر إلى حمض اللاكتيك. ومع ذلك ، فهو أيضًا مهيج وقد يؤدي إلى تلف دائم في العين أو الكلى أو الكبد. بالإضافة إلى ذلك ، فقد ثبت أنه مادة مسرطنة في الحيوانات. وبالتالي ، فإن الاحتياطات ضرورية لتقليل تعرض الإنسان لـ β-propionolactone.14

الشكل ( PageIndex {11} ): (أ) تستبدل عوامل الألكلة ذرات الهيدروجين بمجموعات ألكيل. هنا ، يتم ألكلة الجوانين ، مما يؤدي إلى ارتباطه الهيدروجين مع الثايمين ، بدلاً من السيتوزين. (ب) التركيبات الكيميائية للعديد من العوامل المؤلكلة.

تمرين ( PageIndex {7} )

  1. ما هو التفاعل الكيميائي الذي تشارك فيه عوامل الألكلة؟
  2. لماذا لا تستخدم عوامل الألكلة كمطهرات؟

طبعات DIEHARD

من المعروف أن البريونات ، وهي البروتينات غير الخلوية غير المطوية المسؤولة عن الأمراض المستعصية والقاتلة مثل مرض كورو وكروتزفيلد جاكوب (انظر Viroids ، Virusoids ، و Prions) ، من الصعب تدميرها. البريونات شديدة المقاومة للحرارة والمواد الكيميائية والإشعاع. كما أنها شديدة العدوى ومميتة ؛ وبالتالي ، فإن التعامل مع العناصر المصابة بالبريون والتخلص منها يتطلب تدريبًا مكثفًا وحذرًا شديدًا.

يمكن أن تقلل الطرق النموذجية للتطهير من عدوى البريونات ولكنها لا تقضي عليها. التعقيم بالبخار ليس فعالًا تمامًا ، كما أنه لا يحتوي على مواد كيميائية مثل الفينول والكحول والفورمالين وبيتا بروبيولاكتون. حتى عند تثبيتها في الفورمالين ، تظل أنسجة المخ والحبل الشوكي المصابة معدية.

يجب على الأفراد الذين يتعاملون مع العينات أو المعدات الملوثة أو يعملون مع مرضى مصابين ارتداء معطف واقٍ ووقاية للوجه وقفازات مقاومة للقطع. يجب غسل أي ملامسة للجلد على الفور بالمنظف والماء الدافئ دون فرك. يجب بعد ذلك غسل الجلد بـ 1 N NaOH أو تخفيف بنسبة 1:10 من مادة التبييض لمدة دقيقة واحدة. يجب حرق النفايات الملوثة أو تعقيمها في محلول أساسي قوي ، ويجب تنظيف الأدوات ونقعها في محلول أساسي قوي.

بيروكسيجين

البيروكسيجين عبارة عن عوامل مؤكسدة قوية يمكن استخدامها كمطهرات أو مطهرات. يعتبر بيروكسيد الهيدروجين (H2ا2) ، والذي يستخدم غالبًا في محلول لتطهير الأسطح ويمكن استخدامه أيضًا كعامل غازي. محاليل بيروكسيد الهيدروجين عبارة عن مطهرات جلدية غير مكلفة تتحلل إلى ماء وغاز أكسجين ، وكلاهما آمن بيئيًا. يتم تسريع هذا التحلل في وجود الضوء ، لذلك تُباع محاليل بيروكسيد الهيدروجين عادةً في زجاجات بنية أو غير شفافة. أحد عيوب استخدام بيروكسيد الهيدروجين كمطهر هو أنه يتسبب أيضًا في تلف الجلد الذي قد يؤخر الشفاء أو يؤدي إلى حدوث ندبات. غالبًا ما تحتوي منظفات العدسات اللاصقة على بيروكسيد الهيدروجين كمطهر.

يعمل بيروكسيد الهيدروجين عن طريق إنتاج الجذور الحرة التي تدمر الجزيئات الخلوية. يحتوي بيروكسيد الهيدروجين على نشاط واسع الطيف ، يعمل ضد البكتيريا موجبة الجرام وسالبة الجرام (مع فعالية أكبر قليلاً ضد البكتيريا موجبة الجرام) والفطريات والفيروسات والأبواغ الداخلية. ومع ذلك ، فإن البكتيريا التي تنتج إنزيمات إزالة السموم من الأوكسجين الكاتلاز أو البيروكسيديز قد يكون لها تحمل متأصل لتركيزات بيروكسيد الهيدروجين المنخفضة (الشكل ( PageIndex {12} )). لقتل الأبواغ ، يجب زيادة مدة التعرض أو تركيز محاليل بيروكسيد الهيدروجين. يحتوي بيروكسيد الهيدروجين الغازي على فعالية أكبر ويمكن استخدامه كمعقم للغرف أو المعدات.

الشكل ( PageIndex {12} ): يقوم الكاتلاز بتحويل إنزيمي بيروكسيد الهيدروجين عالي التفاعل (H2ا2) في الماء والأكسجين. يمكن استخدام بيروكسيد الهيدروجين لتنظيف الجروح. يستخدم بيروكسيد الهيدروجين لتعقيم العناصر مثل العدسات اللاصقة. (صور الائتمان: تعديل العمل بواسطة كيري تشيزيك)

البلازما ، غاز مؤين ساخن ، يوصف بالحالة الرابعة للمادة ، مفيد في تعقيم المعدات لأنه يخترق الأسطح ويقتل الخلايا النباتية والأبواغ الداخلية. يمكن إدخال بيروكسيد الهيدروجين وحمض فوق الخليك ، وهما بيروكسيد آخر شائع الاستخدام ، كبلازما. يمكن استخدام حمض البيروكسيتيك كمعقم سائل أو معقم للبلازما بقدر ما يقتل بسهولة الأبواغ ، وهو أكثر فعالية من بيروكسيد الهيدروجين حتى بتركيزات منخفضة إلى حد ما ، وهو محصن ضد تثبيط نشاط الكاتلاز والبيروكسيداز. كما أنه يتحلل إلى مركبات غير ضارة بالبيئة ؛ في هذه الحالة ، حمض الخليك والأكسجين.

تشمل الأمثلة الأخرى على البيروكسيجين البنزويل بيروكسايد وبيروكسيد الكارباميد. البنزويل بيروكسايد هو بيروكسيد يستخدم في محاليل علاج حب الشباب. يقتل البكتيريا حب الشباب بروبيونيباكتيريومالمرتبط بحب الشباب. بيروكسيد الكارباميد ، أحد المكونات المستخدمة في معجون الأسنان ، هو بيروكسجين يحارب الأغشية الحيوية الفموية التي تسبب تلون الأسنان ورائحة الفم الكريهة (رائحة الفم الكريهة).15 أخيرًا ، غاز الأوزون عبارة عن بيروكسجين ذو خصائص مطهرة ويستخدم لتنظيف إمدادات الهواء أو المياه. بشكل عام ، تعتبر مركبات البيروكسيجين فعالة للغاية وشائعة الاستخدام ، مع عدم وجود مخاطر بيئية مرتبطة بها.

تمرين ( PageIndex {8} )

كيف تقتل البيروكسيدات الخلايا؟

خلال الخمسة عشر عامًا الماضية ، كان استخدام السوائل فوق الحرجة ، وخاصة ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج (scCO)2) ، اكتسب شعبية لبعض تطبيقات التعقيم. عندما يصل ثاني أكسيد الكربون إلى ما يقرب من 10 أضعاف الضغط الجوي ، فإنه يصل إلى حالة فوق حرجة لها خصائص فيزيائية بين السوائل والغازات. المواد التي توضع في غرفة يتم فيها ضغط ثاني أكسيد الكربون بهذه الطريقة يمكن تعقيمها بسبب قدرة SCCO2 لاختراق الأسطح.

يعمل ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج عن طريق اختراق الخلايا وتشكيل حمض الكربونيك ، وبالتالي خفض درجة حموضة الخلية بشكل كبير. هذه التقنية فعالة ضد الخلايا الخضرية وتستخدم أيضًا مع حمض البيروكسيتيك لقتل الأبواغ. يمكن أيضًا زيادة فعاليتها مع زيادة درجة الحرارة أو عن طريق الدورات السريعة للضغط وإزالة الضغط ، والتي من المرجح أن تؤدي إلى تحلل الخلايا.

فوائد SCCO2 تشمل الخصائص غير التفاعلية وغير السامة وغير القابلة للاشتعال لثاني أكسيد الكربون ، وهذا البروتوكول فعال في درجات الحرارة المنخفضة. على عكس الطرق الأخرى ، مثل الحرارة والإشعاع ، التي يمكن أن تحلل الجسم الذي يتم تعقيمه ، فإن استخدام scCO2 يحافظ على سلامة الكائن ويستخدم بشكل شائع لمعالجة الأطعمة (بما في ذلك التوابل والعصائر) والأجهزة الطبية مثل المناظير الداخلية. كما أنها تكتسب شعبية لتطهير الأنسجة مثل الجلد والعظام والأوتار والأربطة قبل الزرع. SCCO2 يمكن استخدامه أيضًا لمكافحة الآفات لأنه يمكن أن يقتل بيض الحشرات ويرقاتها داخل المنتجات.

تمرين ( PageIndex {9} )

لماذا يكتسب استخدام ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج شعبية للاستخدامات التجارية والطبية؟

المواد الحافظة الكيميائية للأغذية

تستخدم المواد الحافظة الكيميائية لمنع نمو الميكروبات وتقليل التلف في بعض الأطعمة. تشمل المواد الحافظة الكيميائية الشائعة الاستخدام حمض السوربيك وحمض البنزويك وحمض البروبيونيك وأملاحها الأكثر قابلية للذوبان سوربات البوتاسيوم وبنزوات الصوديوم وبروبيونات الكالسيوم ، وكلها تستخدم للتحكم في نمو العفن في الأطعمة الحمضية. كل من هذه المواد الحافظة غير سامة ويتم استقلابها بسهولة من قبل البشر. كما أنها عديمة النكهة ، لذا فهي لا تضر بنكهة الأطعمة التي تحفظها.

تظهر الأحماض السوربيك والبنزويك فعالية متزايدة مع انخفاض الرقم الهيدروجيني. يُعتقد أن حمض السوربيك يعمل عن طريق تثبيط العديد من الإنزيمات الخلوية ، بما في ذلك تلك الموجودة في دورة حمض الستريك ، وكذلك الكاتالاز والبيروكسيداز. يضاف كمادة حافظة في مجموعة متنوعة من الأطعمة ، بما في ذلك منتجات الألبان والخبز والفواكه والخضروات. يوجد حمض البنزويك بشكل طبيعي في العديد من أنواع الفواكه والتوت والتوابل والمنتجات المخمرة. يُعتقد أنه يعمل عن طريق تقليل درجة الحموضة داخل الخلايا ، والتدخل في آليات مثل الفسفرة المؤكسدة وامتصاص الجزيئات مثل الأحماض الأمينية في الخلايا. تشمل الأطعمة المحفوظة بحمض البنزويك أو بنزوات الصوديوم عصائر الفاكهة والمربى والآيس كريم والمعجنات والمشروبات الغازية والعلكة والمخللات.

يُعتقد أن حمض البروبيونيك يثبط الإنزيمات ويقلل درجة الحموضة داخل الخلايا ، ويعمل بشكل مشابه لحمض البنزويك. ومع ذلك ، فإن حمض البروبيونيك مادة حافظة أكثر فعالية عند درجة حموضة أعلى من حمض السوربيك أو حمض البنزويك. ينتج حمض البروبيونيك بشكل طبيعي عن طريق بعض أنواع الجبن أثناء نضجها ويضاف إلى أنواع أخرى من الجبن والسلع المخبوزة لمنع تلوث العفن. كما يضاف إلى العجين النيء لمنع التلوث بالبكتيريا Bacillus mesentericus، مما يتسبب في تحول الخبز إلى روبي.

تشمل المواد الحافظة الكيميائية الأخرى الشائعة الاستخدام ثاني أكسيد الكبريت والنتريت. يمنع ثاني أكسيد الكبريت تحمير الأطعمة ويستخدم لحفظ الفواكه المجففة ؛ تم استخدامه في صناعة النبيذ منذ العصور القديمة. يذوب غاز ثاني أكسيد الكبريت في الماء بسهولة مكونًا الكبريتات. على الرغم من أن الجسم يمكن أن يستقلب الكبريتات ، إلا أن بعض الأشخاص يعانون من حساسية الكبريتيت ، بما في ذلك تفاعلات الربو. بالإضافة إلى ذلك ، تعمل الكبريتات على تحلل الثيامين ، وهو عنصر غذائي مهم في بعض الأطعمة. طريقة عمل الكبريتيت ليست واضحة تمامًا ، لكنها قد تتداخل مع تكوين رابطة ثاني كبريتيد (انظر [رابط]) في البروتينات ، مما يثبط النشاط الأنزيمي. بدلاً من ذلك ، قد تقلل درجة الحموضة داخل الخلايا ، وتتداخل مع الآليات التي تحركها قوة دافعة البروتون.

يتم إضافة النتريت إلى اللحوم المصنعة للحفاظ على لونها ووقف إنباتها المطثية البوتولينومالأبواغ. يتم اختزال النتريت إلى أكسيد النيتريك ، والذي يتفاعل مع مجموعات الهيم ومجموعات الحديد والكبريت. عندما يتفاعل أكسيد النيتريك مع مجموعة الهيم داخل ميوجلوبين اللحوم ، يتشكل منتج أحمر ، مما يعطي اللحم لونه الأحمر. بدلاً من ذلك ، يُعتقد أنه عندما يتفاعل حمض النيتريك مع إنزيم الحديد والكبريت فيروكسين داخل البكتيريا ، يتم تدمير ناقل سلسلة نقل الإلكترون هذا ، مما يمنع تخليق ATP. ومع ذلك ، فإن النتروزامين مادة مسرطنة ويمكن إنتاجها من خلال التعرض للحوم المحفوظة بالنتريت (مثل النقانق ولحم الغداء ونقانق الإفطار ولحم الخنزير المقدد واللحوم في الحساء المعلب) للتسخين أثناء الطهي.

مواد حافظة غذائية كيميائية طبيعية

أضاف اكتشاف المواد الطبيعية المضادة للميكروبات التي تنتجها الميكروبات الأخرى إلى ترسانة المواد الحافظة المستخدمة في الغذاء. نيسين هو الببتيد المضاد للميكروبات التي تنتجها البكتيريا المكورات اللبنية وهو فعال بشكل خاص ضد الكائنات إيجابية الجرام. يعمل Nisin عن طريق تعطيل إنتاج جدار الخلية ، مما يجعل الخلايا أكثر عرضة للتحلل. يتم استخدامه لحفظ الجبن واللحوم والمشروبات.

ناتاميسين هو مضاد حيوي مضاد للفطريات تنتجه البكتيريا Streptomyces natalensis. تمت الموافقة عليه من قبل إدارة الغذاء والدواء في عام 1982 ويستخدم لمنع نمو الفطريات في أنواع مختلفة من منتجات الألبان ، بما في ذلك الجبن ، والجبن المقطّع ، والجبن المبشور. يستخدم ناتاميسين أيضًا لحفظ اللحوم في دول خارج الولايات المتحدة.

تمرين ( PageIndex {10} )

ما هي مزايا وعيوب استخدام الكبريتيت والنتريت كمواد حافظة للأغذية؟

  • معادن ثقيلة، بما في ذلك الزئبق والفضة والنحاس والزنك ، لطالما استخدمت للتطهير والحفظ ، على الرغم من أن بعضها له سمية ومخاطر بيئية مرتبطة بها.
  • الهالوجينات، بما في ذلك الكلور والفلور واليود ، تستخدم أيضًا بشكل شائع للتطهير. مركبات الكلور ومنها هيبوكلوريت الصوديوم, الكلورامين، و ثاني أكسيد الكلور، تستخدم عادة لتطهير المياه. اليود في كليهما صبغة و يودوفور هو مطهر فعال.
  • كحول، بما في ذلك الكحول الإيثيلي وكحول الأيزوبروبيل ، هي مطهرات شائعة الاستخدام تعمل عن طريق تغيير طبيعة البروتينات وتعطيل الأغشية.
  • الفينول هي مطهرات ثابتة وطويلة المفعول تفسد طبيعة البروتينات وتعطل الأغشية. توجد عادة في المنظفات المنزلية ، وغسول الفم ، ومطهرات المستشفيات ، وتستخدم أيضًا للحفاظ على المحاصيل المحصودة.
  • المركب الفينولي تريكلوسان، الموجود في الصابون والبلاستيك والمنسوجات المضادة للبكتيريا هو مضاد حيوي تقنيًا بسبب طريقة عمله المحددة في تثبيط تخليق الأحماض الدهنية البكتيرية.
  • السطحي، بما في ذلك الصابون والمنظفات ، تقلل من التوتر السطحي للماء لتكوين مستحلبات تنقل الميكروبات بعيدًا ميكانيكيًا. الصابون عبارة عن أحماض دهنية طويلة السلسلة ، في حين أن المنظفات عبارة عن مواد خافضة للتوتر السطحي.
  • مركبات الأمونيوم الرباعية (quats) هي منظفات كاتيونية تعطل الأغشية. يتم استخدامها في المنظفات المنزلية ومطهرات الجلد وغسول الفم وغسول الفم.
  • بيسبيجوانيدس يعطل أغشية الخلايا ، مما يتسبب في هلام محتويات الخلايا. الكلورهيكسيدين و ألكسيدين تستخدم بشكل شائع في الدعك الجراحي وغسل اليدين في البيئات السريرية وفي غسول الفم بوصفة طبية.
  • وكلاء مؤلكل تعقيم المواد بفعالية في درجات حرارة منخفضة ولكنها مسببة للسرطان وقد تؤدي أيضًا إلى تهيج الأنسجة. جلوتارالدهيد و س فثالالدهيد تستخدم كمطهرات في المستشفيات ولكن ليس كمطهرات. الفورمالديهايد يستخدم لتخزين عينات الأنسجة ، كسوائل تحنيط ، وفي تحضير اللقاح لإبطال مفعول العوامل المعدية. أكسيد الإثيلين هو معقم للغاز يمكن أن يتخلل المواد المعبأة الحساسة للحرارة ، ولكنه أيضًا مادة متفجرة ومسببة للسرطان.
  • بيروكسيجين، بما فيها بيروكسيد الهيدروجين, حمض البيروكسي, البنزويل بيروكسايد، وغاز الأوزون ، عوامل مؤكسدة قوية تنتج الجذور الحرة في الخلايا ، مما يؤدي إلى إتلاف الجزيئات الكبيرة. إنها آمنة بيئيًا وهي مطهرات ومطهرات عالية الفعالية.
  • ثاني أكسيد الكربون المضغوط على شكل أ السوائل فوق الحرجة يتخلل بسهولة المواد والخلايا المعبأة ، مكونًا حمض الكربونيك ويخفض درجة الحموضة داخل الخلايا. ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج غير تفاعلي وغير سام وغير قابل للاشتعال وفعال في درجات الحرارة المنخفضة لتعقيم الأجهزة الطبية والغرسات والأنسجة المزروعة.
  • تُضاف المواد الحافظة الكيميائية إلى مجموعة متنوعة من الأطعمة. حمض السوربيك, حمض البنزويك, حمض البروبيونيك، وأملاحها الأكثر قابلية للذوبان تثبط الإنزيمات أو تقلل درجة الحموضة داخل الخلايا.
  • كبريتيت تستخدم في صناعة النبيذ وتجهيز الأغذية لمنع تحمير الأطعمة.
  • النتريت تستخدم للحفاظ على اللحوم والحفاظ على اللون ، ولكن طهي اللحوم المحفوظة بالنتريت قد ينتج عنها مادة نيتروسامين مسببة للسرطان.
  • نيسين و ناتاميسين هي مواد حافظة منتجة بشكل طبيعي وتستخدم في الجبن واللحوم. Nisin فعال ضد البكتيريا موجبة الجرام والناتاميسين ضد الفطريات.

متعدد الخيارات

أي مما يلي يشير إلى مادة كيميائية مطهرة مذابة في الكحول؟

A. iodophor
صبغة
C. الفينول
D. بيروكسجين

ب

أي من البيروكسيجين التالي يستخدم على نطاق واسع كمطهر منزلي ، وغير مكلف ، ويتحول إلى ماء وغاز أكسجين؟

أ. بيروكسيد الهيدروجين
حمض الفوليك
C. البنزويل بيروكسايد
D. الأوزون

أ

أي من المواد الحافظة الكيميائية التالية تستخدم في صناعة النبيذ ولكنها قد تسبب تفاعلات ربو لدى بعض الأفراد؟

A. النتريت
ب. كبريتات
حمض البروبيونيك
حمض D. البنزويك

ب

التبييض هو مثال على أي مجموعة من المواد الكيميائية المستخدمة في التطهير؟

أ. المعادن الثقيلة
ب الهالوجينات
C. quats
D. bisbiguanides

ب

ما هو المطهر الكيميائي الذي يعمل عن طريق ميثلة الإنزيمات والأحماض النووية والمعروف بكونه سامًا ومسرطنًا؟

حمض السوربيك
B. تريكلوسان
C. الفورمالديهايد
د. سداسي كلوروفين

ج

املاء الفراغ

غالبًا ما يتم طلاء مقابض الأبواب والأسطح الأخرى في الإعدادات السريرية بـ ________ أو ________ أو ________ لمنع انتقال الميكروبات.

النحاس والنيكل والزنك

خطأ صحيح

تصنف الصابون كمطهرات.

خاطئة

لم تعد المركبات التي أساسها الزئبق مفضلة لاستخدامها كمواد حافظة ومطهرات.

حقيقي

اجابة قصيرة

ما هو محلول الكحول الإيثيلي الأكثر فعالية في تثبيط نمو الميكروبات: محلول 70٪ أم محلول 100٪؟ لماذا ا؟

متى يمكن استخدام معالجة الغاز للتحكم في نمو الميكروبات بدلاً من التعقيم بالبخار المضغوط؟ ما هي بعض الأمثلة؟

ما هي ميزة استخدام اليود بدلاً من اليود أو صبغة اليود؟

التفكير النقدي

النظر إلى الشكل ومراجعة المجموعات الوظيفية في [رابط] ، ما هو عامل الألكلة الموضح الذي يفتقر إلى مجموعة الألدهيد؟

هل تعتقد أن المنتجات المضادة للميكروبات المنتجة بشكل طبيعي مثل النيسين والناتامايسين يجب أن تحل محل حمض السوربيك لحفظ الطعام؟ لما و لما لا؟

لماذا يعد استخدام مركبات تطهير الجلد ضروريًا للفرك الجراحي وليس لغسل اليدين يوميًا؟

الحواشي

  1. 1 إدارة الغذاء والدواء الأمريكية. "تريكلوسان: ما يجب أن يعرفه المستهلكون." 2015. http://www.fda.gov/ForConsumers/Cons.../ucm205999.htm. تم الوصول إليه في 9 حزيران 2016.
  2. 2 جيه سترومبرج. "خمسة أسباب لماذا يجب أن تتوقف على الأرجح عن استخدام الصابون المضاد للبكتيريا." Smithsonian.com 3 يناير 2014. http://www.smithsonianmag.com/scienc...948078/؟no-ist. تم الوصول إليه في 9 حزيران 2016.
  3. 3 س ب يزدنكاه وآخرون. "مقاومة التريكلوسان ومضادات الميكروبات في البكتيريا: نظرة عامة." مقاومة الأدوية الجرثومية 12 لا. 2 (2006): 83-90.
  4. 4 L. Birošová، M. Mikulášová. "تطوير التريكلوسان ومقاومة المضادات الحيوية في السالمونيلا المعوية التيفيموريوم المصلي ". مجلة علم الأحياء الدقيقة الطبية 58 لا. 4 (2009): 436-441.
  5. 5 AB Dann، A. Hontela. "تريكلوسان: التعرض البيئي والسمية وآليات العمل." مجلة علم السموم التطبيقي 31 لا. 4 (2011): 285-311.
  6. 6 مراكز أمريكية للسيطرة على الأمراض والوقاية منها. "صحيفة وقائع تريكلوسان." 2013. http://www.cdc.gov/biomonitoring/Tri...FactSheet.html. تم الوصول إليه في 9 حزيران 2016.
  7. 7 إم كلايتون وآخرون. "تأثير Bisphenol A و Triclosan على المعلمات المناعية في سكان الولايات المتحدة ، NHANES 2003-2006." منظورات الصحة البيئية 119 لا. 3 (2011): 390.
  8. 8 ن. سيلفستري - رودريغيز وآخرون. "الفضة كمطهر." في تقييمات التلوث البيئي والسموم، ص 23-45. حرره GW Ware و DM Whitacre. نيويورك: سبرينغر ، 2007.
  9. 9 ب. أوينز. "الفضة تجعل المضادات الحيوية أكثر فعالية بآلاف المرات." طبيعة سجية 19 يونيو 2013. http://www.nature.com/news/silver-ma...ective-1.13232
  10. 10 سي سيلر ، TU Berendonk. "الانتقاء المشترك المدفوع بالمعادن الثقيلة لمقاومة المضادات الحيوية في التربة والأجسام المائية المتأثرة بالزراعة وتربية الأحياء المائية." الحدود في علم الأحياء الدقيقة 3 (2012):399.
  11. 11 منظمة الصحة العالمية. "فوائد ومخاطر استخدام المطهرات المحتوية على الكلور في إنتاج الأغذية وتجهيز الأغذية: تقرير اجتماع الخبراء المشترك بين منظمة الأغذية والزراعة ومنظمة الصحة العالمية." جنيف ، سويسرا: منظمة الصحة العالمية ، 2009.
  12. 12 RE ماركيز. "الإجراءات المضادة للميكروبات للفلورايد لبكتيريا الفم." المجلة الكندية لعلم الأحياء الدقيقة 41 لا. 11 (1995): 955-964.
  13. 13 L. توماس وآخرون. "تطوير مقاومة الكلورهيكسيدين ثنائي الأسيتات في الزائفة الزنجارية وتأثير التركيز "المتبقي". مجلة عدوى المستشفيات 46 لا. 4 (2000): 297-303.
  14. 14 معهد الطب. "الآثار الصحية طويلة المدى للمشاركة في مشروع SHAD (مخاطر السفن والدفاع)." واشنطن العاصمة: مطبعة الأكاديميات الوطنية ، 2007.
  15. 15 ياو ، سي إس وآخرون. "التأثير المضاد للبكتيريا في المختبر لبيروكسيد الكارباميد على الأغشية الحيوية عن طريق الفم." مجلة علم الأحياء الدقيقة الفموي 12 يونيو 2013. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3682087/. دوى: 10.3402 / jom.v5i0.20392.

مساهم

  • نينا باركر (جامعة شيناندواه) ومارك شنيغورت (جامعة ولاية ويتشيتا) وآنه-هيو ثي تو (جامعة ولاية جورجيا الجنوبية الغربية) وفيليب ليستر (كلية وسط نيو مكسيكو المجتمعية) وبريان إم فورستر (جامعة سانت جوزيف) مع العديد المؤلفين المساهمين. المحتوى الأصلي عبر Openstax (CC BY 4.0 ؛ الوصول مجانًا على https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


هندسة نظم التمثيل الغذائي للكائنات الدقيقة للمواد الكيميائية الطبيعية وغير الطبيعية

تحفز المخاوف المتزايدة بشأن الموارد الأحفورية المحدودة والمشاكل البيئية المرتبطة بها على تطوير عمليات مستدامة لإنتاج المواد الكيميائية والوقود والمواد من الموارد المتجددة. الهندسة الأيضية هي تقنية تمكين رئيسية لتحويل الكائنات الحية الدقيقة إلى مصانع خلايا فعالة لهذه المركبات. تقدم هندسة استقلاب الأنظمة ، التي تضم مفاهيم وتقنيات بيولوجيا الأنظمة ، والبيولوجيا التركيبية والهندسة التطورية على مستوى الأنظمة ، إطارًا مفاهيميًا وتكنولوجيًا لتسريع إنشاء إنزيمات ومسارات أيضية جديدة أو تعديل المسارات الحالية للإنتاج الأمثل من المنتجات المطلوبة. نناقش هنا الاستراتيجيات العامة لهندسة التمثيل الغذائي للأنظمة وأمثلة على تطبيقها ونقدم رؤى حول متى وكيف يجب استخدام كل من الاستراتيجيات المختلفة. أخيرًا ، نسلط الضوء على القيود والتحديات التي يجب التغلب عليها من أجل هندسة التمثيل الغذائي للأنظمة للكائنات الحية الدقيقة على مستويات أكثر تقدمًا.


مقدمة

بشرتنا هي موطن لملايين البكتيريا والفطريات والفيروسات التي تتكون منها ميكروبيوتا الجلد. على غرار تلك الموجودة في أمعائنا ، فإن الكائنات الحية الدقيقة في الجلد لها أدوار أساسية في الحماية من مسببات الأمراض الغازية ، وتثقيف جهاز المناعة لدينا ، وانهيار المنتجات الطبيعية 1 ، 2 ، 3. باعتباره أكبر عضو في جسم الإنسان ، يتم استعمار الجلد من قبل الكائنات الحية الدقيقة المفيدة ويعمل كحاجز مادي لمنع غزو مسببات الأمراض. في الظروف التي يتم فيها كسر الحاجز أو عندما يتم اختلال التوازن بين المتعايشات ومسببات الأمراض ، يمكن أن تحدث أمراض جلدية أو حتى أمراض جهازية. يمكن تصنيف مواقع جلد الإنسان حسب خصائصها الفسيولوجية ، أي سواء كانت دهنية (دهنية) أو رطبة أو جافة (الإطار 1). تعد دراسة تركيبة الجراثيم في مواقع مختلفة ذات قيمة لتوضيح مسببات الاضطرابات الجلدية الشائعة ، والتي غالبًا ما تفضل مواقع جلدية معينة ، مثل الأكزيما داخل الكوع 4 والصدفية خارج الكوع 5.

تقليديا ، تم استكشاف المجتمعات الميكروبية الجلدية باستخدام الأساليب القائمة على الثقافة. نظرًا لأن هذا النهج يختار الكائنات الحية الدقيقة التي تزدهر في ظروف النمو الاصطناعي ، فإنه يقلل من التنوع الكلي للمجتمع. على سبيل المثال ، جنس الجلد المكورات العنقودية يزرع بسهولة أكبر من Propionibacterium النيابة. أو الوتدية spp. ، والتي تم التقليل من شأنها في كثير من الأحيان في المسوحات المستندة إلى الثقافة 6. وهكذا ، للتغلب على التحيز الذي تفرضه الثقافة والتقاط التنوع الكامل للميكروبيوم ، بدأ الباحثون في تطبيق طرق التسلسل. استخدمت مناهج التسلسل الأصلية هذه تباين التسلسل في العلامات التصنيفية المحفوظة كبصمات أصابع جزيئية لتحديد أعضاء المجتمعات الميكروبية 7. بالنسبة للبكتيريا ، يتم استخدام جين 16S الريبوسوم RNA (rRNA) ، بينما بالنسبة للفطريات ، يُفضل استخدام منطقة الفاصل الداخلي 1 (ITS1) لجين الريبوسوم حقيقية النواة 8.

نظرًا لتقدم تقنيات التسلسل من تسلسل Sanger إلى 454 تسلسل حراري ثم تسلسل Illumina ، تم تكييف هذا النهج الأصلي بانتظام لاستيعاب زيادة أعماق القراءة وأطوال القراءة الأقصر. وقد تم تحقيق ذلك باستخدام مواد أولية جديدة لأمبليكونات أقصر ، وطرق التجميع للتغلب على خطأ التسلسل وطرق التجميع للجمع بين قراءات النهاية المزدوجة. مع أطوال أمبليكون أقصر (∼ 300 نقطة أساس مقارنة بـ & GT1000 نقطة أساس في تسلسل سانجر) ، يمكن تحليل منطقة فرعية فقط من جين الرنا الريباسي 16S. يتطلب ذلك تحسين بادئات مُحسَّنة ترتبط بمناطق معينة من جين 16S rRNA لالتقاط التنوع الجيني لأزواج التمهيدي للسكان البكتيرية التي تُستخدم في دراسات ميكروبيوم الجلد ، يجب تحسينها لتضخيم وتمييز الأصناف الميكروبية الجلدية السائدة 9،10،11. حتى الآن ، فإن خطوط الأنابيب الأولية لتحليل بيانات amplicon هي mothur 12 و Qiime 13. تستخدم كلتا الطريقتين نهج تجميع القراءة الذي يتم من خلاله مقارنة القراءات العنقودية مع قواعد البيانات المرجعية المنسقة لتصنيف المجتمعات على مستوى الجنس ، وعند الإمكان ، على مستوى الأنواع.

استخدمت معظم مسوحات ميكروبيوم الجلد تسلسل الأمبليكون. ومع ذلك ، على مدى السنوات القليلة الماضية ، مكنت الاختراقات التقنية والتحليلية الكبرى من إجراء دراسات التسلسل الميتاجينومي للبندقية. يسلط الشكل 1 الضوء على الاختلافات الفنية والإجرائية بين metagenomics amplicon والبندقية والأنواع المختلفة من التحليلات الممكنة مع مجموعات البيانات. نظرًا لأن الميتاجينوميات البنادق لا تسلسل مناطق مستهدفة محددة ، فإنها تلتقط في وقت واحد جميع المواد الجينية في العينة ، بما في ذلك الإنسان والبكتيريا والفطريات والعتيقة والفيروسية ، مما يسمح بالاستدلال على وفرة المملكة النسبية ، مع الحد من أن الحمض النووي للكائنات الحية الدقيقة المختلفة قد يتم استخراجه تفاضليًا اعتمادًا على طريقة تحضير العينة 14،15،16. ميزة أخرى للتسلسل الميتاجينومي للبندقية هي أن مجموعات البيانات هذه توفر دقة كافية للتمييز بين الأنواع وحتى السلالات داخل الأنواع. هذا أمر بالغ الأهمية لتحديد أعضاء المكورات العنقودية جنس ، والتي يصعب تصنيفها إلى مستوى الأنواع مع معظم أساليب تسلسل amplicon 9. القدرة على التفريق بين السلالات مهمة حيث تكشف المزيد من الدراسات عن الاختلافات الوظيفية الموجودة بين السلالات داخل الأنواع 17 ، 18 ، 19.

لدراسة أعضاء المجتمع الميكروبي ، يمكن استخدام استراتيجيتين للتسلسل. بالنسبة لتسلسل amplicon (يسار) ، يتم استخدام الاشعال لتضخيم المناطق المحفوظة داخل المملكة. بالنسبة للبكتيريا ، يتم تضخيم منطقة 16S الريبوسوم RNA (الرنا الريباسي) من الجين الريبوزومي ، بينما بالنسبة للفطريات ، يتم تضخيم منطقة المباعد الداخلية 1 (ITS1). على النقيض من ذلك ، فإن تسلسل الجينوم الكامل (على اليمين) يلتقط المجموعة الكاملة للمادة الجينية في عينة دون خطوة تضخيم مستهدفة. يمكن لتحليلات الأمبليكون المتسلسلة تحديد تكوين المجتمع على مستوى الجنس وعلى مستوى الأنواع ، لكن علم الجينات البنادق فقط يمكنه الكشف عن الوفرة النسبية للمملكة والدقة في مستوى السلالة. يمكن تجميع الألوان التي لم يتم تعريفها على أنها "أخرى".

في هذه المراجعة ، نناقش الرؤى الحديثة في المجتمعات الميكروبية الجلدية ، بما في ذلك تكوينها في الصحة والمرض ، والتجمع والبيئة ، والتفاعلات مع جهاز المناعة. ننتهي من خلال النظر في الأسئلة المهمة التي لم تتم الإجابة عليها في المجال وأولويات البحث المستقبلية. إن الفهم الأكبر لهذه الموضوعات مهم مع زيادة الاهتمام باستهداف ميكروبيوم الجلد من أجل الأساليب العلاجية.

المربع 1: فسيولوجيا الجلد

من الناحية الهيكلية ، يتكون الجلد من طبقتين متميزتين: البشرة والأدمة (الشكل). تتكون الطبقة الخارجية (البشرة) من طبقات من الخلايا الكيراتينية المتباينة. تتكون الطبقة العليا ، أو الطبقة القرنية ، من خلايا كيراتينية متباينة نهائيًا (تُعرف أيضًا باسم Squames) مرتبطة كيميائياً لتقوية حاجز الجلد 113.

بالإضافة إلى هذا الهيكل الطبقي المحفوظ ، توفر مواقع الجسم بيئات ميكروية متنوعة تختلف في التعرض للأشعة فوق البنفسجية ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة والرطوبة ومحتوى الدهون والتضاريس 22. على أساس هذه الخصائص ، يمكن تصنيف المواقع إلى فئات واسعة: دهنية أو دهنية (الوجه والصدر والظهر) رطبة (ثني الكوع وظهر الركبة والفخذ) وجافة (أخمص الساعد والنخيل). تتأثر بيئة هذه المواقع بالزوائد ، مثل الغدد العرقية وبصيلات الشعر والغدد الدهنية. تعتبر الغدد العرقية أكثر وفرة في المواقع الرطبة ، وهي مهمة للتنظيم الحراري من خلال تبخر الماء ، مما يؤدي أيضًا إلى تحمض الجلد ، مما يجعل الظروف غير مواتية لنمو واستعمار بعض الكائنات الحية الدقيقة. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي العرق على جزيئات مضادة للميكروبات ، مثل الأحماض الدهنية الحرة والببتيدات المضادة للميكروبات ، التي تمنع الاستعمار الميكروبي 114. متصلة ببصيلات الشعر وأكثر كثافة في المواقع الدهنية ، تفرز الغدد الدهنية دهونًا غنية بالدهون ، وهي طبقة كارهة للماء تعمل على تليين الشعر والبشرة وتوفير درع مضاد للبكتيريا.

اعتمادًا على الطريقة المستخدمة لأخذ عينات من الجراثيم الجلدية (مسحة ، خزعة ، كشط السطح ، فرك الكوب أو شريط شريط) ، يتم التقاط الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في أعماق مختلفة أو أجزاء فرعية من الجلد 92،115،116،117. على الرغم من أن معظم الأصناف البكتيرية الرئيسية يتم تحديدها بشكل مشابه بغض النظر عن طريقة أخذ العينات 92 ، فإن بعض الكائنات الحية الدقيقة موجودة بشكل متنوع على السطح مقارنة بطبقات الجلد العميقة 118،119،120 وهذا يؤكد على أهمية الحفاظ على تقنيات أخذ العينات المتسقة طوال الدراسة. بشكل عام ، تستخدم الدراسات التي تم تسليط الضوء عليها خلال هذه المراجعة طرقًا تلتقط الكائنات الحية الدقيقة في الطبقة القرنية وداخلها ، ومن الضروري إجراء دراسات إضافية باستخدام تقنيات أخذ عينات أكثر توغلًا لفهم التوزيع المكاني للكائنات الحية الدقيقة في الجلد بشكل كامل.


التقدم الأخير في إنتاج المواد الكيميائية المشتقة من الأحماض الأمينية باستخدام الوتدية الجلوتاميك

يعد إنتاج المواد الكيميائية الخضراء من خلال العمليات الميكروبية أمرًا بالغ الأهمية لتطوير مجتمع مستدام في القرن الحادي والعشرين. من بين الكائنات الحية الدقيقة الصناعية المهمة ، البكتيريا موجبة الجرام الوتدية الجلوتاميك تم استخدامه في تخمير الأحماض الأمينية ، والتي تعد واحدة من أكبر الصناعات القائمة على الميكروبات. حتى الآن ، تم إنتاج العديد من الأحماض الأمينية ، بما في ذلك حمض الجلوتاميك L ، و l -lysine ، و l -threonine ، بواسطة جيم الجلوتاميك. اكتسبت القدرة على إنتاج كميات كبيرة من الأحماض الأمينية اهتمامًا هائلاً لأن الأحماض الأمينية يمكن استخدامها كمقدمة لإنتاج مواد كيميائية أخرى ذات قيمة مضافة عالية. مكنت التطورات الأخيرة في الهندسة الأيضية وتقنيات البيولوجيا التركيبية من توسيع مسارات التمثيل الغذائي من الأحماض الأمينية.تقدم المراجعة الحالية نظرة عامة على التقدم الأخير في الإنتاج الميكروبي للمونومرات الحيوية المشتقة من الأحماض الأمينية مثل 1،4-ديامينوبوتان ، 1،5-ديامينوبنتان ، حمض الغلوتاريك ، 5-أمينوليفولينك حمض ، l -pipecolic حمض ، 4-amino-1-butanol و 5-aminolevulinic acid ، وكذلك اللبنات الأساسية لمنتجات الرعاية الصحية والمستحضرات الصيدلانية مثل ectoine و l -theanine و gamma-aminobutyric acid بواسطة الهندسة الأيضية جيم الجلوتاميك.

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


سلامة الغذاء في مؤسسات الأكل المنظمة الكبيرة

27.2.7 التنظيف والتعقيم

يجب ضمان التنظيف والتعقيم في كل نقطة من سلسلة التحضير باستخدام عوامل وأساليب تنظيف مناسبة وجداول تنظيف. يتضمن تنظيف كفاءة الطاقة إزالة التربة أو بقايا الطعام أو الأوساخ أو الشحوم أو أي مادة أخرى غير مرغوب فيها. يجب استخدام مواد التنظيف المنفصلة ، بما في ذلك الملابس والإسفنج والمماسح للمنطقة النظيفة المخصصة. يوصى باستخدام الأقمشة التي تستخدم لمرة واحدة كلما أمكن ذلك. يعتبر التنظيف الفعال أمرًا ضروريًا للتخلص من البكتيريا الضارة ومنع انتشارها إلى الطعام (Edrees ، 2014). الماء وحده ليس عامل تنظيف فعال للغاية بسبب توتره السطحي العالي. تسهل إضافة المنظفات إلى الماء التلامس بين الماء والتربة السطحية ، مما يسمح باختراق التربة بشكل أفضل عن طريق خفض التوتر السطحي.

التطهير هو قتل العوامل المعدية خارج الجسم بالتعرض المباشر للعوامل الكيميائية أو الفيزيائية. ومع ذلك ، فإن المطهرات الكيميائية لا تعمل إلا إذا تم تنظيف الأسطح جيدًا أولاً لإزالة الشحوم والأوساخ الأخرى. للتطهير الفعال ، من المهم أولاً تنظيف السطح وإزالة الأوساخ المرئية وجزيئات الطعام والحطام ، ثم شطفه لإزالة أي بقايا. بعد هذه الخطوة ، يتم تطبيق المطهر باستخدام التخفيف الصحيح ووقت التلامس ، وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة ، ثم الشطف بماء الشرب. تتمتع المطهرات بخصائص التنظيف والتطهير في منتج واحد. ولكن لا يزال يتعين إجراء عملية التنظيف والتطهير على النحو الوارد أعلاه ، للتأكد من أن المطهر يعمل بشكل فعال ، أي توفير سطح نظيف أولاً ثم التعقيم مرة أخرى. يجب مراقبة برامج التنظيف والتطهير بشكل مستمر وفعال للتأكد من ملاءمتها وفعاليتها مرة كل 6 أشهر والاحتفاظ بالسجلات. جدول التنظيف والتطهير في مؤسسة تناول الطعام كما هو موضح من قبل FSSAI موضحة في الجداول 27.1-27.5. طرق التطهير نوعان:

الجدول 27.1. تنظيف الهيكل

مكونالتردد الأدنىالمعدات والكيماوياتطريقة
الطوابق ما عدا الحمام والمخزننهاية كل يوم أو حسب الحاجةالمكانس ، الممسحات الرطبة ، الفرش ، المنظفات ، المطهرات 1.

قم بمسح المنطقة وإزالة الحطام

ضع المنظف وامسح المنطقة

اشطفها جيدًا بالماء

افركي بقطعة قماش مبللة أو اشطفي بالماء

امسح بقطعة قماش مبللة أو اشطفها بالماء

افركي بقطعة قماش أو اشطفي بالماء

عندما لا تكون قيد الاستعمال ، قم بإزالة الماء والحفاظ عليه جافًا

ضع المنظف وامسح المنطقة

اشطفها جيدًا بالماء

قم بإزالة المواد الغريبة والأتربة

افركي بقطعة قماش مبللة أو اشطفي بالماء

اشطفه بالماء والمعقم

تخلص من الحشرات والأجسام الغريبة الأخرى

قم بإزالة المواد الغريبة والأتربة

افركي بقطعة قماش مبللة واشطفها بالماء

قم بمسح المنطقة وإزالة الحطام

اغسل مكان وقوف السيارات جيدًا بالماء

قم بمسح المنطقة وإزالة الحطام

اغسل جيدا بالماء

الجدول 27.2. تنظيف الأسطح الملامسة للأغذية

مكونأقل ترددالمعدات والكيماوياتطريقة
طاولات العملبعد الاستعمالتنظيف ملابس المسح (استخدام لمرة واحدة) والمنظفات والمطهرات 1.

قم بإزالة بقايا الطعام والأتربة

افركي بقطعة قماش مبللة أو اشطفي بالماء

امسح بقطعة قماش مبللة أو اشطفها بالماء

قم بإزالة بقايا الطعام والأتربة

اشطفها بالماء و / أو المنظفات

الجدول 27.3. تنظيف المعدات

مكونأقل ترددالمعدات والكيماوياتطريقة
الأواني وألواح التقطيع والسكاكين ومعدات الطهي الأخرى وأدوات الخدمة والأواني الفخارية وأدوات المائدةبعد الاستعمالأقمشة مسح نظيفة (تستخدم لمرة واحدة) ، وفرش ، ومنظفات ، ومطهرات 1.

قم بإزالة بقايا الطعام والأتربة

قم بإزالة بقايا الطعام والأتربة

افركي بقطعة قماش مبللة أو اشطفي بالماء

امسح بقطعة قماش مبللة أو اشطفها بالماء

يجفف بقطعة قماش نظيفة / يجفف بالهواء

الجدول 27.4. تنظيف الأسطح الملامسة لليدين

مكونأقل ترددالمعدات والكيماوياتطريقة
الأبواب ومقابض الأبواباليوميالملابس والمنظفات المبللة 1.

اشطفها أو امسحها بقطعة قماش مبللة

جفف بمناشف ورقية / يجفف بالهواء

قم بإزالة بقايا الطعام والأتربة

الجدول 27.5. تنظيف الاثاث والديكور

مكونأقل ترددالمعدات والكيماوياتطريقة
الكراسي والطاولات ، وعدادات الاستقبال والنقود ، وعدادات العرض المثبتة في درجة حرارة الغرفةكل أسبوعين أو كما هو مطلوبتنظيف أقمشة المسح (للاستخدام مرة واحدة) والفرش والمنظفات 1.

افركي بقطعة قماش مبللة أو اشطفي بالماء

امسح بقطعة قماش مبللة أو اشطفها بالماء

طرق التطهير غير الكيميائية مثل الحرارة / البخار: باهظة الثمن وغير عملية

طرق التطهير الكيميائي: المطهرات شائعة الاستخدام [الكلور المطلق للكلور ، الأمونيوم الرباعي ، الأمفوتريك (ampholytic) والمركبات الفينولية ، حمض الباراسيتيك].

الكلور هو أكثر المطهرات المتاحة فعالية وهيبوكلوريت الصوديوم (أو الكالسيوم) هو مطهر رخيص شائع الاستخدام (روسين وآخرون ، 1998). العيب العملي لهيبوكلوريت الصوديوم هو خطر التآكل لجميع المعادن الشائعة (خاصة الألومنيوم والحديد المجلفن) ، باستثناء الفولاذ المقاوم للصدأ عالي الجودة. وفقًا لقانون معايير وسلامة الأغذية (FSSA) لعام 2006 ، يجب الحفاظ على أماكن الطعام والتركيبات والتجهيزات والمعدات والأواني نظيفة وفي حالة جيدة من الإصلاح والعمل. يعد برنامج التنظيف والصرف الصحي الجيد التخطيط والتنفيذ والتحكم به لمنشأة تناول الطعام (منطقة الخدمة ، والمطبخ ، والمعدات ، والأواني) أمرًا مهمًا للغاية لتحقيق مستوى صحي عالٍ. ومع ذلك ، فإن التنظيف والصرف الصحي وحدهما لن يضمنوا تمامًا المعيار الصحي في الإنتاج لأن نظافة العملية والنظافة الشخصية هي أيضًا عوامل مهمة بنفس القدر.


قياس التحكم الميكروبي

يتم تحديد الطرق الفيزيائية والكيميائية للتحكم الميكروبي التي تقتل الكائنات الحية الدقيقة المستهدفة بواسطة اللاحقة -بيد (أو - قاتل). تشير البادئة إلى نوع الميكروب أو العامل المعدي الذي قتل بواسطة طريقة العلاج: مبيد للجراثيمس قتل البكتيريا ، مبيد الفيروساتس قتل أو تعطيل الفيروسات ، و مبيدات الفطرياتس قتل الفطريات. الأساليب الأخرى لا تقتل الكائنات الحية ، ولكن بدلاً من ذلك ، توقف نموها ، مما يجعل سكانها ثابتًا ، يتم تحديد هذه الأساليب بواسطة اللاحقة -ستات (أو -ثابتة). على سبيل المثال، كابح للجراثيم العلاجات تمنع نمو البكتيريا ، بينما فطريات العلاجات تمنع نمو الفطريات. العوامل التي تحدد ما إذا كان علاج معين أم لا - قاتل أو -ثابتة تشمل أنواع الكائنات الحية الدقيقة المستهدفة وتركيز المادة الكيميائية المستخدمة وطبيعة العلاج المطبق.

بالرغم ان -ثابتة لا تقتل العلاجات في الواقع العوامل المعدية ، وغالبًا ما تكون أقل سمية للإنسان والحيوانات الأخرى ، وقد تحافظ أيضًا بشكل أفضل على سلامة العنصر المعالج. عادةً ما تكون مثل هذه العلاجات كافية لإبقاء السكان الميكروبيين للعنصر تحت الفحص. انخفاض سمية بعض هذه -ثابتة تسمح المواد الكيميائية أيضًا بنقعها بأمان في البلاستيك لمنع نمو الميكروبات على هذه الأسطح. تستخدم مثل هذه المواد البلاستيكية في منتجات مثل لعب الأطفال وألواح التقطيع لإعداد الطعام. عندما تستخدم لعلاج العدوى ، -ثابتة عادةً ما تكون العلاجات كافية في حالة الفرد السليم ، مما يمنع العامل الممرض من التكاثر ، مما يسمح لجهاز المناعة للفرد بإزالة العدوى.

يمكن تقييم درجة التحكم الجرثومي باستخدام أ منحنى الموت الجرثومي لوصف تقدم وفعالية بروتوكول معين. عند التعرض لبروتوكول محدد للتحكم الميكروبي ، تموت نسبة مئوية ثابتة من الميكروبات داخل السكان. نظرًا لأن معدل القتل يظل ثابتًا حتى عندما يختلف حجم السكان ، فإن النسبة المئوية للقتل هي معلومات مفيدة أكثر من العدد المطلق للميكروبات المقتولة. غالبًا ما يتم رسم منحنيات الموت كمخططات شبه لوغاريتمية تمامًا مثل منحنيات النمو الميكروبي لأن الانخفاض في الكائنات الحية الدقيقة يكون عادةً لوغاريتميًا. يُطلق على مقدار الوقت الذي يستغرقه بروتوكول معين لإنتاج انخفاض واحد من حيث الحجم في عدد الكائنات الحية ، أو وفاة 90 ٪ من السكان ، وقت التخفيض العشري (DRT) أو D- القيمة.

الموت الميكروبي هو لوغاريتمي ويمكن ملاحظته بسهولة باستخدام مؤامرة شبه لوغارية بدلاً من مؤامرة حسابية. وقت التخفيض العشري (قيمة D) هو الوقت الذي يستغرقه قتل 90٪ من السكان (انخفاض سجل واحد في إجمالي عدد السكان) عند التعرض لبروتوكول محدد للتحكم الميكروبي ، كما هو موضح بواسطة القوس الأرجواني.

تساهم عدة عوامل في فعالية عامل التطهير أو بروتوكول التحكم الميكروبي. أولاً ، كما هو موضح في الشكل 2 ، فإن طول وقت التعرض مهم. أوقات التعرض الأطول تقتل المزيد من الميكروبات. نظرًا لأن الموت الميكروبي لسكان يتعرضون لبروتوكول معين هو لوغاريتمي ، فإن الأمر يستغرق وقتًا أطول لقتل عدد كبير من السكان مقارنة بحمل منخفض السكان يتعرض لنفس البروتوكول. هناك حاجة إلى وقت علاج أقصر (يقاس بمضاعفات القيمة D) عند البدء بعدد أقل من الكائنات الحية. تعتمد الفعالية أيضًا على مدى تعرض العامل لعامل التطهير أو البروتوكول. من المهم أيضًا تركيز عامل التطهير أو شدة التعرض. على سبيل المثال ، تؤدي درجات الحرارة المرتفعة والتركيزات العالية للمطهرات إلى قتل الميكروبات بسرعة وفعالية أكبر. الحالات التي تحد من التلامس بين العامل وخلايا الخلايا المستهدفة - على سبيل المثال ، وجود سوائل الجسم أو الأنسجة أو الحطام العضوي (على سبيل المثال ، الطين أو البراز) ، أو الأغشية الحيوية على الأسطح - زيادة وقت التنظيف أو شدة بروتوكول التحكم الميكروبي المطلوب للوصول إلى المستوى المطلوب من النظافة. يجب مراعاة كل هذه العوامل عند اختيار البروتوكول المناسب للتحكم في نمو الميكروبات في حالة معينة.

فكر في الأمر

  • ما سببان محتملان لاختيار علاج مضاد للجراثيم بدلاً من علاج مبيد للجراثيم؟
  • قم بتسمية عاملين على الأقل يمكن أن يضروا بفاعلية عامل التطهير.

المفاهيم الأساسية والملخص

  • تسمى العناصر غير الحية التي قد تؤوي الميكروبات وتساعد في انتقالها أدوات معدية. يعتمد مستوى النظافة المطلوب للفايت على كل من استخدام العنصر والعامل المعدي الذي قد يكون العنصر ملوثًا به.
  • أنشأت مراكز مكافحة الأمراض والوقاية منها والمعاهد الوطنية للصحة أربعة مستويات السلامة البيولوجية (BSLs) للمختبرات التي تجري أبحاثًا على العوامل المعدية. تم تصميم كل مستوى لحماية العاملين في المختبر والمجتمع. يتم تحديد BSLs من خلال عدوى العامل ، وسهولة الانتقال ، وشدة المرض المحتملة ، بالإضافة إلى نوع العمل الذي يتم إجراؤه مع العامل.
  • التطهير يزيل مسببات الأمراض المحتملة من fomite ، بينما مطهر يستخدم مواد كيميائية مضادة للميكروبات آمنة بما يكفي للأنسجة في كلتا الحالتين ، يتم تقليل الحمل الميكروبي ، ولكن قد تبقى الميكروبات ما لم تكن المادة الكيميائية المستخدمة قوية بما يكفي لتكون معقم.
  • مقدار النظافة (تعقيم مقابل التطهير عالي المستوى مقابل النظافة العامة) المطلوبة للعناصر المستخدمة سريريًا تعتمد على ما إذا كان العنصر سيتلامس مع الأنسجة المعقمة (عنصر حرج)، الأغشية المخاطية (عنصر شبه حرج) ، أو الجلد السليم (عنصر غير حرج).
  • يجب تنفيذ الإجراءات الطبية التي تنطوي على خطر التلوث في أ مجال معقم تحتفظ بها السليم تقنية العقيم كى تمنع تعفن الدم.
  • التعقيم ضروري لبعض التطبيقات الطبية وكذلك في صناعة الأغذية ، حيث تكون الأبواغ الداخلية كلوستريديوم البوتولينوم يتم قتلهم من خلال التعقيم التجاري البروتوكولات.
  • يشار إلى الطرق الفيزيائية أو الكيميائية للتحكم في نمو الميكروبات التي تؤدي إلى موت الميكروب بواسطة اللواحق -بيد أو - قاتل (على سبيل المثال ، كما هو الحال مع مبيدات الجراثيم, مبيدات الفيروسات، و مبيدات الفطريات) ، في حين أن اللواحق تشير إلى تلك التي تمنع نمو الميكروبات -ستات أو-ثابتة (على سبيل المثال ، كابح للجراثيم, فطريات).
  • منحنيات الموت الجرثومي عرض التدهور اللوغاريتمي للميكروبات الحية المعرضة لطريقة التحكم الميكروبي. الوقت الذي يستغرقه البروتوكول لتحقيق انخفاض 1-log (90٪) في السكان الميكروبيين هو وقت التخفيض العشري، أو D- القيمة.
  • عند اختيار بروتوكول التحكم الميكروبي ، تشمل العوامل التي يجب مراعاتها طول فترة التعرض ونوع الميكروب المستهدف وقابليته للبروتوكول وشدة العلاج ووجود المواد العضوية التي قد تتداخل مع البروتوكول والظروف البيئية التي قد تغير فعالية البروتوكول.

متعدد الخيارات

أي من أنواع المواد الطبية التالية يتطلب التعقيم؟

أي مما يلي مناسب للاستخدام على الأنسجة للتحكم الميكروبي لمنع العدوى؟

ما هو مستوى السلامة الأحيائية المناسب للبحث مع الميكروبات أو العوامل المعدية التي تشكل خطرًا معتدلًا على عمال المختبرات والمجتمع ، وعادة ما تكون من السكان الأصليين؟

أي مما يلي يصف بشكل أفضل بروتوكول التحكم الميكروبي الذي يمنع نمو العفن والخميرة؟

يشير وقت التخفيض العشري إلى مقدار الوقت الذي يستغرقه أي مما يلي؟

  1. تقليل عدد الميكروبات بنسبة 10٪
  2. تقليل عدد الميكروبات بنسبة 0.1٪
  3. تقليل عدد الميكروبات بنسبة 90٪
  4. القضاء التام على السكان الميكروبيين

املاء الفراغ

يُطلق على العنصر الطبي الذي يتلامس مع الجلد السليم ولا يخترق الأنسجة المعقمة أو يتلامس مع الأغشية المخاطية عنصر (n) ________.

الهدف من بروتوكولات ________ ________ هو التخلص من المنتجات المعلبة كلوستريديوم البوتولينوم الأبواغ.


فهم ميكروبات التربة وإعادة تدوير المغذيات

توجد الكائنات الحية الدقيقة في التربة بأعداد كبيرة في التربة طالما يوجد مصدر كربوني للطاقة. يوجد عدد كبير من البكتيريا في التربة ، ولكن بسبب صغر حجمها ، فإنها تمتلك كتلة حيوية أصغر. الفطريات الشعاعية هي عامل أصغر من حيث العدد بعشر مرات لكنها أكبر في الحجم لذا فهي متشابهة في الكتلة الحيوية للبكتيريا. أعداد الفطريات أصغر ولكنها تهيمن على الكتلة الحيوية للتربة عندما لا يتم إزعاج التربة. تعد البكتيريا والفطريات الشعاعية والبروتوزوا شديدة التحمل ويمكنها تحمل المزيد من اضطرابات التربة مقارنة بالفطريات ، لذا فهي تهيمن في التربة المحروثة بينما تميل مجموعات الفطريات والديدان الخيطية إلى الهيمنة في التربة غير المحروثة أو التي لا تحرث.

يوجد عدد من الميكروبات في ملعقة صغيرة من التربة أكثر من عدد البشر على الأرض. تحتوي التربة على حوالي 8 إلى 15 طنًا من البكتيريا والفطريات والأوليات والديدان الخيطية وديدان الأرض والمفصليات. انظر صحائف الوقائع عن أدوار بكتيريا التربة ، والفطريات ، والأوليات ، والديدان الخيطية.

الجدول 1: الخدر النسبي والكتلة الحيوية للأنواع الميكروبية عند 0-6 بوصات (0-15 سم) عمق التربة
الكائنات الدقيقة عدد / غرام التربة الكتلة الحيوية (جم / م 2)
بكتيريا 10 8 –10 9 40–500
أكتينوميسيتيس 10 7 –10 8 40–500
الفطريات 10 5 –10 6 100–1500
الطحالب 10 4 –10 5 1–50
الكائنات الاوليه 10 3 –10 4 يختلف
النيماتودا 10 2 –10 3 يختلف

التربة الميكروبية Orga nic Matter Decomposition

يخدم تحلل المادة العضوية وظيفتين للكائنات الحية الدقيقة ، حيث توفر الطاقة للنمو وتغذية الكربون لتكوين خلايا جديدة. تتكون المادة العضوية في التربة (SOM) من الأجزاء "الحية" (الكائنات الحية الدقيقة) ، و "الميتة" (المخلفات الطازجة) ، والكسور "الميتة جدًا" (الدبال). "الميت جدًا" أو الدبال هو جزء SOM طويل الأجل الذي يبلغ عمره آلاف السنين ومقاوم للتحلل. تحتوي المادة العضوية في التربة على مكونين يسمى SOM النشط (35 بالمائة) والمركب المنفعل (65 بالمائة). يتكون SOM النشط من مواد نباتية أو حيوانية "حية" و "ميتة" وهي غذاء للميكروبات وتتكون من سكريات وبروتينات سهلة الهضم. SOM السلبي مقاوم للتحلل بواسطة الميكروبات وهو أعلى في اللجنين.

تحتاج الميكروبات إلى إمدادات منتظمة من SOM النشط في التربة للبقاء على قيد الحياة في التربة. تحتوي التربة غير المحروثة على المدى الطويل على مستويات أعلى بكثير من الميكروبات ، وكربون أكثر نشاطًا ، ومزيدًا من SOM ، والكربون المخزن أكثر من التربة التقليدية المحروثة. توجد غالبية الميكروبات في التربة في ظل ظروف الجوع ، وبالتالي فهي تميل إلى أن تكون في حالة نائمة ، خاصة في التربة المحروثة.

تصبح بقايا النباتات الميتة والمغذيات النباتية غذاءً للميكروبات في التربة. المادة العضوية في التربة (SOM) هي أساسًا جميع المواد العضوية (أي شيء به الكربون) في التربة ، سواء كانت حية أو ميتة. يشمل SOM النباتات والطحالب الخضراء الزرقاء والكائنات الحية الدقيقة (البكتيريا والفطريات والأوليات والديدان الخيطية والخنافس وذيل الربيع ، وما إلى ذلك) والمواد العضوية الطازجة والمتحللة من النباتات والحيوانات والكائنات الحية الدقيقة.

يمكن تقسيم المواد العضوية في التربة إلى مكوناتها. تنتج مائة جرام (جم) أو 100 رطل (رطل) من المواد النباتية الميتة حوالي 60-80 جم (رطل) من ثاني أكسيد الكربون ، والذي يتم إطلاقه في الغلاف الجوي. ما تبقى من 20-40 جم (رطل) من الطاقة والمغذيات يتحلل ويتحول إلى حوالي 3-8 جم (رطل) من الكائنات الحية الدقيقة (الحية) ، 3-8 جم (رطل) من المركبات غير الدبالية (الميتة) ، و 10-30 جم (رطل) من الدبال (مادة ميتة للغاية مقاومة للتحلل). يتكون التركيب الجزيئي لـ SOM بشكل أساسي من الكربون والأكسجين مع بعض الهيدروجين والنيتروجين وكميات صغيرة من الفوسفور والكبريت. المادة العضوية في التربة هي منتج ثانوي لدورات الكربون والنيتروجين.

رسم بياني للدكتور رفيق اسلام

مغذيات التربة والمواد العضوية

المغذيات في التربة لها قيمة حالية تبلغ 680 دولارًا لكل 1 بالمائة سوم أو 68 دولارًا لكل طن من سوم بناءً على القيم الاقتصادية للأسمدة التجارية (انظر الجدول 2). يتكون SOM في الغالب من الكربون ولكن يرتبط بالكربون بكميات عالية من النيتروجين والكبريت من البروتينات والفوسفور والبوتاسيوم. يجب اعتبار SOM بمثابة استثمار في شهادة إيداع (CD). يتم إعادة تدوير التربة النشطة بيولوجيًا والتي تحتوي على كميات أكبر من الكربون النشط وتطلق المزيد من العناصر الغذائية لنمو النبات مقارنة بالتربة غير النشطة بيولوجيًا والتي تحتوي على مواد عضوية أقل نشاطًا. في ظل ظروف عدم الحراثة ، يتم إطلاق كميات صغيرة من العناصر الغذائية سنويًا (مثل الفائدة على قرص مضغوط) لتوفير العناصر الغذائية ببطء وكفاءة لجذور النباتات. ومع ذلك ، مع الحرث ، يمكن إطلاق كميات كبيرة من العناصر الغذائية منذ أن تستهلك الميكروبات SOM وتدميره. نظرًا لأن مستويات SOM بطيئة في البناء ، تقل سعة تخزين العناصر الغذائية وغالبًا ما يتم ترشيح المغذيات الزائدة التي يتم إطلاقها في المياه السطحية. SOM عبارة عن مخزن للعديد من المغذيات النباتية.

تأمل السيناريوهات الثلاثة التالية. تدور التربة عادة من 1 إلى 3 في المائة من النيتروجين المخزن في سوم. تطلق التربة المحروثة أو غير الصحية نسبة أقل من النيتروجين بسبب انخفاض النشاط الميكروبي. قد تطلق التربة المحروثة التي تحتوي على 2 بالمائة SOM (2000 رطل من N) 1 بالمائة N أو 20 رطلاً من N سنويًا.التربة التي تكون أكثر نشاطًا من الناحية البيولوجية ولديها 4 بالمائة SOM (4000 رطل N) قد تطلق 1.5 بالمائة N أو 60 رطل N بينما 6 بالمائة تربة SOM (6000 رطل N) قد تطلق 2 بالمائة N أو 120 رطلاً من N. غالبًا ما تُفقد التربة والمغذيات الزائدة المنبعثة ويتم استنفاد مخازن الكربون بحيث يتم تقليل التخزين المستقبلي للمغذيات. غالبًا ما يرى المزارعون هذا يحدث عندما يحرثون تربة عذراء أو مرعى قديم أو صف سياج. لعدة سنوات ، ستنمو المحاصيل على التربة المحروثة حديثًا بشكل أفضل من التربة المحيطة ، ولكن بمرور الوقت ستنضب التربة من الكربون وستصبح التربة المحروثة حديثًا أقل خصوبة لأن الكربون يتأكسد كثاني أكسيد الكربون ويضيع في الغلاف الجوي . ينتج عن الحرث أكسدة وتدمير الكربون في التربة عن طريق زيادة مستويات الأكسجين في التربة ، وبالتالي تعزيز تجمعات البكتيريا لتوسيع واستهلاك الكربون النشط في التربة.

تأثيرات المناخ ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة على سوم

يتأثر SOM بالمناخ ودرجة الحرارة. تتضاعف أعداد الميكروبات مع كل تغير في درجة الحرارة بمقدار 10 درجات فهرنهايت. إذا قارنا المناطق المدارية بالمناطق القطبية الباردة ، نجد أن معظم الكربون مرتبط بالأشجار والنباتات فوق الأرض. في المناطق الاستوائية ، تحتوي التربة السطحية على القليل جدًا من SOM لأن درجات الحرارة العالية والرطوبة تتحلل بسرعة SOM. بالتحرك شمالاً أو جنوباً من خط الاستواء ، يزداد SOM في التربة. تحتوي التندرا بالقرب من الدائرة القطبية الشمالية على كمية كبيرة من SOM بسبب درجات الحرارة الباردة. تغير درجات الحرارة المتجمدة التربة بحيث يتحلل المزيد من SOM ثم في التربة غير المعرضة للتجميد.

تؤثر الرطوبة ودرجة الحموضة وعمق التربة وحجم الجسيمات على تحلل سوم. تخزن المناطق الحارة والرطبة كمية أقل من الكربون العضوي في التربة مقارنة بالمناطق الجافة والباردة بسبب زيادة التحلل الميكروبي. يزداد معدل تحلل SOM عندما تتعرض التربة لدورات تجفيف وترطيب مقارنة بالتربة الرطبة أو الجافة باستمرار. مع تساوي العوامل الأخرى ، فإن التربة المحايدة إلى القلوية قليلاً في درجة الحموضة تتحلل SOM أسرع من التربة الحمضية ، وبالتالي فإن تقييد التربة يعزز تحلل SOM وتطور ثاني أكسيد الكربون. يكون التحلل أيضًا أكبر بالقرب من سطح التربة حيث يحدث أعلى تركيز لبقايا النباتات. في الأعماق الكبيرة ، يكون تحلل SOM أقل ، والذي يوازي انخفاض مستويات الكربون العضوي بسبب قلة بقايا النباتات. تتحلل أحجام الجسيمات الصغيرة بسهولة أكبر بواسطة ميكروبات التربة مقارنة بالجزيئات الكبيرة لأن مساحة السطح الكلية أكبر مع الجسيمات الصغيرة بحيث يمكن للميكروبات مهاجمة البقايا.

يحدث اختلاف في تكوين التربة أيضًا أثناء السفر من الشرق إلى الغرب عبر الولايات المتحدة. في الشرق ، كانت غابات الأخشاب الصلبة هي السائدة وكانت جذور الوديان الشجرية عالية في اللجنين ، وتركت الأشجار المتساقطة كميات كبيرة من أوراق الشجر على سطح التربة. لا تنقلب جذور شجرة الخشب الصلب بسرعة ، لذا فإن مستويات المادة العضوية في باطن الأرض منخفضة نسبيًا. في تربة الغابات ، يتم توزيع معظم سوم في أعلى بضع بوصات. أثناء تحركك غربًا ، سيطرت مروج المراعي الطويلة على المناظر الطبيعية وتشكلت التربة السطحية من أنظمة جذور العشب الليفية العميقة. يموت خمسون في المائة من جذور العشب ويتم استبداله كل عام ، كما أن الجذور الشعبية غنية بالسكريات والبروتينات (مواد عضوية نشطة أعلى) وأقل من اللجنين. لذا فإن التربة التي تشكلت تحت مروج الحشائش الطويلة تكون عالية في SOM في جميع أنحاء ملف التربة. تعتبر هذه التربة الأولية عالية الإنتاجية لأنها تحتوي على نسبة أعلى من SOM (خاصة الكربون النشط) ، وتحتوي على المزيد من العناصر الغذائية ، وتحتوي على المزيد من الميكروبات ، ولديها بنية تربة أفضل بسبب زيادة أعداد الفطريات.

نسبة الكربون إلى النيتروجين

يعتمد تكسير المخلفات العضوية بواسطة الميكروبات على نسبة الكربون إلى النيتروجين (C: N). تعتمد الميكروبات في كرش البقرة ، وكومة السماد ، وميكروبات التربة على نسبة C: N لتفكيك المخلفات العضوية (القائمة على الكربون). ضع في اعتبارك مصدرين منفصلين للأعلاف ، نبات البرسيم الصغير والشوفان أو قش القمح. يحتوي نبات البرسيم الصغير على المزيد من البروتين الخام والأحماض الأمينية والسكريات في الساق ، لذلك يسهل هضمه بواسطة الميكروبات سواء كان في كرش بقرة أو كومة سماد أو في التربة. يحتوي البرسيم الصغير على نسبة عالية من النيتروجين من البروتين (الأحماض الأمينية والبروتينات عالية في النيتروجين والكبريت) ، لذلك فهو يحتوي على نسبة أقل من الكربون إلى النيتروجين (كربون أقل ، نيتروجين أكثر). ومع ذلك ، فإن قش الشوفان والقمح (أو التبن الناضج الأقدم) يحتوي على المزيد من اللجنين (الذي يقاوم التحلل الميكروبي) ، وبروتين خام أقل ، وسكريات أقل في الساق ونسبة C: N أعلى. يتحلل القش بواسطة الميكروبات ، لكن الأمر يتطلب وقتًا إضافيًا والنيتروجين لتفكيك هذا المصدر عالي الكربون.

يرتبط محتوى منخفض من النيتروجين أو نسبة C: N واسعة بانحلال SOM البطيء. تحتوي النباتات غير الناضجة أو الصغيرة على محتوى أعلى من النيتروجين ، ونسب أقل من C: N وأسرع تسوس SOM. للحصول على سماد جيد ، تسمح نسبة C: N أقل من 20 للمواد العضوية بالتحلل بسرعة (4 إلى 8 أسابيع) بينما تتطلب نسبة C: N أكبر من 20 N إضافية وتبطئ التحلل. لذلك إذا أضفنا مادة عالية أساسها C مع محتوى منخفض من N إلى التربة ، فإن الميكروبات ستربط نيتروجين التربة. في النهاية ، يتم إطلاق التربة N ولكن على المدى القصير يتم تقييد N. عامل التحويل لتحويل النيتروجين إلى بروتين خام هو 16.7 ، وهو ما يرجع إلى سبب أهمية وجود نسبة C: N أقل من 20.

تبلغ نسبة C: N في معظم أنواع التربة حوالي 10: 1 مما يشير إلى أن N متاح للنبات. تميل نسبة C: N لمعظم المخلفات النباتية إلى الانخفاض مع مرور الوقت مع تحلل SOM. ينتج هذا عن الفقد الغازي لثاني أكسيد الكربون. لذلك ، ترتفع نسبة النيتروجين في SOM المتبقي مع تقدم التحلل. تعكس نسبة 10: 1 C: N لمعظم أنواع التربة قيمة توازن مرتبطة بمعظم ميكروبات التربة (البكتيريا 3: 1 إلى 10: 1 ، نسبة الفطريات 10: 1 C: N).

البكتيريا هي الميكروبات الأولى التي تهضم بقايا نباتية وحيوانية عضوية جديدة في التربة. يمكن أن تتكاثر البكتيريا عادةً في غضون 30 دقيقة ولها محتوى عالٍ من النيتروجين في خلاياها (من 3 إلى 10 ذرات كربون إلى ذرة نيتروجين واحدة أو 10 إلى 30 بالمائة نيتروجين). في ظل الظروف المناسبة للحرارة والرطوبة ومصدر للغذاء ، يمكنهم التكاثر بسرعة كبيرة. تكون البكتيريا بشكل عام أقل كفاءة في تحويل الكربون العضوي إلى خلايا جديدة. تستوعب البكتيريا الهوائية حوالي 5 إلى 10 في المائة من الكربون بينما تستوعب البكتيريا اللاهوائية 2 إلى 5 في المائة فقط ، تاركة وراءها العديد من مركبات الكربون المهدرة وتستخدم الطاقة المخزنة في سومطرة بشكل غير فعال.


استنتاج

قد يُنظر إلى البيانات الخاصة بدراسات تقييم المخاطر البيئية والصحية على أنها تساعد في فهم المشكلة بشكل أفضل. إن البيانات المتعلقة بحدوث الأمراض المرتبطة بمبيدات الآفات بين مجموعات سكانية محددة في البلدان النامية شحيحة. هناك حاجة إلى توليد بيانات وبائية وصفية أساسية تستند إلى ملامح المنطقة ، وتطوير استراتيجيات التدخل المصممة لتقليل حدوث التسمم الحاد ودراسات المراقبة الدورية على المجموعات المعرضة للخطر. يجب أن تشمل جهودنا تحقيقات في حالات تفشي المرض والتعرض العرضي لمبيدات الآفات ، ودراسات الارتباط ، والتحليلات الأتراب ، والدراسات المستقبلية والتجارب العشوائية لإجراءات التدخل. يمكن جمع المعلومات القيمة من خلال مراقبة المنتج النهائي للتعرض البشري في شكل مستويات المخلفات في سوائل الجسم والأنسجة لعامة السكان. يتزايد الاعتراف بأهمية تعليم وتدريب العمال كوسيلة رئيسية لضمان الاستخدام الآمن لمبيدات الآفات.

بسبب الفوائد الواسعة التي يجنيها الإنسان من مبيدات الآفات ، توفر هذه المواد الكيميائية أفضل فرصة لأولئك الذين يوفقون مع معادلات المخاطر والفوائد. يُقدر الأثر الاقتصادي لمبيدات الآفات في الأنواع غير المستهدفة (بما في ذلك البشر) بحوالي 8 مليارات دولار سنويًا في البلدان النامية. ما هو مطلوب هو موازنة جميع المخاطر مقابل الفوائد لضمان أقصى هامش أمان. تختلف الصورة الإجمالية للتكلفة والعائد من استخدام مبيدات الآفات بشكل ملحوظ بين البلدان المتقدمة والبلدان النامية. بالنسبة للبلدان النامية ، من الضروري استخدام المبيدات الحشرية ، حيث لا يفضل أحد المجاعة والأمراض المعدية مثل الملاريا. وبالتالي قد يكون من المناسب قبول درجة معقولة من المخاطرة. يجب أن يكون نهجنا في استخدام مبيدات الآفات عمليًا. بمعنى آخر ، يجب أن تستند جميع الأنشطة المتعلقة بالمبيدات إلى حكم علمي وليس إلى اعتبارات تجارية. هناك بعض الصعوبات الكامنة في التقييم الكامل للمخاطر على صحة الإنسان بسبب المبيدات. على سبيل المثال ، هناك عدد كبير من المتغيرات البشرية مثل العمر والجنس والعرق والحالة الاجتماعية والاقتصادية والنظام الغذائي والحالة الصحية ، إلخ. & # x02013 جميعها تؤثر على تعرض الإنسان للمبيدات. لكن من الناحية العملية ، لا يُعرف سوى القليل عن تأثيرات هذه المتغيرات. تتأثر التأثيرات طويلة المدى للتعرض المنخفض المستوى لمبيد واحد بشكل كبير بالتعرض المصاحب لمبيدات الآفات الأخرى بالإضافة إلى الملوثات الموجودة في الهواء والماء والغذاء والأدوية.

غالبًا ما تُعتبر المبيدات حلاً سريعًا وسهلاً وغير مكلف لمكافحة الأعشاب الضارة وآفات الحشرات في المناظر الطبيعية الحضرية. ومع ذلك ، فإن استخدام مبيدات الآفات له تكلفة كبيرة. لقد لوثت المبيدات الحشرية كل جزء من بيئتنا تقريبًا. توجد بقايا مبيدات الآفات في التربة والهواء ، وفي المياه السطحية والجوفية في جميع أنحاء البلدان ، وتسهم استخدامات المبيدات في المناطق الحضرية في المشكلة. يشكل التلوث بمبيدات الآفات مخاطر كبيرة على البيئة والكائنات غير المستهدفة تتراوح من كائنات التربة الدقيقة المفيدة إلى الحشرات والنباتات والأسماك والطيور. على عكس المفاهيم الخاطئة الشائعة ، حتى مبيدات الأعشاب يمكن أن تسبب ضررًا للبيئة. في الواقع ، يمكن أن تكون مبيدات الحشائش مشكلة بشكل خاص لأنها تستخدم بكميات كبيرة نسبيًا. أفضل طريقة للحد من تلوث مبيدات الآفات (والأضرار التي تسببها) في بيئتنا هي أن نقوم جميعًا بدورنا في استخدام طرق أكثر أمانًا وغير كيميائية لمكافحة الآفات (بما في ذلك مكافحة الحشائش).

كانت عملية تحليل نطاق وطبيعة الفوائد الناشئة عن استخدام مبيدات الآفات عبارة عن مزيج من التنقيب والحلم والتقطير. كانت هناك أزقة عمياء ، ولكن كانت هناك أيضًا مفاجآت إيجابية. الصورة العامة كما توقعنا: هناك دعاية ومجد أيديولوجي وفرصة علمية مرتبطة بمبيدات الآفات & # x02018knocking & # x02019 ، بينما الثناء عليها يجلب الاتهامات بالمصالح الخاصة. وينعكس ذلك في عدم التوازن في عدد الأوراق العلمية المنشورة والتقارير والمقالات الصحفية والمواقع الإلكترونية المناهضة والموجهة لمبيدات الآفات. يكشف الترميز اللوني لأنواع الفوائد ، الاقتصادية أو الاجتماعية أو البيئية ، عن حقيقة أنه على مستوى المجتمع ، فإن معظم الفوائد اجتماعية ، مع بعض الفوائد الاقتصادية المقنعة. على المستوى الوطني ، الفوائد اقتصادية بشكل أساسي ، مع بعض الفوائد الاجتماعية وقضية أو اثنتين من الفوائد البيئية. فقط على المستوى العالمي تدخل الفوائد البيئية حيز التنفيذ.

هناك حاجة لنقل رسالة مفادها أن الوقاية من الآثار الصحية الضارة وتعزيز الصحة هي استثمارات مربحة لأصحاب العمل والموظفين كدعم للتنمية المستدامة للاقتصاد. باختصار ، بناءً على معرفتنا المحدودة بالمعلومات المباشرة و / أو الاستدلالية ، يوضح مجال مبيدات الآفات بعض الغموض في المواقف التي يتعرض فيها الناس للتعرض مدى الحياة. وبالتالي ، هناك كل الأسباب لتطوير حزم التثقيف الصحي على أساس المعرفة والكفاءة والممارسات ونشرها داخل المجتمع لتقليل تعرض الإنسان لمبيدات الآفات.


شاهد الفيديو: 2 # The diversity of microorganisms أنواع الكائنات الحية الدقيقة (شهر نوفمبر 2021).