Deze bacteriën zijn de bewakers van onze gezondheid

In laboratoria en farmaceutische fabrieken is hitte vaak de vijand. Veel geneesmiddelen zijn te kwetsbaar om hoge temperaturen te weerstaan. Traditionele sterilisatiemethoden, die meestal op warmte berusten, zouden net de moleculen vernietigen die ons moeten beschermen. Om dit te voorkomen, maken fabrikanten gebruik van filtratie als alternatief, waarbij ultrafijne membraanfilters worden gebruikt om microben fysiek te verwijderen zonder het product te veranderen.

Maar een filter is uiteindelijk slechts een geavanceerde zeef. Hoe weten we zeker dat de poriën echt klein genoeg zijn om schadelijke micro-organismen tegen te houden?

Het antwoord is verrassend biologisch: we testen de filter met een bacterie die speciaal is uitgekozen vanwege haar vermogen om door de allerkleinste openingen te glippen. Die kampioen is Brevundimonas diminuta, een micro-organisme dat zo klein is dat het de gouden standaard is geworden voor het valideren van sterilisatie filters. Met een gemiddelde breedte van slechts 0,3 micrometer (µm) bevindt ze zich op de limiet van wat fysisch tegen te houden is.

Groei van B. diminuta op voedingsagar na 48 uur kweek bij 37 °C. Deze felrode cirkel toont miljoenen Brevundimonas diminuta die samen groeien op een speciale agarplaat. Wetenschappers gebruiken deze schalen in laboratoria om de minuscule microben een veilige plek te bieden waar ze kunnen eten en zich kunnen vermenigvuldigen, zodat ze ze gemakkelijk kunnen bestuderen.

Microscopische opname van de bacterie Brevundimonas diminuta, die 48 uur bij 37 °C is gekweekt. Dit is een opname met een zeer krachtige microscoop, waarop slechts één enkele cel van Brevundimonas diminuta te zien is, duizenden keren ingezoomd.

Om je een beeld te geven van die schaal: verdeel een millimeter in duizend delen; elk deel is één micrometer, en B. diminuta is nog eens drie keer kleiner. Deze bacterie komt voor in vochtige omgevingen, zoals mariene sedimenten, en wordt ook aangetroffen in ziekenhuisfaciliteiten.

Gigantisch leger

De ASTM F838-norm is de belangrijkste referentie voor het certificeren van sterilisatiefilters. Kort gezegd bepaalt deze norm of een filter bacteriën volledig kan tegenhouden en zo de veiligheid van een product garandeert. Om aan deze norm te voldoen, wordt B. diminuta opgekweekt tot een extreem hoge concentratie van ongeveer 10 miljoen cellen per milliliter. Zie het als een gigantisch leger dat paraat staat om slechts één  cm² membraan van de filter aan te vallen. Dit vormt een microbiële “stresstest”.

De meeste steriliserende filters hebben een nominale poriegrootte van 0,22 µm. Op het eerste gezicht lijkt de wiskunde eenvoudig: een bacterie van 0,3 µm zou niet door een porie van 0,22 µm moeten kunnen. In werkelijkheid is microbiologie minder zwart-wit. Een bacterie is immers een levend, flexibel organisme dat onder druk enigszins kan vervormen en zich dus alsnog door de filter kan wurmen. Bovendien is de grootte van 0,3 µm een gemiddelde, aangezien morfologische variatie onvermijdelijk is in een populatie van enkele miljarden individuen.

Als een filter B. diminuta, het biologische worst case scenario, betrouwbaar tegenhoudt, is het statistisch vrijwel zeker dat grotere micro-organismen worden tegengehouden.

Nadat de bacteriesuspensie door de filter is gegaan, wordt het filtraat geanalyseerd. Dit wordt op een voedingsmedium geplaatst en enkele dagen geïncubeerd. Verschijnen er geen kolonies, dan is de filter geslaagd voor de test.

Deze rigoureuze methode reikt veel verder dan de farmaceutische wereld. Ze wordt toegepast bij de productie van heldere dranken, in de biotechnologie en zelfs bij de verwerking van monsters van ruimtemissies. Membraanfiltratie vormt dus een onzichtbare maar essentiële barrière in tal van technologieën. Door levende organismen te gebruiken om apparatuur te testen, tonen microbiologen aan dat net de kleinste levensvormen een cruciale rol spelen in kwaliteitscontrole.