Skimmelsvampekolonier afgiver meget små partikler

Anne Mette Madsen, seniorforsker, Arbejdsmiljøinstituttet amm@ami.dk

Skimmelsvampekolonier kan ved luftpåvirkning, udover sporer, afgive mindre svampepartikler, kaldet mikropartikler. Mikropartikler har en aerodynamisk diameter mindre end svampesporer af samme art (<1,05 µm). Partiklerne indeholder protein samt RNA eller DNA og kan potentielt sætte sig længere nede i luftvejene end svampesporer.

Skimmelsvampe og luftvejsproblemer

Skimmelsvampe kan afgive partikler mindre end svampesporer. Vi kalder dem mikropartikler. Det er interessant fordi størrelsen af partikler har en betydning for, hvor langt de kan trænge ned i luftvejene. Det er også interessant, fordi man stadig ikke kender hele betydningen af ikke-infektiøse svampe i udviklingen af luftvejsproblemer, og fordi det ikke står klart hvilke komponenter af ikke-infektiøse svampe, der er hovedansvarlige for de helbredseffekter, svampe kan give på luftvejene. F.eks. viser et review af Bornehag et al [1], at der ikke altid er sammenhæng mellem eksponering for svampe i indeklimaet og helbredseffekter. På den anden side er vækst af mikroorganismer på fugtige byggematerialer ofte associeret med udvikling af luftvejsproblemer, infektioner og en stigning i risiko for udvikling af astma og allergi [2].

Skimmelsvampe vil altid være til stede i et almindeligt indeklima, og de kan vokse på de fleste materialer hvor der er fugt til stede. Ca. 17% af den danske befolkning har mug- eller fugtpletter i deres bolig [4]. Et tilsvarende tal fra arbejdsmiljøet er ikke kendt, og der findes ingen grænseværdi for eksponering for svampesporer i arbejdsmiljøet.

Vi har på Arbejdsmiljøinstituttet igennem flere år arbejdet med afgivelse af svampesporer og mikropartikler fra fugtige byggematerialer. Formålet med et af projekterne har været at undersøge om forskellige skimmelsvampe, som vokser på gipsplader og gulvpap, danner mikropartikler, som kan afgives ved påvirkning med en luftstrøm. Formålet var endvidere at karakterisere udvalgte indholdsstoffer i de afgivne mikropartikler. Jeg vil i det efterfølgende beskrive resultaterne fra dette projekt.

Metode til at undersøge afgivelse af mikropartikler

Med et specielt designet kammer, som kaldes en P-FLEC (CHEMATEC) (figur 1) blev frigivelse af mikropartikler fra svampekoloniserede gipsplader og gulvpap undersøgt. P-FLECén placeres på den koloniserede gipsplade eller gulvpap, og partikelfrigivelse eller resuspension af partikler induceres ved at en række dyser blæser på overfladen af et areal på 130 cm2 med en veldefineret luftstrøm. Metoden anvendes i laboratoriet sammen med en APS (Aerodynamic Particle Sizer) og med partikelopsamlere, som opsamler partikler af udvalgte størrelser[6;8]. De opsamlede partikler kan efterfølgende analyseres ved diverse mikrobiologiske metoder.

Figur 1. Geometrisk layout af en P-FLEC. (a) vertikalt tværsnit, (b) horisontalt tværsnit. (Tegning: Gitte Holm)

Hvilke skimmelsvampe afgiver mikropartikler?

Alle de undersøgte kulturer af svampe på gipsplader afgav ved luftpåvirkning partikler med en aerodynamisk diameter mindre end sporestørrelse (figur 2). Udover det antal partikler som er beskrevet i figur 2 afgiver svampekolonierne mange endnu mindre mikropartikler, som har en aerodynamisk diameter mindre end 0,5 mm. F.eks. afgav Chaetomium globosum-kolonien, ca. 2x105 partikler mellem 0,3 µm (nedre målegrænse for APSén) og 0,5 µm ved en påvirkning med en luftstrøm i ét minut[10].

Figur 2. Størrelsesfordeling og antal af partikler frigivet på ét minut fra svampekolonier på fugtige gipsplader ved udsættelse for en luftstrøm med en hastighed på 1,5 m/s.

Da mikropartikler er mindre end svampesporer, forventes det, at de kan trænge længere ned i luftvejene end svampesporer kan. Desuden vil svampemikropartikler lettere end sporer kunne trænge igennem små revner og sprækker i bygninger – og f.eks. ved vækst på bygningskonstruktioner trænge ind i et opholdsrum, hvor folk kan eksponeres for dem.

Hvilke materialer skal skimmelsvampe vokse på for at afgive mikropartikler?

Dannelse og afgivelse af mikropartikler er ikke kun forbundet med svampevækst på gipsplader og gulvpap. Vi har undersøgt to andre vækstmaterialer – appelsin og agarmedier. Svampe, som vokser på agarmedier og appelsin, afgiver også mikropartikler [10]. Derfor er der mulighed for eksponering for mikropartikler i forskellige miljøer.

Hvor mange mikropartikler afgiver forskellige skimmelsvampe?

Det er meget forskelligt hvor mange sporer og mikropartikler forskellige svampekolonier afgiver under identiske vækst forhold (figur 2). F.eks. afgiver svampen Chaetomium globosum flere mikropartikler end sporer, mens andre svampe afgiver flere sporer end mikropartikler. Penicillium chrysogenum afgiver ca. 100 gange flere mikropartikler end svampene  Aspergillus versicolor og Trichoderma harzianum [10].

I hvilke vækststadier afgives mikropartikler?

Alderen på en svampekulturer har betydning for hvor mange mikro-partikler der afgives. Således afgiver de to svampe Penicillium chrysogenum og Trichoderma harzianum, som vi har undersøgt mht. alder, flest mikro-partikler fra ældre kulturer (Fig. 3)[10]. I et andet studie har vi set at en skimmelsvamp afgav op til 100 gange flere sporer fra 41 dage gamle kulturer end fra 30 dage gamle kulturer – selvom der på den 41 dage gamle kultur ikke var dannet flere sporer end på den 30 dage gamle kultur [8]. Således afgiver ældre kulturer en større andel af deres dannede sporer ved luftpåvirkning end yngre kulturer. Om dette også er tilfældet for mikro-partikler, eller om der dannes flere mikro-partikler med koloniens alder ved vi ikke.

Fig. 3 Størrelses fordeling og antal af Trichoderma harzianum partikler frigivet 14, 28 eller 42 dage efter inokulering på gipsplader.

Mikropartikler bliver også afgivet fra mycelium, dvs. før sporulering [10]. Derfor kan eksponering for mikro-partikler forgå før end man med det blotte øje kan se svampevækst på et byggemateriale.

Idet mikro-partikler også afgives fra mycelium kan de ikke udelukkende bestå af dele af sporer. En mulighed er at mikro-partikler afgives under autolyse af svampehyfer og sporer [10]. Et argumenter er at autolyse kan foregå i alle vækststadier, men det foregår oftere i ældre kulturer. Endvidere har vi set at antal frigivne mikro-partikler stiger, hvis man inducerer autolyse i en udvokset svampekultur. En anden mulighed er, at partiklerne er hele fragmenter af hyfer. Fragmenter af hyfer er set ved mikroskopi af luftbåren støv fra inde og ude-klima [7]. Størrelsen af hyfe-fragmenterne angives ikke i dette studie, således er det ikke muligt at vide om disse fragmenter er mikro-partikler. I et andet nyere studie har australske forskere fundet hyfe-fragmenter i luftbårent støv, men disse fragmenter var 5-100 m og kan således ikke være mikro-partikler. I samme studie blev der fundet fragmenter af sporer i indsamlet aerosoler, disse fragmenter var større end 2,5 m. Med den anvendte metode var det dog kun muligt at se partikler i denne størrelse [3], derfor kan det ikke udelukkes at mindre fragmenter også var til stede.

Afgives mikropartikler let?

Mikropartikler fra Trichoderma harzianum og Penicillium chrysogenum på gips-plader afgives i op til 30 gange så højt antal ved første luftpåvirkning (1,5 m/sek.) som ved anden luftpåvirkning. Svampesporer fra samme kolonier blev afgivet i op til 5 gange så mange under første luftpåvirkning som i anden luftpåvirkning[9]. Det tyder derfor på at mikro-partikler let afgives fra disse kolonier på gipsplader, og at der let kan ske en eksponering for partiklerne.

Hvad indeholder svampe mikropartikler?

Vi har målt proteinindholdet i suspensioner af mikropartikler, og vi har fundet et stigende indhold af protein ved stigende indhold af mikropartikler. Vi mener derfor, at mikropartikler indeholder protein. Suspensioner af mikropartikler har en basisk pH. Mikropartikler kan farves med acridine-orange som kan farve RNA og DNA [10]. Indholdet af protein og RNA/DNA er interessant, da allergener er proteiner og da DNA/RNA har en immunologisk effekt [5].

Resumé

De undersøgte svampekulturer frigiver alle ved luftpåvirkning mikro-partikler. Mikropartikler er af speciel interesse i relation til eksponering af luftvejene pga. deres lille aerodynamiske diameter, deres protein, DNA/RNA – indhold, og pga. de let afgives i høje antal fra byggematerialer.

Tak til Arbejdsmiljørådets Service Center for finansiel støtte til eksperimenterne.

Reference List

1. Bornehag CG, Blomquist G, Gyntelberg F et al. Dampness in buildings and health. Nordic interdisciplinary review of the scientific evidence on associations between exposure to ”dampness” in buildings and health effects (NORDDAMP). Indoor Air 2001; 11:72-86.
2. Fung F, Hughson WG. Health effects of indoor fungal bioaerosol exposure. Appl.Occup.Environ Hyg. 2003; 18:535-544.
3. Green BJ, Sercombe JK, Tovey ER. Fungal fragments and undocumented conidia function as new aeroallergen source. J Allergy Clin Immunol. 2005; 115:1043-1048.
4. Gunnarsen L, Keiding L. Omfanget af problemer med mug og fugt i danske hjem. Miljø og Sundhed 2003; 9:8-13.
5. Kaisho t, Akira S. Regulation of dendrtic cell function through Toll-like receptors. Curr Mol Med 2003; 3:373-385.
6. Kildesø, J., Kruse, P., Madsen, A. M., Würtz, H., and Wilkins, K. Fungal spores from wet gypsum boards relationship between release and age of culture.  400-404. 2002. Indoor Air 2002.
7. Li D-W, Kendrick B. A year-round comparison of fungal spores in indoor and outdoor air. Mycologia 1995; 87:190-195.
8. Madsen, A. M., Kruse, P., Kildesø, J., and Wilkins, C. K. Sporefrigivelse fra svampe-koloniserede gipsplader. 1-40. 2004. Denmark, ASC/AMI.
9. Madsen AM, Kruse P, Schneider T. Characterization of microbial particle release from biomass and building material surfaces for inhalation exposure risk assessment. Ann Occup Hyg 2005 (published dec 14 2005) 13pp.
10. Madsen AM, Wilkins CK, Poulsen OM. Micro-particles from fungi.In: Bioaerosols, Fungi, Bacteria, Mycotoxins and Human Health: Patho-physiology, Clinical Effects, Exposure Assessment, Prevention and Control in Indoor Environments and Work ed Eckardt Johanning, New York: 2005 Fungal Research Group Foundation, Inc., Albany, New York, U.S.A., 2005: 276-291.