Kupfer 02: Studie 01: Bakterientest: Der Kupfertopf desinfiziert das Wasser

Übersetzung aus: Storing Drinking-water in Copper pots Kills Contaminating Diarrhoeagenic Bacteria

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3312355/

National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine 8600 Rockville Pike, Bethesda MD, 20894 USA
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V.B. Preethi Sudha,¹ Sheeba Ganesan,¹ G.P. Pazhani,² T. Ramamurthy,² G.B. Nair,² und Padma Venkatasubramanian¹

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Zusammenfassung

In den meisten Entwicklungsländern ist das Wasser mikrobiell verunreinigt und ein grosses Problem. Wasseraufbereitung ist teuer, v.a. auf dem Lande. Ayurveda empfiehlt, Trinkwasser in Kupfergefässen aufzubewahren. Die Studie sollte die Wirkung von Kupfergefässen auf kontaminiertes Trinkwasser bewerten. Die Wasserproben wurden auch mit wichtigen Durchfallbakterien versetzt, darunter auch Cholera (Vibrio cholerae O1, Shigella flexneri 2a, enterotoxigene Escherichia coli, enteropathogene E. coli, Salmonella enterica Typhi und Salmonella Paratyphi).

Kupfertöpfe eliminieren Bakterien

Wenn Trinkwasser (pH 7,83 ± 0,4; Quelle: gemahlen) mit 500 KBE / ml der obigen Bakterien kontaminiert und 16 Stunden bei Raumtemperatur in Kupfertöpfen gelagert wurde, konnten keine Bakterien auf dem Kulturmedium gewonnen werden. Das Wasser konnte danach nicht mehr verseucht werden, es kam zu einem Verlust der Kultivierbarkeit. Dies ist der erste Bericht über die Wirkung von Kupfer auf S. flexneri 2a, enteropathogene E. coli und Salmonella Paratyphi.

Kupfertöpfe lassen den pH-Wert im Wasser steigen

Nach 16 Stunden stieg der pH-Wert von Wasser in den Kupfertöpfen leicht von 7,83 auf 7,93, während die anderen physikalisch-chemischen Parameter unverändert blieben. Der Kupfergehalt (177 ± 16 ppb) in in Kupfertöpfen gelagertem Wasser lag innerhalb der zulässigen Grenzen der Weltgesundheitsorganisation.

Kupfertöpfe für Entwicklungsländer

Kupfer ist eine vielversprechende Lösung für die mikrobielle Reinigung von Trinkwasser, insbesondere in Entwicklungsländern.

Der Studienbericht im Wortlaut (Übersetzung)

[Details]: Einleitung

Die Versorgung der Mehrheit der Weltbevölkerung, insbesondere der Entwicklungsländer, mit sauberem Trinkwasser ist nach wie vor ein großes Problem. Ungefähr eine Milliarde Menschen haben keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser (1). Mit Bakterien, Viren und Protozoen kontaminiertes Wasser und Lebensmittel verursachen infektiösen Durchfall. Durchfall ist eine der Hauptursachen für Mortalität und Morbidität, insbesondere bei Kindern aus Entwicklungsländern (2) und fordert jedes Jahr zwei Millionen Todesopfer (3). Die wichtigsten ätiologischen Erreger, die insbesondere in Entwicklungsländern jährlich über eine Million Todesfälle durch Durchfall verursachen, sind enterotoxigene Escherichia coli (ETEC), Rotaviren, Vibrio cholerae und Shigella-Arten, die sich über kontaminiertes Wasser und Lebensmittel oder von Mensch zu Mensch verbreiten Person (4). In Indien gibt es in vielen Staaten immer noch Cholera-Ausbrüche. In den Jahren 1996 bis 2007 waren mindestens 222.038 Personen von Cholera betroffen (5). Shigellose, auch als akute bazilläre Ruhr bekannt, ist mit Komplikationen verbunden, wie dem hämolytisch-urämischen Syndrom, das tödlich sein kann (6). Shigella flexneri verursacht ungefähr 10% aller Durchfallerkrankungen bei Kindern unter fünf Jahren (7). Eine Infektion mit ETEC ist mit Reisedurchfall verbunden, und die Infektionsrate ist in Indien im Vergleich zu anderen Entwicklungsländern höher (8). Unter den Viren sind Rotaviren die häufigste Ursache für Durchfall bei Säuglingen und Kindern. In Asien sind Rotaviren für 45% der Krankenhauseinweisungen wegen schweren kindlichen Durchfalls verantwortlich (9).

Die mikrobielle Qualität ist zwar nur einer der Parameter für sauberes Trinkwasser, stellt jedoch ein großes Problem dar und ist eine Ursache für Epidemien in Entwicklungsländern. Die bestehenden Interventionen der Gemeinschaft zur Versorgung der Menschen mit sauberem Trinkwasser weisen viele Mängel auf, und Studien haben gezeigt, dass Interventionen am Point-of-Use-Haushalt (PoU) zu einer Reduzierung der Durchfallerkrankungen um 30-40% beitragen (10). Darüber hinaus sind in Ländern wie Indien, in denen nur 28% der Haushalte Leitungswasser haben (5), PoU-Interventionen ein nachhaltiger Weg, um sicheres Trinkwasser bereitzustellen.

Die Speicherung von Wasser in Kupfer- und Silbertöpfen wird in alten Ayurveda-Texten zur Reinigung von Wasser erwähnt (11). Unsere vorherige Studie lieferte Laborbeweise für die antibakterielle Aktivität von Kupfertöpfen in destilliertem Wasser (12). Wir hatten auch über den Vorteil der Verwendung eines von uns erfundenen Geräts auf Kupferbasis berichtet, das genauso effektiv war wie der Topf, jedoch zu einem Bruchteil der Kosten (12). Destilliertes Wasser ist leicht sauer (pH 6,7 ± 0,05), was die Kupferauswaschung verbessern könnte. Die Untersuchung hier behandelt normales Trinkwasser (pH 7,83 ± 0,4) in Kupfergefässen und die Wirkung auf Durchfallbakterien.

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Preparation of bacterial cultures

MATERIALEN UND METHODEN

Bakterienstämme

Das Landesinstitut (National Institute) schickte verschiedene Viren wie: V. cholerae O1 IDH 02474 (VC), S. flexneri Typ 2a IDH 02196 (SF), Salmonella enterica Typhi 500865 (SET) und enterotoxigene E. coli (LT + ST) IDH 01254 (ETEC), auch Viren von Cholera und enterischen Krankheiten (NICED), Kolkata, Indien. S. Paratyphi A B / 05 (SPT) wurde vom St. Johns Medical College in Bangalore, Indien, beschafft und bei NICED bestätigt. Enteropathogenes E. coli E 2347 (EPEC) kam vom Christian Medical College (CMC), Vellore, Indien.

Herstellung von Bakterienkulturen

Kulturen aus dem Nähragar-Kulturstich wurden auf selektive Medien ausgestrichen, einschließlich Eosin-Methylenblau (EMB) -Agar-Medium (HIMEDIA, Mumbai, Indien) für E. coli-Spezies, Xylose-Lysin-Dextrose (XLD) -Medium (HIMEDIA) für Salmonella-Spezies, Henktoen enterisches Agar (HEA) -Medium (Difco, USA) für Shigella und Thiosulfat-Citrat-Gallensalz-Saccharose (TCBS) -Medium (HIMEDIA) für V. cholerae und wurden 16 bis 18 Stunden bei 37 ° C in einem Bakteriologen inkubiert (IN 18 DF, Servewell Instruments Private Limited, Bangalore, Indien). Nach der Inkubation wurde eine einzelne Kolonie ausgewählt und in 2 ml Luria Bertani-Brühe (Difco) geimpft und 16 bis 18 Stunden in einem bakteriologischen Inkubator bei 37 ° C inkubiert. Diese Übernachtkultur wurde zur Inokulation in Wasser seriell in normaler Salzlösung (NaCl, 0,85%) verdünnt.

Antibakterielle Aktivität des Kupfertopfs auf mit enterischen Krankheitserregern beimpftem Trinkwasser

Das folgende Versuchsverfahren entsprach im Wesentlichen Sudha et al. (12). Kupfertöpfe mit einer Kapazität von 2 l (Test), die von lokalen Anbietern gekauft wurden, wurden jedes Mal vor der Verwendung gründlich gereinigt und autoklaviert. Als Kontrolle dienten vorsterilisierte 1-l-Glasflaschen (Schott Duran, Mainz, Deutschland).

Wasser wurde aus dem Wasserhahn (Grundwasser, gepumpt in den Überwassertank) der Mikrobiologie-Abteilung der FRLHT (Stiftung zur Wiederbelebung lokaler Gesundheitstraditionen) in Bangalore gesammelt und autoklaviert. Das sterilisierte Wasser wurde mit seriell verdünnter Übernachtkultur der diarrhoeagenen Bakterien in ~ 500 Colony-Farming Unit (CFU) / ml inokuliert. Das gleiche wurde durch ein Spread-Plate-Verfahren auf Nähragar (HIMEDIA) aufgezählt. Zwei Liter inokuliertes Wasser wurden in Kupfertöpfe (2 × 2 l) und jeweils ein Liter in jede der beiden vorsterilisierten Schott Duran-Flaschen gegossen. Nach 16-stündiger Inkubation bei Raumtemperatur (26 ± 2 ° C) wurden nach dem Mischen 100 & mgr; l Proben aus jedem Behälter entnommen und zur Zählung der Bakterien auf Nähragar ausplattiert. Die Wiederbelebung von subletal geschädigten Zellen wurde durch ein Anreicherungsverfahren überwacht (13). Drei ml Test- oder Kontrollwasserprobe wurden mit einem gleichen Volumen Peptonwasser doppelter Stärke (Anreicherungsmedium) gemischt und 24 Stunden bei 37 ° C inkubiert. Nach der Inkubation wurde das Medium auf Trübung beobachtet, und auch eine Schleife der angereicherten Kultur wurde wie zuvor erwähnt auf die jeweiligen selektiven Medien gestrichen und nach 24-stündiger Inkubation bei 37 ° C auf Wachstum beobachtet. Alle Experimente wurden dreimal durchgeführt, wobei jedes Mal Duplikate beibehalten wurden.

Wasseranalyse physikalisch und chemisch

Tests und Kontrollen des beimpften Wassers wurden vor und nach der Inkubation auf physikalisch-chemische Eigenschaften wie pH-Wert, Trübung, insgesamt gelöste Feststoffe (TDS), Alkalität, Härte, Gehalt an Chloriden und Sulfaten gemäß den Protokollen des Bureau of Indian Standards (14) untersucht. . Der pH wurde unter Verwendung eines pH-Meters (DI 707; Digisun Electronics, Hyderabad, Indien) gemessen. Der Kupfergehalt wurde unter Verwendung von Spectroquant (Merck, Darmstadt, Deutschland), einem im Handel erhältlichen, gebrauchsfertigen Kit, wie in Sudha et al. (12).

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ERGEBNISSE

Antibakterielle Aktivität des Kupfertopfs auf mit enterischen Krankheitserregern beimpftem Trinkwasser

[Was in den Kupfertöpfen geschah]: In Wasser geimpfte VC, SF, ETEC, EPEC, SET und SPT konnten auf dem spezifischen Wachstumsmedium nicht gewonnen werden, wie in den Verfahren erwähnt (Table 1). In den Kontrollglasflaschen [Glasflaschen] blieb dagegen die Anzahl der beimpften Bakterien entweder gleich oder leicht erhöht (Table 1). [In den Kupfertöpfen] nach der Inkubation in der Anreicherungsbrühe gab es keine sichtbare Trübung in den Testproben, und es konnten keine Bakterien gewonnen werden, wenn die angereicherten Kulturen auf selektive Medien gestrichen wurden. Bei den Kontrollen [in den Glasflaschen] wurde eine Trübung des Anreicherungsmediums und ein anschließendes Wachstum von Bakterien auf einem selektiven Medium beobachtet (Table 1), wobei VC eine typische gelbe Kolonie auf TCBS-Medium entwickelte, SF typische grüne Kolonien auf dem HEA-Medium, Salmonella-Arten wuchsen als rosa Kolonien mit oder ohne schwarzes Zentrum auf einem XLD-Medium, und ETEC und EPEC entwickelten ihren typisch metallischen Glanz auf einem EMB-Agarmedium. Dies zeigt an, dass die Bakterien in den Testproben [die aus Kupfergefässen kamen] entweder vollständig abgetötet wurden oder ihre Kultivierbarkeit auf Medien verloren hatten.

Tabelle 1

Lagerung von beimpftem Leitungswasser über Nacht: Vergleich Kupfertöpfe - Glasflasche

Geimpftes Bakterium	Stand vor der Impfung Dosis in CFU/mL	Kupfertöpfe nach der Impfung Bakterienmessung in CFU/mL	Kupfertöpfe nach der Impfung Zuwachs der Bakterienkultur	Glasflaschen nach der Impfung Bakterienmessung in CFU/mL	Glasflaschen nach der Impfung Zuwachs der Bakterienkultur
V. cholerae O1 IDH 2474	506±11	Kein Wachstum	Nicht festgestellt	516±11	Festgestellt
S. flexneri 2a IDH 02196	533±28	Kein Wachstum	Nicht festgestellt	530±26	Festgestellt
ETEC IDH 01254	513±23	Kein Wachstum	Nicht festgestellt	866±83	Festgestellt
EPEC E2347	506±11	Kein Wachstum	Nicht festgestellt	600±10	Festgestellt
S. enterica Typhi 500865	170±53	Kein Wachstum	Nicht festgestellt	109±66	Festgestellt
S. Paratyphi A	453±109	Kein Wachstum	Nicht festgestellt	361±67	Festgestellt

Link der Tabelle (orig. Englisch)

CFU=Colony-forming unit (Einheit mit Kolonienbildung);

EPEC=Enteropathogenischer Escherichia coli;

ETEC=Enterotoxigenischer Escherichia coli

Physikalische und chemische Parameter

Der Kupfergehalt, der in die Testproben losgelöst hatte, betrug 177 ± 16 ppb, was deutlich innerhalb der WHO-Grenze von 2000 ppb lag (Tabelle 2). TDS, Alkalität, Härte, Gehalt an Chloriden und Sulfaten blieben vor und nach der Inkubation sowohl in Test- als auch in Kontrollproben gleich, außer dass der pH-Wert in den Testproben (Kupfertopf) nach Inkubation leicht von 7,83 ± 0,4 auf 7,93 ± 0,3 für 16 Stunden angestigen war (Tabelle 2).

Tabelle 2

Physikochemische Qualität des Leitungswassers vor und nach der Inkubation im Kupfertopf und in Glasflaschen

Parameter	Erlaubter Grenzwert (BIS/WHO^*)	Vor der Impfung	Nach dem Impftest	Nach der Impfkontrolle
Alkalinity (mg/L)	600	25	25	25
Hardness (mg/L)	600	280	280	280
Turbidity (NTU)	10	0.47	0.47	0.47
TDS (mg/L)	2,000	700±49.5	655±35.4	690±14
Chlorides (mg/L)	1,000	35.45	35.45	35.45
Sulphates (mg/L)	400	86.5	86.5	86.5
pH	8.5-9.0	7.83±0.4	7.93±0.3	7.83±0.4
Copper content (mg/L)^*	2	<DL 0.1	0.177±0.016	<DL

*Grenzwert gültig beim Test=0.02 mg/L;

BIS=Bureau of Indian Standards (Büro der Grenzwerte in Indien);

DL=Detecting limit (Grenzwert gültig beim Test) ;

NTU=Nephelometric turbidity unit (Trübungseinheit);

TDS=Total dissolved solids (TDS = Gesamtmenge der gelösten Feststoffe);

WHO=World Health Organization (Weltgesundheitsorganisation)

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DISKUSSION

Im Wasser in Kupfergefässen konnten keine Erreger gefunden werden, auch nach einer zusätzlichen Impfung nicht. Dies ist der erste Bericht über die antibakterielle Aktivität von Kupfer gegen pathogene Stämme von SF, EPEC und SPT. Der Kupfertopf ist mit normalem Trinkwasser (pH 7,83 ± 0,4) genauso aktiv wie der von uns zuvor (12) mit destilliertem Wasser (pH 6,7 ± 0,05). Dabei löst sich ins normale [basische] Trinkwasser weniger Kupfer (177 ±) 16 ppb) als ins [säuerliche] destillierte Wasser (~420 ppb).

Andere Studien haben gezeigt, dass je nach pH- und Temperaturbedingungen Kupferwasser in Kupfergefässen E. coli tödlich ist, wobei die schnellste Inaktivierung erfolgt, wenn der pH-Wert über pH7 (neutral) steigt, und die Temperatur unter 35°C sinkt (15). Es wurde auch gezeigt, dass Kupfer auch in Gegenwart von organischen und anorganischen Bestandteilen in Wasser mehr oder weniger stark auf E. coli wirkt (16). In Laborexperimenten wurde gezeigt, dass Kupfer Meticillin-resistenten Staphylococcus aureus (17), Campylobacter jejuni und S. enterica (18) abtötet. Die Ergebnisse dieser Studien legen nahe, dass Kupfer unter verschiedenen Bedingungen auf eine Reihe von Organismen einwirken kann. Es ist weiterhin wichtig, die Wirkung von Kupfer auf verschiedene Trinkwasserquellen unter verschiedenen Feldbedingungen zu testen. Die Sicherheit des herausgelösten Kupfers im Wasser scheint kein Problem zu sein, da Studien gezeigt haben, dass die derzeitige WHO-Richtlinie von 2mg Cu / L sicher ist (19,20) und die in der Studie herausgelösten Gehalte 1/20 der zulässigen Grenzwerte betrugen. In der vorliegenden Studie wurde beobachtet, dass die anderen physikochemischen Parameter des Trinkwassers nach Kupferinterventionen unverändert bleiben, so dass diese Methode allgemein möglich ist.

Wir beobachteten, dass die nicht mehr entdeckten Bakterien in den Testproben auch nach Anreicherung und Plattieren auf selektiven Böden nicht wiederbelebt wurden. Dies zeigt an, dass sie die Kultivierbarkeit auf nicht selektivem Medium und auf Anreicherungs- und selektivem Medium verloren haben. Wir müssen jedoch noch bestätigen, ob sie sich in den lebensfähigen, aber nicht kultivierbaren (VBNC) Zustand verwandelt haben. VBNC ist ein Zustand in Bakterien, in dem die Zellen nicht auf routinemäßig verwendeten Medien wachsen, aber dennoch lebensfähig sind (21). VBNC-Bakterien wurden unter Verwendung verschiedener Methoden untersucht, einschließlich Temperaturänderung (22), Verwendung des Anreicherungsmediums (23), Änderungen des Wachstumsmediums, Verwendung eines Hühner-Embryosack, durch eine Kaninchen-Illeal-Schleife (13) oder Co-Kultivierung mit eukaryotischen Zellkulturen (21). VBNC-Bakterien wurden unter Verwendung lebensfähiger Färbungen (22) und Mikroskopie (21,24,25) beobachtet.

Kupferoberflächen töten schnell alles ab

Kupfer vernichtet E. coli

Studien haben gezeigt, dass Kupferoberflächen Bakterien vollständig abtöten. Auf Kupferkupons geimpfte E. coli wurden vollständig abgetötet.

Kupfer bewirkt bei den Bakterien Membranschäden

Die Studien kamen zu dem Schluss, dass die Kupferionen eine vollständige Abtötung von Bakterien durch Membranschäden bewirkten (26). Der Wirkungsmechanismus von Kupfer auf Bakterien ist jedoch nicht vollständig geklärt.

Kupferoberflächen in Spitälern+Kliniken - Trinkwasseraufbereitung im Kupfertopf (z.B. in Indien)

Obwohl Studien gezeigt haben, dass Kupferoberflächen für die Verbesserung der öffentlichen Hygiene in Gesundheitseinrichtungen von Nutzen sind, wurde die potenzielle Verwendung von Kupfer zur Reinigung von Trinkwasser, insbesondere in Entwicklungsländern, nicht umfassend untersucht. Die Ergebnisse unserer Studie zeigen daher, dass Kupfer das Potenzial hat, die ländlichen Massen in Entwicklungsländern mit mikrobiell sicherem Trinkwasser zu versorgen. Die Verwendung von Kupfertöpfen in indischen Haushalten ist weit verbreitet und wird daher von den Menschen wahrscheinlich sozial akzeptiert. Seine Funktion hängt nicht von Kraftstoff, Elektrizität, austauschbaren Filtern, Intensität des Sonnenlichts usw. ab, um es zu betreiben oder zu warten. Es ist einfach eine passive Speicherung von Wasser. Dies berücksichtigt die Bedingungen in ländlichen Dörfern und städtischen Slums von Entwicklungsländern. Der gesundheitliche Nutzen, der durch die Verwendung eines Kupfertopfs als PoU-Wasseraufbereitungsgerät erzielt werden kann, überwiegt bei weitem die Kosten des Topfes, wenn er auf die Mitglieder einer ländlichen Familie aufgeteilt wird, insbesondere da es sich um eine einmalige Investition ohne Wiederholung handelt Kosten. Es ist jedoch wichtig, seine Verwendung unter realen Bedingungen in der Dynamik der Zielhaushalte in Entwicklungsländern in Frage zu stellen, um die Einschränkungen vollständig zu verstehen.

[Das heisst: Wenn mit Kupfertöpfen niemand mehr krank wird, kann man die Familien auf 3 Kinder beschränken und Verhütungsmittel etc. benutzen].

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Danksagung

Die Studie wurde vom ETC CAPTURED-Programm in den Niederlanden (Grant Nr. DGIS / D) unterstützt. Die Autoren danken Herrn Darshan Shankar, Berater der IAIM, für seine ständige Betreuung.

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Quellen

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