Elewacje chronią budynki przed działaniem czynników atmosferycznych i pozwalają na pokrycie ściany z estetycznym akcentem. Dodatkowo, fasady mogą być opisane jako złożone matryce, które są narażone na wiele czynników środowiskowych, co bezpośrednio zwiększa zainteresowanie wzrostem mikroorganizmów (1). W niektórych przypadkach, wzrost mikroorganizmów może być silnie powiązany z biokorozją, która nie tylko powoduje uszkodzenia wizualne, ale także dostarcza rzeczywistych szkód (2). Ponadto, problemy wizualne nie mogą być pomijane, zwłaszcza przez producentów tynków elewacyjnych i regulacje prawne dotyczące gwarancji handlowych w krajach członkowskich UE (3).

Projekt „OMiBiB: Optimization and Reduction of Biocide Application in Construction Materials” uwzględnia nie tylko czynniki środowiskowe.  Jest to projekt multidyscyplinarny i obejmuje kilka dziedzin badawczych takich jak: Natural Sciences, Inżynieria Projektowa, Elektrotechnika i Informatyka oraz obejmuje wspólne prace z partnerami przemysłowymi. W dziedzinie Applied Natural Sciences, nacisk położony jest głównie na wpływ biocydów na mikrobiom na elewacjach. Nadrzędnym celem jest zmniejszenie aplikacji biocydów i jednoczesne zapobieganie wzrostowi mikroorganizmów na elewacjach. Aby osiągnąć ten cel ważne jest zrozumienie zagrożeń związanych z biocydami oraz tego, jak mikroorganizmy mogą przetrwać w trudnych warunkach, takich jak elewacja zawierająca biocydy.

Dlaczego konieczne jest ograniczanie stosowania biocydów? 

Biocydy należą do grupy chemicznej takiej jak insektycydy i pestycydy i są stosowane do kontroli wzrostu mikroorganizmów różnych dziedzinach, w tym:

– opieka zdrowotna

– dezynfekcja wody i powierzchni

– konserwacja produktów (4).

Niekontrolowane użycie biocydów wzrasta każdego roku i stwarza szereg wyzwań (5). Biocydy mają silny toksyczny wpływ na środowisko wodne i glebowe oraz są szkodliwe dla ludzi (6).

Ponadto, stosowanie biocydów może tworzyć środowisko sprzyjające rozwojowi

oporności krzyżowej z antybiotykami, zwłaszcza w produkcji zwierzęcej (7). Oporność krzyżowa opisuje zjawisko, w którym mikroorganizmy mogą przystosować się nie tylko do wyższego stężenia biocydu, ale również do wyższego stężenia antybiotyku i odwrotnie (8).

Co się dzieje, gdy mikrob chce zdobyć nowe siedliska?

Pierwszą opcją jest często mutacja lub namnożenie genu odpowiedzialnego za oporność, w grę może wchodzić również sama liczba mutacji (9). Mutacje związane z opornością są powszechne w regionie kodowania genów rodzin pomp effluxowych takich jak: MF, MATE, RND, SMR i ABC znanych jako systemy wielolekooporne (10). Typowym przypadkiem jest nadekspresja pomp effluksowych, dzięki którym możliwe jest wypompowanie toksyny z wnętrza komórki (10).

Drugą możliwością jest zwiększenie tolerancji u bakterii wynikającej ze zmniejszenia przepuszczalności błony komórkowej lub rozwoju biofilmu. Te mechanizmy są już znane z badań wielu patogenów lekoopornych (9). 

Jakie mikroorganizmy są w stanie rozwijać się na elewacji i jakie gatunki należy brać pod uwagę?

Znanych jest już kilka mikroorganizmów, które są określane jako kolonizatory elewacji: 

• Pseudomonas spp. – to bakterie tlenowe, które mogą degradować biocydy
• Alternaria alternata – jest grzybem, który jest dobrze znany jako biologiczny aeroalergen i induktor astmy. 
• Klebsormidium spp. – to glony posiadające zdolność do wzrostu w ekstremalnie zimnych środowiskach (wyizolowane na 3000 MSL – w Alpach)
• Chlorococcum spp. – to glony o dużej zdolności do tworzenia biofilmu i absorpcji metali ciężkich 
• Aspergillus niger – jest grzybem, który może rozkładać herbicydy (11)

Bakterie mają potencjał do życia w naprawdę trudnych warunkach bez składników odżywczych, wykorzystując jako substrat związki siarki NO2- lub nawet biocydy. Z kolei grzyby fasadowe nie tylko szkodzą zdrowiu człowieka, ale również mają zdolność rozkładania biocydów. 

Algi posiadają różne supermoce, takie jak absorpcja metali ciężkich czy zdolność do przetrwania w zimnym środowisku. Oprócz ich zdolności, wspólną cechą tych mikroorganizmów jest zdolność do przetrwania na elewacji – nowym siedlisku. 

Należy zapobiegać rozwojowi mikroorganizmów, które powodują biokorozję. Drugi aspekt to znalezienie równowagi pomiędzy szkodliwymi mikroorganizmami na elewacji a minimalizacją stosowania biocydów. Wreszcie ważne jest utrzymywanie komunikacji z partnerami branżowymi i współpraca w celu spełnienia parametrów gwarancji handlowej. Ustanowienie odpowiednich wymagań i znalezienie dobrych praktyk pozwoli na ekologiczne i efektywne utrzymywanie elewacji również w polskim budownictwie.

Źródła:

1. Hofbauer et al. “Biocide Tolerance in Microorganisms with Respect to Durability of Building Coatings: 2th International Conference on Durability of Building Materials and Components.”. In:

2. Jia R, Unsal T, Xu D, Lekbach Y, Gu T. Microbiologically influenced corrosion and current mitigation strategies: A state of the art review. International Biodeterioration & Biodegradation (2019) 137:42–58. doi:10.1016/j.ibiod.2018.11.007

3. THE EUROPEAN PARLIAMENT AND THE COUNCIL OF THE EUROPEAN UNION. RECTIVE (EU) 2019/771 OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 20 May 2019 on certain aspects concerning contracts for the sale of goods, amending Regulation (EU) 2017/2394 and Directive 2009/22/EC, and repealing Directive 1999/44/EC (2019).

4. Maillard J-Y. Bacterial resistance to biocides in the healthcare environment: should it be of genuine concern? J Hosp Infect (2007) 65 Suppl 2:60–72. doi:10.1016/S0195-6701(07)60018-8

5. Radiant Insights Inc. Biocides Market Analysis, Size, Share, Industry Report 2022 (2022). https://www.radiantinsights.com/research/biocides-market (Accessed April 20, 2023).

6. Gilbert P, McBain AJ. Potential impact of increased use of biocides in consumer products on prevalence of antibiotic resistance. Clin Microbiol Rev (2003) 16:189–208. doi:10.1128/CMR.16.2.189-208.2003

7. Busch G, Kassas B, Palma MA, Risius A. Perceptions of antibiotic use in livestock farming in Germany, Italy and the United States. Livestock Science (2020) 241:104251. doi:10.1016/j.livsci.2020.104251

8. Gnanadhas DP, Marathe SA, Chakravortty D. Biocides–resistance, cross-resistance mechanisms and assessment. Expert Opin Investig Drugs (2013) 22:191–206. doi:10.1517/13543784.2013.748035

9. Maillard JY. Antimicrobial biocides in the healthcare environment: efficacy, usage, policies, and perceived problems. Ther Clin Risk Manag (2005).

10. Du D, Wang-Kan X, Neuberger A, van Veen HW, Pos KM, Piddock LJV, et al. Multidrug efflux pumps: structure, function and regulation. Nat Rev Microbiol (2018) 16:523–39. doi:10.1038/s41579-018-0048-6

11. Hofbauer WK, Gärtner G. Microbial life on Façades. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg (2021). 327 p.