Studientyp: Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Pulsed electric fields cause bacterial envelopes permeabilization depending on the treatment intensity, the treatment medium pH and the microorganism investigated. med./bio.

[Gepulste elektrische Felder verursachen eine Permeabilisierung der Bakterien-Hülle, die von der Behandlungsstärke, dem pH-Wert des Nährmediums und dem untersuchten Mikroorganismus abhängig ist].

Veröffentlicht in: Int J Food Microbiol 2007; 113 (2): 219-227

Ziel der Studie (lt. Autor)

Diese Studie wurde durchgeführt, um die Wirkungen eines gepulsten elektrischen Feldes auf die Membran-Permeabilisierung bei zwei grampositiven und zwei gramnegativen Bakterien-Stämmen zu untersuchen und um ein Verständis über den Mechanismus der Inaktivierung von Bakterien durch gepulste elektrische Felder zu erhalten.

Hintergrund/weitere Details

Die Experimente wurden mit verschiedenen elektrischen Feldstärken, Expositions-Zeiten und pH-Werten (pH 4.0 und 7.0) des Nährmediums ausgeführt. Außerdem wurden sowohl grampositive als auch gramnegative Bakterien untersucht, um mögliche unterschiedliche Reaktionen unter Exposition bei gepulsten elektrischen Feldern aufgrund ihrer unterschiedlichen Zellmembran-Eigenschaften aufzudecken.
Die Aufnahme des fluoreszierenden Farbstoffes Propidiumiodid in die Zelle wurde gemessen, da es einen sensitiven Marker der Intaktheit der Zellmembran darstellt. Das Auftreten des Farbstoffes in der Zelle zeigt den Verlust der Membran-Intaktheit an. Die Propidiumiodid-Aufnahme wurde vor und nach der gepulsten elektrischen Feld-Exposition gemessen, um die Zellmembran-Permeabilisierung in ihrer Reversibilität zu beschreiben.

Endpunkt

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

Exposition Parameter
Exposition 1: 1 Hz
Modulationsart: gepulst
Expositionsdauer: im Artikel nicht angegeben
Exposition 2: 2 Hz
Modulationsart: gepulst
Expositionsdauer: im Artikel nicht angegeben
Exposition 3:
Modulationsart: einzelner Puls
Expositionsdauer: Einzelpuls von 50 µs
Exposition 4:
Modulationsart: einzelner Puls
Expositionsdauer: Einzelpulse mit 12,5 - 100 µs Länge
Exposition 5:
Modulationsart: einzelner Puls
Expositionsdauer: Einzelpulse mit 10 - 400 µs

Allgemeine Informationen

cells were stained with PI a) before exposure b) after exposure

Exposition 1

Hauptcharakteristika
Frequenz 1 Hz
Typ
Signalform
Expositionsdauer im Artikel nicht angegeben
Modulation
Modulationsart gepulst
Pulsbreite 2 µs
Folgefrequenz 1 Hz
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
  • discharging of 2 µF capacitor
Aufbau cylindrical plastic tube with two polished stainless steel electrodes - 0.25 cm apart and with an area of 2.01 cm² - was used as chamber
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
elektrische Feldstärke 25 kV/cm - gemessen - -

Exposition 2

Hauptcharakteristika
Frequenz 2 Hz
Typ
Signalform
Expositionsdauer im Artikel nicht angegeben
Modulation
Modulationsart gepulst
Pulsbreite 2 µs
Folgefrequenz 2 Hz
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
elektrische Feldstärke 12 kV/cm - gemessen - -
elektrische Feldstärke 19 kV/cm - gemessen - -

Exposition 3

Hauptcharakteristika
Frequenz
Typ
Signalform
Expositionsdauer Einzelpuls von 50 µs
Modulation
Modulationsart einzelner Puls
Pulsbreite 50 µs
Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
elektrische Feldstärke 10 kV/cm Minimum gemessen - -
elektrische Feldstärke 25 kV/cm Maximum gemessen - -

Exposition 4

Hauptcharakteristika
Frequenz
Typ
Signalform
Expositionsdauer Einzelpulse mit 12,5 - 100 µs Länge
Modulation
Modulationsart einzelner Puls
Pulsbreite 12,5 µs
Zusatzinfo

pulse width: 12.5 - 100 µs

Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
elektrische Feldstärke 19 kV/cm - gemessen - -

Exposition 5

Hauptcharakteristika
Frequenz
Typ
Signalform
Expositionsdauer Einzelpulse mit 10 - 400 µs
Modulation
Modulationsart einzelner Puls
Pulsbreite 10 µs
Zusatzinfo

pulse width: 10 - 400 µs

Expositionsaufbau
Expositionsquelle
Parameter
Messgröße Wert Typ Methode Masse Bemerkungen
elektrische Feldstärke 25 kV/cm Maximum gemessen - -

Referenzartikel

Exponiertes System:

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

Untersuchtes System:
Untersuchungszeitpunkt:
  • nach der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

Untersuchungen bei einem pH-Wert von 7.0 zeigten bei allen Bakterien-Stämmen eine positive Korrelation zwischen der Membran-Permeabilisierung, der Expositions-Zeit und der angewandten elektrischen Feldstärke. Bei den gramnegativen Bakterien starben alle permeabilisierten Zellen (sowohl die reversibel als auch die permanent permeabilisierten Zellen). Bei den grampositiven Bakterien starben nur solche mit permanenter Membran-Permeabilisierung. Die Membran-Permeabilisierung war bei allen Bakterien teilweise reversibel.
Untersuchungen bei einem pH-Wert von 4.0 zeigten bei Listeria monocytogenes, dass ein Verlust der Lebensfähigkeit mit einem permanenten Verlust der Zellmembran-Intaktheit einhergingen. Bei Lactobacillus plantarum allerdings war der Grad der Permeabilisierung höher als der Anteil an inaktivierten Zellen und bei den gramnegativen Bakterien war die Permeabilisierung viel geringer als der Anteil an inaktivierten Zellen. Bei allen Bakterien-Stämmen war die Permeabilisierung permanent.
Diese Ergebnisse bestätigen, dass die Membran-Permeabilisierung bei der Inaktivierung von Bakterien unter gepulsten elektrischen Feldern beteiligt ist. Die Art der Membran-Schädigung und ihre Beziehung zum Zelltod aber hängt von der Bakterien-Art und dem pH-Wert des Nährmediums ab.

Studienmerkmale:

Studie gefördert durch

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