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.
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.
| Exposition | Parameter |
|---|---|
|
Exposition 1:
1 Hz
Modulationsart:
gepulst
Expositionsdauer:
im Artikel nicht angegeben
|
|
|
Exposition 2:
2 Hz
Modulationsart:
gepulst
Expositionsdauer:
im Artikel nicht angegeben
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Exposition 3:
Modulationsart:
einzelner Puls
Expositionsdauer:
Einzelpuls von 50 µs
|
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Exposition 4:
Modulationsart:
einzelner Puls
Expositionsdauer:
Einzelpulse mit 12,5 - 100 µs Länge
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Exposition 5:
Modulationsart:
einzelner Puls
Expositionsdauer:
Einzelpulse mit 10 - 400 µs
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cells were stained with PI a) before exposure b) after exposure
| Frequenz | 1 Hz |
|---|---|
| Typ | |
| Signalform | |
| Expositionsdauer | im Artikel nicht angegeben |
| Modulationsart | gepulst |
|---|---|
| Pulsbreite | 2 µs |
| Folgefrequenz | 1 Hz |
| Expositionsquelle |
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|---|---|
| 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 |
| Messgröße | Wert | Typ | Methode | Masse | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| elektrische Feldstärke | 25 kV/cm | - | gemessen | - | - |
| Frequenz | 2 Hz |
|---|---|
| Typ | |
| Signalform | |
| Expositionsdauer | im Artikel nicht angegeben |
| Modulationsart | gepulst |
|---|---|
| Pulsbreite | 2 µs |
| Folgefrequenz | 2 Hz |
| Expositionsquelle |
|
|---|
| Messgröße | Wert | Typ | Methode | Masse | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| elektrische Feldstärke | 12 kV/cm | - | gemessen | - | - |
| elektrische Feldstärke | 19 kV/cm | - | gemessen | - | - |
| Frequenz | |
|---|---|
| Typ | |
| Signalform |
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| Expositionsdauer | Einzelpuls von 50 µs |
| Modulationsart | einzelner Puls |
|---|---|
| Pulsbreite | 50 µs |
| Expositionsquelle |
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|---|
| Messgröße | Wert | Typ | Methode | Masse | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| elektrische Feldstärke | 10 kV/cm | Minimum | gemessen | - | - |
| elektrische Feldstärke | 25 kV/cm | Maximum | gemessen | - | - |
| Frequenz | |
|---|---|
| Typ | |
| Signalform |
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| Expositionsdauer | Einzelpulse mit 12,5 - 100 µs Länge |
| Expositionsquelle |
|
|---|
| Messgröße | Wert | Typ | Methode | Masse | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| elektrische Feldstärke | 19 kV/cm | - | gemessen | - | - |
| Frequenz | |
|---|---|
| Typ | |
| Signalform |
|
| Expositionsdauer | Einzelpulse mit 10 - 400 µs |
| Expositionsquelle |
|
|---|
| Messgröße | Wert | Typ | Methode | Masse | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| elektrische Feldstärke | 25 kV/cm | Maximum | gemessen | - | - |
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.
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