İçme suyunun kaplarda ve depolarda uzun süre bekletilmesi, yüzeylerde mikroorganizmaların oluşturduğu biyofilm tabakalarının gelişmesine yol açabiliyor. Bilim insanları, bu tabakalara karşı ışıkla etkinleşen moleküller ve nanomalzemeler üzerinde çalışıyor. Umut veren yöntemin yaygın kullanıma geçebilmesi için etkinliğinin ve güvenliğinin gerçek yaşam koşullarında doğrulanması gerekiyor.

Güvenli içme suyuna erişim, insan sağlığının korunmasının temel koşullarından biri. Ancak suyun güvenliği yalnızca kaynağına veya arıtılmasına bağlı değil. Taşınma ve depolanma koşulları da suyun mikrobiyolojik niteliğini etkileyebiliyor.

Evlerde kullanılan kovalar, bidonlar, tanklar ve diğer saklama kapları, uygun koşullar oluştuğunda mikroorganizmaların tutunup çoğalabildiği yüzeylere dönüşebiliyor. Kabın iç yüzeyi ile suyun temas ettiği bölgelerde gelişen, kimi zaman kaygan veya sümüksü bir yapı gösteren bu tabakalara “biyofilm” adı veriliyor.

Güney Afrika Üniversitesi’nden Doç. Dr. Muthumuni Elizabeth Managa ile doktora sonrası araştırmacı Lijo Mona’nın aktardığı çalışmalar, biyofilm oluşumuyla mücadelede ışıkla etkinleşen maddelerin ve nanoteknolojinin sağlayabileceği olanakları ele alıyor. Araştırmacıların değerlendirmesi, belirli bir coğrafyayla sınırlı olmayan su depolama sorununa yeni bir bilimsel yaklaşım sunuyor.

Su güvenliği depolama sırasında da korunmalı

Su kesintileri, altyapı yetersizlikleri, kuraklık ve acil durumlar, dünyanın farklı yerlerinde insanların suyu depolamasını gerekli kılabiliyor. Bununla birlikte, suyun uzun süre saklanması sırasında oluşabilecek mikrobiyal büyüme, güvenli suya erişim sorununa yeni bir boyut ekliyor.

Biyofilmler, mikroorganizmaların yüzeylere tutunarak oluşturduğu topluluklardan meydana geliyor. Mikroorganizmaların ürettiği koruyucu yapı, hem yüzeye bağlanmalarını kolaylaştırıyor hem de dış etkilere karşı dayanıklılıklarını artırabiliyor.

Bu nedenle, biyofilm içindeki mikroorganizmaları etkisiz hâle getirmek, suda serbest bulunan mikroorganizmaları gidermekten daha güç olabiliyor. Klor gibi yaygın dezenfektanların tabakanın içine yeterince nüfuz edememesi, su depolama sistemlerinin temizliğini zorlaştırabiliyor.

Su kaynaklı hastalıklar küresel bir sağlık sorunu

Hastalık yapıcı bakteriler, virüsler ve diğer mikroorganizmalarla kirlenmiş su, kolera, tifo ve çeşitli ishalli hastalıklar gibi enfeksiyonların yayılmasına neden olabiliyor.

Bu hastalıkların etkileri, etken mikroorganizmaya ve kişinin sağlık durumuna göre değişiyor. Ağır sıvı kaybı, uzun süren sindirim sistemi sorunları ve bazı enfeksiyonlarda ciddi organ komplikasyonları ortaya çıkabiliyor.

Özellikle küçük çocuklar, ileri yaştaki kişiler ve bağışıklık sistemi zayıflamış insanlar açısından risk daha yüksek olabiliyor. Bu yüzden güvenli suya erişim, suyun kaynaktan tüketim anına kadar korunmasını gerektiren bir halk sağlığı meselesi olarak değerlendiriliyor.

Işıkla etkinleşen moleküller nasıl çalışıyor?

Araştırmacıların ele aldığı yöntem, “antimikrobiyal fotodinamik inaktivasyon” olarak adlandırılıyor. Yöntem, ışığa duyarlı bir madde, uygun ışık ve oksijenin birlikte kullanılmasıyla mikroorganizmaların etkisiz hâle getirilmesini amaçlıyor.

“Işığa duyarlılaştırıcı” olarak tanımlanabilecek fotosensitizer moleküller, ışığı soğurarak enerji aktarımı gerçekleştiriyor. Bu süreçte, mikroorganizmalara zarar verebilen reaktif oksijen türleri oluşuyor.

Ortaya çıkan bileşikler, bakterilerin hücre zarlarına, proteinlerine ve diğer yaşamsal yapılarına zarar verebiliyor. Böylece mikroorganizmaların canlılığını sürdürmesi ve çoğalması engellenebiliyor.

Yöntemin su depolama sistemlerindeki biyofilmlere karşı kullanılması ise hâlen araştırılan bir uygulama alanı. Kaynak derleme, mevcut bulguları potansiyel bir alternatif olarak değerlendiriyor ve gerçek yaşam uygulamaları için daha fazla çalışma gerektiğini belirtiyor.

Nanoparçacıklar yöntemin etkisini artırabilir

Nanoparçacıklar, nanometre ölçeğinde boyutlara sahip çok küçük malzemeler. Bir nanometre, metrenin milyarda birine karşılık geliyor.

Araştırmalarda kullanılan nanomalzemeler, metallerden, metal bileşiklerinden veya farklı malzeme türlerinden üretilebiliyor. Bazıları doğrudan ışığa tepki verirken bazıları ışıkla etkinleşen organik moleküllerle birleştiriliyor.

Bu malzemelerin uygun ışık koşullarındaki etkileşimleri, hidrojen peroksit ve oksijen radikalleri gibi reaktif türlerin oluşmasını sağlayabiliyor. Nanoparçacıkların ışığa duyarlı moleküllerle bir araya getirilmesi de bazı sistemlerde bu üretimi artırarak antimikrobiyal etkiyi güçlendirebiliyor.

Hedef, depolanan suda mikroorganizmaların çoğalmasını ve kap yüzeylerinde biyofilm gelişmesini sınırlandırabilecek sistemler oluşturmak.

Her mikroorganizma aynı şekilde etkilenmiyor

Yöntemin başarısı, kullanılan molekülün yapısı kadar hedef mikroorganizmanın özelliklerine de bağlı.

Bazı bakterilerin yüzeyleri, pozitif yüklü ışığa duyarlı moleküllerin bağlanmasını kolaylaştırabiliyor. Molekülün bakteriye yakın konumlanması, ışık ve oksijenle oluşan reaktif bileşiklerin hücre üzerinde daha etkili olmasını sağlayabiliyor.

Araştırmacılar, ışığa duyarlı moleküllerin kimyasal yapısını değiştirerek, belirli metal veya elementleri yapıya ekleyerek ve bu molekülleri nanomalzemelerle birleştirerek performansı artırmanın yollarını inceliyor.

Ancak bir mikroorganizma üzerinde elde edilen başarı, bütün hastalık etkenlerine karşı aynı sonucun alınacağı anlamına gelmiyor. Daha dayanıklı bakteriler ve farklı biyofilm yapıları için yöntemin ayrıca değerlendirilmesi gerekiyor.

Güneş ışığının katkısı kontrollü koşullara bağlı

Güneş ışığından yararlanma olasılığı, yöntemin dikkat çeken yönlerinden biri. Uygun malzemelerin kullanıldığı sistemlerde güneş ışığı, mikroorganizmaları etkisiz hâle getiren kimyasal süreçleri başlatabilecek bir enerji kaynağı olarak değerlendiriliyor.

Bununla birlikte, anlatılan yaklaşım yalnızca su dolu bir kabın güneşe bırakılmasına dayanmıyor. Işığa duyarlı malzemenin özellikleri, ışığın şiddeti, uygulama süresi ve suyun niteliği birlikte önem taşıyor.

Dolayısıyla araştırma bulguları, herhangi bir kapta bekletilen suyun güneşe çıkarıldığında kendiliğinden güvenli içme suyuna dönüşeceği anlamına gelmiyor.

Mikroorganizmalar giderilirken suya zararlı madde geçmemeli

Yeni yöntemin geliştirilmesinde temel sorulardan biri de kullanılan malzemelerin güvenliği.

Mikroorganizmaları etkisiz hâle getiren bir uygulamanın, suya toksik metal veya başka zararlı maddeler bırakmaması gerekiyor. Bu nedenle malzemelerin suyla temas sırasındaki davranışı, dayanıklılığı ve kullanım sonrasında ortaya çıkabilecek kalıntılar araştırmanın önemli başlıkları arasında bulunuyor.

Güvenli bir sistem geliştirmek için antimikrobiyal etkinliğin yanı sıra insan sağlığına ve çevreye etkilerin de değerlendirilmesi gerekiyor.

Laboratuvar bulgularının sahada doğrulanması gerekiyor

Işıkla etkinleşen moleküllerin ve nanomalzemelerin biyofilmlere karşı kullanılması umut verici sonuçlar sunsa da yöntemin günlük yaşamda yaygın kullanımına geçilmesi için aşılması gereken bilimsel ve teknik sorunlar bulunuyor.

Laboratuvar çalışmalarının daha büyük ölçeklere taşınması; farklı su kaynakları, depolama kapları ve kullanım koşullarında saha denemelerinin yapılması gerekiyor.

Araştırmacıların önündeki hedef, yeterli miktarda reaktif oksijen türü üreten, farklı hastalık etkenlerine karşı etkili olan ve suya zararlı kalıntı bırakmayan sistemler geliştirmek.

Güvenli, erişilebilir ve sürdürülebilir çözümler ortaya konulabilirse nanoteknoloji, su depolama sırasında gelişen mikrobiyal risklerin azaltılmasına katkı sağlayabilir. Bunun için umut veren laboratuvar sonuçlarının gerçek yaşam koşullarında da doğrulanması gerekiyor.