Асептика в биотехнологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Биотехнологические процессы в основном проводят в асептических условиях. Асептика - это комплекс мероприятий, направленных на предотвращение попадания в среду посторонних веществ.

Использование асептики в биотехнологии предполагает использование биообъекта (может быть и микробы) и полное исключение попадания других микроорганизмов. Асептика включает в себя:

- влажную уборку помещений;

- обработку антисептическими веществами,

- ультрафиолетовое облучение,

- использование стерильных инструментов;

- подача стерильного воздуха в ферментаторы и др.

Существует механическая, физическая и химическая защита биообъектов. К механической защите относятся: удаление механических примесей (например, из воздуха культиваторов с помощью фильтров). К физической - обработка воздуха и поверхностей приборов ультрафиолетовыми лучами, кипячение, стерилизация, обработка ультразвуком. К химической - обработка поверхностей химическими антисептиками. В производстве источниками микробов - контаминантов могут быть почва, вода, воздух, человек. Из почвы микробы - контаминтанты такие как актиномиценты, палочки - бациллы попадают в биотехнологические процессы. С пылью они могут попасть в воздух. Люди, которые заняты в биотехнологическом производстве, могут быть источником контаминирующей микрофлоры. Но на поверхности кожи в среднем сосредоточено до 10¹⁰ микробных клеток. Наиболее загрязненными являются кисти рук, подошвы, локти, шея. Многочисленна микрофлора ротовой полости: бактериальные кокковые формы, вибрионы. Здоровый человек за одно чихание выделяет до 20000 микробных клеток, которые распространяются до 1,5 м. Источником микробов - контамининтов могут быть и компоненты питательных сред (фаги, дрожжи). Микробы контаминанты не только могут подавать развитие и функции биообъекта, но и дезорганизовать какую-либо ткань. Они способны продуцировать токсические вещества. В свою очередь, загрязнение продукции предназначенной для внутривееного, внутримышечного введения, может привести к тяжелым последствиям, вплоть до гибели людей. [1]

1. История развития учения об асептике

В возникновении и развитии асептики и антисептики можно выделить пять этапов:

- эмпирический период (период применения отдельных, не обоснованных научно методов);

- долистеровская антисептика;

- антисептика Листера;

- возникновение асептики;

- современная антисептика.

Эмпирический период. Первые «антисептические» методы можно обнаружить во многих описаниях работы врачей в древние времена. За 500 лет до н.э. в Индии было известно, что гладкое заживление ран возможно только после их тщательной очистки от инородных тел. В Древней Греции Гиппократ обязательно покрывал операционное поле чистой тканью, во время операции использовал только кипяченую воду. В народной медицине в течение нескольких столетий для целей антисептики использовали мирру, ладан, ромашку, полынь, алоэ, шиповник, алкоголь, мед, сахар, серу, керосин, соль и др. Однако целенаправленные, осмысленные действия хирургов по предупреждению гнойных осложнений начались значительно позже - лишь в середине XIX века.

Долистеровская антисептика. Особую роль в развитии антисептики в этот период сыграли И. Земмельвейс и Н.И. Пирогов. Венгерский акушер Игнац Земмельвейс в 1847 году предположил возможность развития послеродовой горячки (эндометрита с септическим осложнением) вследствие занесения студентами и врачами, при вагинальном исследовании, трупного яда (студенты и врачи занимались также в анатомическом театре).

Земмельвейс предложил перед внутренним исследованием обрабатывать руки хлорной известью и добился феноменальных результатов: в начале 1847 года послеродовая летальность вследствие развития сепсиса составляла 18,3%, во второй половине года снизилась до 3%, а на следующий год - до 1,3%. Однако Земмельвейса не поддержали, а травля и унижение, которые он испытал, привели к тому, что акушер был помещён в психиатрическую лечебницу, а затем, по иронии судьбы, в 1865 году умер от сепсиса вследствие панариция, развившегося после ранения пальца во время выполнения одной из операций. Заслуги Земмельвейса были оценены лишь через несколько десятков лет, уже после открытий Пастера и Листера, когда соотечественники поставили ему памятник на родине. Николай Иванович Пирогов не создал цельного учения об антисептики, но он был близок к тому. Н.И. Пирогов применял в отдельных случаях для лечения ран антисептические средства - нитрат серебра, хлорную известь, сульфат цинка, винный и камфорный спирты. Николай Иванович Пирогов пытался организационно решить проблему профилактики хирургических инфекций, требуя устройства «особого отделения» для заразных больных. Он сформулировал один из главных постулатов современной антисептики: принцип разделения потоков на «чистых» и «гнойных» больных. Всё это, конечно, не могло совершить переворот в науке. «Лёд тронулся» по-настоящему только после великого открытия Луи Пастера (1863), впервые строго научно доказавшего, что причиной брожения и гниения являются микроорганизмы, попавшие извне в виноградный сок при производстве вина из воздуха или с окружающих предметов. Интересно, что Пастер, не являющийся не только хирургом, но и вообще врачом, совершенно правильно оценивал значение своего открытия для медицины. Обращаясь к членам Парижской академии хирургии в 1878 году, он говорил: «Если бы я имел честь быть хирургом, то сознавая опасность, которой грозят зародыши микробов, имеющиеся на поверхности всех предметов, особенно в госпиталях, я бы не ограничивался заботой об абсолютно чистых инструментах; перед каждой операцией я сперва бы тщательно промывал руки, а затем держал бы их в течение секунды над пламенем горелки; корпию, бинты и губки я предварительно прогревал бы в сухом воздухе при температуре 130-150?C; я никогда бы не применял воду, не прокипятив её».

Антисептика Листера. В 60-е годы XIX века в Глазго английский хирург Джозеф Листер (1829-1912), ознакомившись с работами Пастера, пришёл к выводу, что микроорганизмы попадают в рану из воздуха и с рук хирурга. В 1865 году он, убедившись в антисептических свойствах карболовой кислоты, которую в 1860-ом году стал использовать парижский аптекарь Лемер, применил повязку с её раствором в лечении открытого перелома. В 1867 году вышла статья Листера «О новом способе лечения переломов и гнойников с замечаниями о причинах нагноения». В ней были изложены основы предлагаемого им антисептического метода. Листер вошёл в историю хирургии как основоположник антисептики, создав первый цельный, многокомпонентный, способ борьбы с инфекцией. Метод Листера включал многослойную повязку (к ране прилегал слой шёлка, пропитанный 5% раствором карболовой кислоты, поверх неё накладывали 8 слоёв марли, пропитанных тем же раствором с добавлением канифоли, всё это покрывалось прорезиненной тканью и фиксировалось бинтами, пропитанными карболовой кислотой), обработку рук, инструментов, перевязочного и шовного материала, операционного поля - 2-3% раствором, стерилизация воздуха в операционной (с применением специального «шпрея» до и во время вмешательства). В России задача внедрения антисептики была осуществлена рядом выдающихся хирургов, среди которых - Н.В. Склифосовский, К.К. Рейер, С.П. Коломин, П.П. Пелехин (автор первой статьи по вопросам антисептики в России), И.И. Бурцев (первый хирург в России, опубликовавший результаты собственного применения антисептического метода в 1870-ом году), Л.Л. Левшин, Н.И. Студенский, Н.А. Вельяминов, Н.И. Пирогов. Листеровская антисептика, помимо сторонников, имела много ярых противников. Это было связно с тем, что карболовая кислота обладала выраженным токсическим и раздражающим действиями на ткани больного и руки хирурга (плюс распыление раствора карболовой кислоты в воздухе операционной), что заставляло усомниться некоторых хирургов в ценности данного метода.

Возникновение асептики. Спустя 25 лет, на смену антисептического метода Листера пришёл новый метод - асептический. Результаты его применения оказались настолько впечатляющие, что появились призывы к отказу от антисептики и исключению антисептических средств из хирургической практики. Однако обойтись без них в хирургии оказалось невозможно.

Современная антисептика. Благодаря успехам химии для лечения гнойных ран и инфекционных процессов был предложен ряд новых антисептических средств, значительно менее токсичных для тканей и организма больного, чем карболовая кислота. Подобные же вещества стали использоваться для обработки хирургических инструментов и окружающих пациента предметов. Таким образом, постепенно, асептика тесно переплелась с антисептикой, сейчас без единства этих двух дисциплин хирургия просто не мыслима.

В арсенал хирургов также вошли разнообразные средства биологической природы (биологическая антисептика). [1]

2. Основы дезинфекции, асептики и антисептики

К противомикробным мероприятиям, оказывающим прямое повреждающее действие на микробы, относят стерилизацию, дезинфекцию, антисептику и химиотерапию.

Стерилизация - совокупность физических и химических способов полного освобождения объектов внешней среды от вегетативных и покоящихся (споровых) форм патогенных, условно-патогенных и непатогенных микроорганизмов.

Цель стерилизации: предупреждение заноса микроорганизмов в организм человека при медицинских вмешательствах; создание и поддержание асептической и безмикробной (гнотобиотической) среды; исключение микробного обсеменения питательных сред, культур клеток, реагентов при микробиологических исследованиях; предупреждение микробиологической биодеградации (разрушения) лекарственных, диагностических, продовольственных и других материалов.

Стерилизации подвергают медицинский инструментарий и аппаратуру, лекарственные и диагностические препараты, перевязочный и шовный материал, белье, предметы ухода за больными, питательные среды, лабораторную посуду.

Процесс стерилизации объектов состоит из следующих этапов: дезинфекция; очистка; сборка, группировка и размещение в стерилизаторе; собственно стерилизация; сушка; контроль за стерилизацией; хранение стерилизованных материалов.

Самый надежный способ стерилизации - автоклавирование. Стерилизующее действие автоклава обусловлено контактом насыщенного пара под давлением с более холодными объектами, что приводит к конденсации пара в воду и сопровождается выделением тепла, повышающего температуру стерилизуемого объекта. Но обезвоживания при этом не происходит.

В зависимости от стерилизуемых материалов температура насыщенного пара устанавливается от 110° до 138°С, давление от 0,4 до 2,5 атмосфер, экспозиция от 30 до 60 минут. Простые питательные среды, физиологический раствор, дистиллированную воду, текстильные изделия в свертках стерилизуют при режиме 1 атмосфера (121°С) 15-30 минут. Чувствительные к температуре материалы стерилизуют при более низком давлении (0,4-0,5 атм.).

Сухой жар в 170°С и экспозиции в 60 минут высокоэффективен как стерилизующий агент, но обладает разрушающим действием на объект. Этим способом стерилизуют предметы, плохо проницаемые для пара и не изменяющие свойств под действием высокой температуры (стекло, смазки, гидрофобные вещества). При температуре 180° происходит возгонка жирных кислот и смолистых веществ из ваты и обугливание бумаги, поэтому более 180^о температуру повышать нельзя.

Термолабильные материалы (главным образом жидкие) стерилизуют 3-4 кратным (дробным) прогреванием текучим паром при 100°С по 1 часу с перерывом 1 сутки, в течение которых материал находится в термостате (37°С) для прорастания спор.

Дробная стерилизация (тиндализация) при 56-70⁰С по 1 часу в течение 5 дней используется для сред или лекарственных форм с белками, витаминами. При невозможности температурной стерилизации используют фильтрование через антибактериальные фильтры. Для стерилизации воздуха в операционных, боксах и т.д. используют УФ-лучи.

Крупногабаритные изделия, предметы из термолабильных разнородных материалов стерилизуют в герметических контейнерах парами формальдегида или этиленоксида, а также растворами формалинизопропана при экспозиции 6-24 часа (химическая стерилизация).

В заводских условиях медицинские изделия (в основном одноразовые) часто стерилизуют g-лучами 0,2-4,5 Мрад (лучевая стерилизация). Необходимо отметить, что микробицидные дозы g-излучения очень высоки, что приводит к быстрому разрушению объекта и требует создания сложных систем защиты персонала от радиации. Эффективность стерилизации проверяют бактериологическим посевом.

Кипячение является наиболее простым и легкодоступным методом стерилизации, пригодным для устранения вегетативной формы микробов. Для уничтожения спроносной микрофлоры оно не пригодно.

Стерилизация прокаливанием. Бактериологические петли, сделанные из платиновой или нихромной проволоки, стерилизуют в пламени спиртовой или газовой горелки. Такой способ получил название прокаливания или фламбирования.

Дезинфекция - это комплекс мероприятий, направленных на уничтожение определенного вида патогенного или условно-патогенного микроорганизма в объектах внешней среды с помощью химических антисептиков, физических, биологических воздействий.

Химические антисептики (дезинфицирующие вещества) применяют в определенной концентрации с таким расчетом, чтобы они действовали на определенный вид микроба за определенное время.

Основная цель дезинфекции - прервать звенья эпидемиологической цепи, то есть оказать воздействие в момент нахождения микроба во внешней среде при его транспортировке от больного к здоровому организму.

Дезинфекция бывает заключительная, текущая, профилактическая.

Заключительная дезинфекция проводится в очагах инфекционных заболеваний. Цель заключительной дезинфекции - обезвредить микроорганизм после госпитализации больного, то есть прервать пути передачи инфекции здоровым людям, уничтожить возбудителя во всех объектах и во всех местах, куда они могли попасть во время пребывания больного на дому.

Текущая дезинфекция проводится, когда больной остается в очаге на какой-то период времени.

В больницах ежедневно проводится профилактическая дезинфекция, цель которой - резкое снижение численности популяции всех потенциально патогенных для человека микробов на всех объектах помещения.

Наиболее достоверный контроль за проведенной дезинфекцией - бактериологический. Выпускаются бактериологические тесты (кишечной палочки, стафилококка, антракоида) в специальной упаковке, их помещают в объекты, которые подвергают обработке, а далее из тестов делают посев на стерильность.

Антисептика - совокупность способов подавления роста и размножения условно-патогенных для человека микробов на интактных или поврежденных (раневых) поверхностях кожи, слизистых оболочках и в полостях. С целью антисептики используют химические и биологические антисептики (бактериофаги и препараты из бактерий-антагонистов); физические и механические факторы (хирургическая обработка, промывание, дренирование, сорбция).

Антисептики не должны обладать общетоксическим, органотропным, аллергическим, мутагенным, онкогенным, тератогенным и раздражающим действием; антисептики должны обладать высокой противомикробной активностью, т.е. подавлять жизнедеятельность микроорганизмов в малых количествах; хорошо переноситься кожей и слизистыми оболочками; хорошо растворяться в липидах и плохо или умеренно - в воде, что препятствует их всасыванию во внутреннюю среду организма и способствует аккумуляции в коже; они должны локализовать инфект в ране и предупреждать его проникновение в лимфу и кровь; предупреждать адгезию микроорганизма, т.е. прилипание к тканям раневого ложа; подавлять факторы патогенности микробов; усиливать действие антибиотиков и различных физических факторов (например, ультразвука).

Антисептики относят к следующим классам химических веществ:

1. поверхностно-активные вещества (ПАВ) - детергенты (анионного и катионного типа);

2. галогены (препараты хлора, брома, йода);

3. окислители (Н₂О₂, КМnО₄);

4. соли тяжелых металлов (Мg, Hg, Cu);

5. альдегиды (формальдегид);

6. фенол, крезол и их производные;

7. спирты (этиловый спирт);

8. красители (бриллиантовый зеленый, метиленовый синий);

9. производные нитрофурана (фурациллин);

10. производные хинолина (хинозол);

11. фитонциды;

12. антибиотики (грамицидин, неомицин);

13. кислоты (бензойная, салициловая, борная);

14. щелочи;

15. высшие жирные кислоты.

По механизму действия различают: деструктивные антисептики - вызывают деструкцию белков и липидов ЦПМ (спирты, фенолы, галогены, соли тяжелых металлов); окислители (Н₂О₂, КМnО₄). Так, Н₂О₂ в тканях быстро распадается под влиянием тканевой каталазы на Н₂О и О₂, высвобождающиеся свободные радикалы оказывают бактерицидный эффект. В инфицированных тканях этот процесс усиливается. Мембраноатакующие антисептики (ПАВ) изменяют проницаемость клеточных мембран; антиметаболиты и антиферментные препараты блокируют ферментные системы микроорганизмов (например, 8-оксихинолин инактивирует металлосодержащие ферменты).

Перед применением антисептика выделяют возбудитель и проверяют чувствительность к препарату. Многие микроорганизмы могут выживать и размножаться в антисептиках. Например, P. aeruginosa может размножаться в ПАВ, так как микробы используют эти вещества в качестве источника углерода и энергии.

Асептика - это комплекс противомикробных мероприятий, направленных на предотвращение (предупреждение) попадания на объект, в полость, рану различных микробов, в том числе и патогенных. В комплекс асептических мероприятий входят различные методы стерилизации, механическая и химическая очистка, дезинфекция, герметизация, изоляция (кювез для новорожденных, бокс). Эти методы применяют при хирургических операциях, приеме родов, парентеральном введении лекарств, приготовлении стерильных лекарственных форм, стерилизации питательных сред.

В микробиологической практике асептика включает: забор материала для исследования стерильным инструментом и в стерильную посуду в условиях, исключающих микробную контаминацию посторонней микрофлорой; предупреждение контаминации материала во время его доставки в лабораторию; использование стерильных петель, пипеток, питательных сред, посуды; предупреждение контаминации микробных культур микрофлорой рук, волос, одежды работника; работу в стерильных боксах, ламинарном потоке стерильного воздуха, в зоне пламени спиртовки.

Несоблюдение указанных мер приводит к неправильному заключению о виде выделенной культуры и ее свойствах, ошибочному диагнозу и неадекватным мерам терапии и профилактики. [2]

3. Основные принципы обеспечения асептических условий на производстве

асептика листер дезинфекция карболовый

Под асептическими условиями культивирования понимается возможность проведения этого процесса без посторонней микрофлоры. Требование надежной защиты среды, в которой культивируется производственный штамм микроорганизма-продуцента, от посторонней микрофлоры является одним из основных в технологии микробиологического синтеза. Особенно важное значение имеет асептика для производств тонкого микробиологического синтеза. Обеспечение асептических условий в масштабах крупного промышленного производства - весьма сложная инженерная проблема. В целом она решается двумя, путями.

Первый путь заключается в обеспечении технологической гигиены производства. Сюда относится комплекс приемов и средств, обеспечивающих снижение загрязненности посторонней микрофлорой производственной среды и препятствующих распространению производственных продуцентов по производственным помещениям.

Второй путь объединяет комплекс технических решений и методов, имеющих непосредственное отношение к технологии, и заключается в использовании специального технологического оборудования (фильтры, стерилизаторы) или реализации специфических требований асептики при создании основного технологического оборудования (культиваторы), контрольно-измерительных приборов, обвязок аппаратов и разводки трубопроводов. Конечной целью процессов, которые осуществляются с помощью этого оборудования, является стерилизация, т.е. полное освобождение от посторонней микрофлоры всех видов материальных потоков, вводимых в культиватор (аэрирующий воздух, питательная среда, пеногасители и др.), и его внутренних полостей. Чтобы процесс культивирования проходил в асептических условиях, необходимо обеспечить стерилизуемость и герметичность аппаратов и трубопроводов; стерильность аэрирующего воздуха, питательной среды и пеногасящего вещества и других добавок, вводимых в культиватор.

Методы обеспечения стерильности и герметичности аппаратов и трубопроводов.

Наиболее распространенный метод стерилизации аппаратов и трубопроводов - тепловая обработка насыщенным водяным паром. Этот метод надежнее, экономичнее и удобнее в производственных условиях, чем обработка химическими средствами. В некоторых случаях, когда обрабатываемые аппараты, их отдельные узлы или приборы не выдерживают нагрева до требуемых температур, применяется стерилизация химическими средствами, но это исключение из общего правила.

При тепловом методе обработки насыщенным водяным паром под стерилизуемостью аппаратов и трубопроводов понимается возможность создания во всех точках внутренних полостей необходимой температуры и поддержания ее в течение заданного времени. При этом предполагается, что минимально допустимая температура в наименее выгодном с точки зрения стерилизации месте аппарата должна быть выше летальной температуры наиболее термостойких споровых форм микроорганизмов при приемлемой продолжительности выдержки. В качестве тест-объекта можно, например, использовать Bacillus stearothermophilus. Обычно эта температура лежит в пределах 115-120° С при выдержке в течение 1 ч. В производственных условиях выполнение этого требования связано со значительными трудностями ввиду наличия многочисленных тупиковых полостей. выступов и неравномерной интенсивности теплоотдачи в окружающую среду. Наиболее трудно стерилизуемыми местами в аппаратах являются штуцера, места ввода датчиков КИП, нижние спуски, а в разводках трубопроводов - тупиковые места, которые образуются на ответвлениях и в местах присоединения к аппаратам.

Однако недостаточно надежно простерилизовать оборудование и коммуникации - Достигнутую стерильность необходимо сохранить в течение рабочего цикла, который длится несколько суток. Это требование не может быть выполнено без надежной герметичности аппаратов и трубопроводов. Нельзя, конечно, рассчитывать на достижение абсолютной герметичности. Требуемая степень герметичности оборудования микробиологических производств до сих пор научно не обоснована.

До последнего времени заводы использовали методы оценки герметичности оборудования, основанные на определении падения давления или разрежения (так называемый манометрический способ), для обнаружения грубых пропусков и пневматический пузырьковый метод с использованием мыльного раствора - для окончательной проверки. Однако последний метод применяется при давлении не менее 0,35 МПа (3,5 кгс/см²) и недостаточно объективен, поскольку не все пузырьки могут быть своевременно обнаружены.

В последние годы в практику заводов микробиологической промышленности все шире внедряется метод проверки герметичности с помощью галоидных течеискателей типа ГТИ-3, ГТИ-6, ВАГТИ-4 и БГТИ-5, позволяющих обнаружить утечки галоидсодержащего вещества (фреона) в количествах 1,5-0,5 г/год. Принцип действия этих приборов основан на эффекте резкого возрастания эмиссии положительных ионов с накаленной до 800-900°С платины при попадании в объем работающего прибора галоидсодержащих газов (четыреххлористого углерода, дихлорэтана, фреона и др.). Галоидные течеискатели реагируют на содержание галоида в воздухе помещения до 10^-4%. Они позволяют обнаружить течи порядка 10~⁴-10^-6 мм³-МПа/с. Количество галоидсодержащих веществ, вносимых в аппараты, измеряется десятками кубических сантиметров на 1 м³ объема аппарата.

Опыт показал, что даже после нескольких проверок герметичности пневматическим пузырьковым методом с помощью мыльного раствора - галоидный течеискатель позволяет обнаружить значительное количество пропусков. Как правило, большая доля их приходится на фланцевые соединения. Поэтому обычно стремятся заменить там, где это возможно, фланцевые соединения сварными.

Одним из наиболее уязвимых мест, с точки зрения обеспечения герметичности аппарата, является ввод вала перемешивающего устройства. До последнего времени в микробиологической промышленности использовались обычные сальники с мягкой набивкой, однако они не обеспечивают необходимую герметичность. Несмотря на наличие избыточного давления невозможно избежать подтекания внутрь аппарата масла, в котором обычно содержится посторонняя микрофлора. Кроме того, сальники с мягкой набивкой требуют больших трудовых затрат при эксплуатации. Частично устранить недостатки обычных сальников с мягкой набивкой можно, устанавливая дополнительные уплотнения или тепловые затворы (паровые, масляные).

К уязвимым местам, с точки зрения герметичности, следует отнести и запорную арматуру, которой в больших количествах оснащаются аппараты и трубопроводы. Обычная сальниковая арматура требует больших трудовых затрат при эксплуатации и не всегда обеспечивает необходимую степень герметичности.

Тепловая обработка аппаратуры

В процессе тепловой обработки внутренних полостей аппаратов происходит конденсация пара у стенки - При этом из парогазовой смеси высвобождается воздух, который скапливается у поверхности пленки конденсата и изолирует ее от пара. В результате, как показывают эксперименты, при содержании в паре 0,5% воздуха коэффициент теплоотдачи от пара к стенке снижается на 40%, а при концентрации воздуха 1% - более чем в 2 раза. Через образующийся воздушный барьер молекулы пара могут проникать лишь путем диффузии. Основные выводы, которые вытекают из теоретических зависимостей, предложенных Г.П. Питерских для описания процесса тепловой стерилизации аппаратуры насыщенным водяным паром, сводятся к следующему. Для повышения эффективности тепловой обработки аппаратуры в целях обеспечения асептических условий необходимо: максимально уменьшать содержание воздуха в паровоздушной смеси, находящейся в аппарате. В частности, нужно тщательно удалять воздух из аппарата перед началом обработки, продувая его текучим паром или вакуум и руя; максимально уменьшать теплопотери, особенно в труд - ностерилизуемых местах (штуцера, арматура). Для этого такие места должны быть тщательно укрыты теплоизоляцией. Эта мера целесообразна не только в целях уменьшения накопления воздуха в труднодоступных точках аппарата, но и для улучшения гигиенических условий в производственных помещениях; по возможности увеличивать диаметр штуцеров и уменьшать их вылет, т.е. не допускать в аппаратах узких и длинных щелей; по возможности делать более толстыми стенки штуцеров для увеличения потока тепла вдоль стенок за счет теплопроводности; не допускать загрязнений на внутренних поверхностях, подлежащих тепловой обработке, так как они могут привести к понижению температуры стенки, особенно в тех случаях, когда она плохо изолирована. Целесообразность и эффективность выполнения этих рекомендаций подтверждается практическим опытом. [3]

4. Значение асептики в биотехнологических процессах

Биотехнологические процессы, как правило, проводят в асептичных условиях, хотя могут быть исключения для некоторых из них. Например, при культивировании отдельных эукариот (дрожжи) в негерметизированных ферментаторах (нестерильный процесс) происходит заметное снижение pH среды, где доминирующее положение дрожжей не изменяется при попадании контаминирующих бактерий (от лат. contaminatio - загрязнение, заражение, смешение) - они не могут составить конкуренции основному виду.

Асептика - это комплекс мероприятий, направленных на предотвращение попадания в среду (объект) посторонних микроорганизмов, включая болезнетворные. Следовательно, асептика в биологической технологии и, например, в хирургии - это не одно и то же понятие. В первом случае предполагают использование какого-либо биообъекта (в том числе микроба) и полное исключение попадания других микроорганизмов, являющихся загрязнителями. Во втором случае стремятся исключить любую возможность попадания патогенных микробов и микробов - контаминантов на операционное поле или в рану. Каждый из материальных потоков в биотехнологических процессах - потенциальный источник микробов - контаминантов. Асептика может включать влажную уборку помещений, обработку их ультрафиолетовыми лучами, антисептическими средствами, использование стерильных инструментов, сред, технологической одежды, подачу стерильного воздуха (столы с ламинарным потоком стерильного воздуха в боксированных помещениях, поступление в ферментатор стерильного воздуха через барботер (от франц. barbotage - перемешивание) и пр. Следовательно комплекс мер, обеспечивающих асептику биотехнологических процессов, включает: механическую, физическую и химическую защиту биообъекта и среды его обитания, а при необходимости - и конечный продукт. К механической защите относятся: удаление механических примесей, например, из воздуха, культиваторов, герметизация оборудования, изоляция узлов и соединений; к физической - обработка воздуха и поверхностей приборов и аппаратов ультрафиолетовыми лучами, кипячение, стерилизация паром под давлением, обработка ультразвуком; к химической - обработка поверхностей химическими антисептиками.

В производственных условиях источниками микробов контаминантов могут быть почва, вода, окружающий воздух, люди. Из почвы в сферу биотехнологических процессов попадают спорообразующие палочки-бациллы, конидии грибов, актиномицеты; эти же микроорганизмы с пылью могут попасть в воздух, через посредство которого они способны проникнуть в среду выращивания биообъекта или в конечный продукт производства.

Качественный состав и размеры частиц в воздушной пыли колеблются в широких пределах. В производственных помещениях это зависит от конструкционных особенностей здания, розы ветров, географической зоны расположения города и предприятия, наличия или отсутствия потоков автомобильного и другого транспорта, количества непосредственно занятых в технологическом процессе людей, характера и локализации складских помещений и т.д. Образующиеся пыль или/и капельки влаги в воздухе, как правило, содержат на своей поверхности слой адсорбированного воздуха и большее или меньшее количество микроорганизмов. Газовая оболочка предохраняет частицы от смачивания. Такие частицы представляют собой дисперсную фазу аэрозоля, устойчивость которой зависит от размеров (величины) частиц, их электрического заряда и поверхностной энергии. Необходимо помнить, что в случае нахождения на частицах аэрозоля микробных клеток, то их отрицательный электрический заряд будет привносить свою долю в общий заряд частицы. Опираясьлишь на величину аэрозоля, содержащего микроорганизмы, можно выделить три фазы его: крупноядерную (диаметр частиц более 100 мкм), мелкоядерную (диаметр частиц менее 100 мкм) и фазу бактериальной пыли (диаметр частиц от 1 мкм до 100 мкм). Частицы крупноядерной фазы в течение нескольких секунд оседают из воздуха, тогда как частицы двух других фаз могут длительно находиться в воздухе, образуя устойчивую коллоидную систему.

Бактериальная пыль может формироваться из первых двух фаз после их высыхания и повторного попадания в воздух. В разряд частиц с диаметром от 0,001 мкм до 1 мкм подпадают вирусы и некоторые бактерии. Аэрозоли могут быть вредными и для человека не только из-за микробов, находящихся на частицах пыли или капельках жидкости, но и сами по себе вследствие проникновения в альвеолы дыхательной системы с последующим расстройством ее функций. В таком понимании вредными являются следующие аэрозольные частицы: асбеста, алебастра, абразивного порошка, графита, гипса, диоксида титана, дорожной пыли, извести, каолина, корунда, карбида кремния, мрамора, оксида олова, стекловолокна и др. В альвеолы проникают частицы размером менее 3 мкм при скорости потока вдыхаемого воздуха уже около 1 см/с. По степени загрязненности воздуха микробами и механическими частицами в расчете на 1м³ производственные помещения, в которых асептично изготавливают лекарственные средства, классифицируют по классности следующим образом:

1-й класс чистоты с ламинарным потоком стерильного воздуха

- для изготовления стерильных лекарств - не должно быть микробов, а механических частиц размером до 0,5 мкм - не более 3500;

2-й класс чистоты - до 50 микробных клеток, до 2500 частиц размером 5 мкм и до 350000 частиц размером 0,5 мкм;

3-й класс чистоты - до 100 микробных клеток (ЗА класс - до 200 и ЗБ класс - до 500 клеток), до 25000 частиц размером 5 мкм и до 3500000 частиц размером 0,5 мкм;

4-й класс частоты - по ГОСТ 12.1.005 - 86.

Для помещений 2-го и 3-го классов чистоты, в которых изготавливают нестерильные лекарственные средства, нормирование воздуха по содержанию механических частиц не предусматривается.

Лекарственные средства по «микробной чистоте» разделяют на 4 категории: 1) стерильные препараты для инъекций, приготовленные на апирогенной воде;.

2) глазные лекарства, препараты для введения в закрытые полости тела, средства для лечения обширных ожогов и открытых ран не должны содержать живых микроорганизмов - они также относятся к разряду стерильных;

3) лекарственные средства для наружного применения и для введения в открытые полости не должны содержать более 100 живых микробных клеток в 1 г(мл) препарата и при безусловном отсутствии в них бактерий, относящихся к семейству Enterobacteriaceae, а также Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus;

4) все прочие лекарственные средства должны содержать в 1 г (1 мл) не более 1000 жизнеспособных бактериальных клеток сап-рофитов и не более 100 клеток непатогенных грибов при отсутствии болезнетворных и условно патогенных микроорганизмов, включая энтеробактерии, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, аспорогенные дрожжи рода Candida.

Работающие в помещениях различной степени чистоты должны одевать рекомендуемую и пригодную для таких целей технологическую одежду (согласно требованиям системы GMP - см.). Так, в помещениях первого класса, где кратность обмена воздуха в час 600-200, одевают стерильный костюм, головной убор должен полностью закрывать волосы, включая бороду, и Заворачиваться под ворот костюма; на лицо одевается маска во избежание попадания частиц и капель в окружающую среду; на руки одевают стерилизованные без сыпучих материалов перчатки из каучука или пластичных материалов, на ступни - стерилизованную или продезинфицированную обувь, включая бахилы. Низ брюк подворачивают в обувь (как и рукава костюма - в перчатки). От защитной одежды не должны попадать в воздух частицы и волокна, а сама она должна задерживать частицы, исходящие с тела оператора. Указанная одежда должна быть разового использования или использоваться в течение одного дня, если результаты проверки подтверждают такую возможность. Перчатки рекомендуется постоянно дезинфицировать во время операций, маски и перчатки необходимо менять перед каждой рабочей процедурой. Стерильную зону желательно проектировать таким образом, чтобы все операции можно было наблюдать извне. В рабочих зонах таких помещений все открытые поверхности должны быть гладкими, непроницаемыми, неразбитыми, удобными для очистки и дезинфекции, где и когда это необходимо, без труднодоступных выступов и углублений, полок, шкафов, излишнего оборудования, раздвижные двери здесь нежелательны из-за возможности скопления пыли в пазах; сточные и канализационные трубы не должны проходить в стерильных зонах. Комнаты для смены одежды необходимо проектировать и строить с воздушными шлюзами, снабжающимися стерильным воздухом. Двери с воздушными шлюзами не должны открываться одновременно; между шлюзами должна быть система для визуального или аудиоконтроля (от лат. visus - зрение, auditus - слух, слышание). Мытье рук и средства для этого должны быть только в комнате для' смены одежды.

В рабочие помещения должен подаваться стерильный воздух под положительным давлением.

В помещениях второго класса чистоты с кратностью обмена воздуха 20-60 следует одевать гладкий (без складок), не отделяющий ворса, комбинезон, стянутый на поясе, с манжетами, плотно облегающими щиколотки ног; на голову необходимо одевать шлем-капюшон, полностью закрывающий волосы, нос и подбородок; на лицо - маску, не отделяющую ворса; на руки - резиновые (или из эластичных полимеров) перчатки, на ноги - стерильную или продезинфицированную обувь, поверх которой рекомендуется одевать бахилы, полностью закрывающие ступню. Нижняя часть брюк должна заправляться в бахилы, а рукава комбинезона - в перчатки. Ни одна часть тела или разрешенного для использования нижнего белья не должна быть открыта.

В помещениях третьего класса чистоты с кратностью обмена воздуха 1-15 рекомендуется одевать не отделяющий ворса комбинезон или куртку с собранными рукавами на запястьях и воротником-стойкой, шапочку или косынку, брюки, бахилы и маску.

В помещениях четвертого класса чистоты рекомендуется одевать комбинезон, или куртку и брюки, или халат, шапочку или косынку из хлопчатобумажных или льняных тканей. Люди, занятые в биотехнологическом производстве, также могут быть источником контаминирующей микрофлоры - граммотрицательных бактерий, кокков, микоплазм, вирусов и др. Только на поверхности кожи может сосредоточиваться до 10¹⁰ микробных клеток. Наиболее загрязненными являются кисти рук, ступни, локти, шея, грудь, промежность, паховые области. Разнообразна и многочисленна микрофлора ротовой полости: бактериальные и кокковые формы, вибрионы, спириллы и спирохеты, нокардии, дифтероиды, протозойные организмы, аспорогенные дрожжи рода Candida, микоплазмы, вирусы и др. При разговоре, кашле, чихании микробы в большом числе попадают в воздух. Установлено, что здоровый человек за одно чихание выделяет до 20000 микробных клеток, способных распространяться по горизонтали, в среднем, до 1,5 м. Капельки носовой слизи, слюны и мокроты, подсыхая, образуют частицы, покрытые белковой или гликопротеиновой оболочкой, и содержащие микробные клетки. В таких частицах микроорганизмы длительно сохраняются и могут являться причиной нестерильности материалов (объектов) на каких-либо технологических операциях.

Источником микробов-загрязнителей могут быть некоторые компоненты питательных сред, например, кукурузный экстракт (фаги, дрожжи и др.).

Растительные вирусы часто выявляются в культурах каллусных тканей; высокую озабоченность в этом смысле вызывают также культуры клеток животных тканей и клеток человека, будучи исключительно благоприятными средами для контаминирующей микрофлоры. [4]

Заключение

Микробы-контаминанты не только могут подавить развитие и функции биообъекта в силу конкуренции и антибиоза, но и дезорганизовать какую-либо ткань - среду выращивания; более того, некоторые из них способны продуцировать токсические вещества, которые могут попасть в целевой продукт (равно как и сами микробы-загрязнители). На производствах связанных с производством лекарственных препаратов это может вызывать катастрофические последствия и гибель сотен людей. Во избежание этого, повсеместно на биотехнологических и фармацевтических производствах вводятся правила GMP четко регламентирующие правила асептики и антисептики на производствах.

В данной работе были рассмотрены

- основные понятия: асептика, антисептика, дезинфекция, стерилизация.

- история развития антисептики.

- принципы организации антисептических условий на производстве.

- значение асептики в биотехнологических производствах, а также требования GMP предъявляемые к соблюдению стерильности.

Список литературы

1. Гостищев В.К. Общая хирургия. - «ГЭОТАР-Медиа», 2006.

2. Новиков Д.К., Генералов И.И., Данющенкова Н.М. Медицинская микробиология. - М.: Медицина, 2006

3. Гапонов К.П. Процессы и аппараты микробиологических производств. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981

4. Елинов Н.П. Основы биотехнологии. - СПб.: Наука, 1995

Размещено на Allbest.ru