Das Risiko Biofilm

Aufgrund der hohen mikrobiologischen Anforderungen an Wasser zum pharmazeutischen Gebrauch und der hohen Risiken, die mit einer mikrobiellen Verunreinigung des Wassers verbunden sind, werden in der pharmazeutischen Industrie enorme Anstrengungen unternommen, ein Keimwachstum in den Wassersystemen zu verhindern. Diese Systeme bestehen in der Regel aus der Wasseraufbereitung sowie aus dem Lager- und Verteilsystem.

Hierbei werden die Gefahren durch Biofilme häufig unterschätzt. So sind Sanitisierungsmaßnahmen häufig auf einzeln vorliegende (aquatische) Bakterien ausgerichtet. Diese kommen in den hochreinen und damit nährstoffarmen Wässern der pharmazeutischen Industrie, aber nur in äußerst geringem Umfang vor. Die aus dem Speisewasser in geringer Konzentration stammenden Nährstoffe lagern sich aus energetischen Gründen an den inneren Oberflächen z.B. von Rohrleitungen an. Dies ist auch die Angriffsstelle für Bakterien, die sich dort festsetzen und vermehren können. Begünstigend kommt hinzu, dass die Strömungsgeschwindigkeit an den Oberflächen der Rohrleitungen gering ist, in laminaren Strömungen gar gegen null tendiert und daher aufgrund fehlender mechanischer Einwirkung nicht mit einem Abschwämmen der Bakterien zu rechnen ist. Im sich bildenden Biofilm verhalten sich die Keime anders als im freien Zustand. So kommt es zur Bildung von Polysaccharid-haltigen Schichten, welche als Schutz über den Bakterien des Biofilms liegen. Innerhalb dieser Schutzschicht zeichnen sich die Keime durch eine sehr viel höhere Toleranz gegenüber Hitze, Desinfektionsmitteln und Austrocknung als im freien Zustand aus. Dies ist der Grund, warum Bakterien in Biofilmen Sanitisierungsmaßnahmen überleben können. Selbst wenn sämtliche Zellen innerhalb des Films abgetötet werden, bietet der an der Oberfläche verbleibende Zell-Polysaccharid-Verbund einen idealen Nährboden für weitere Bakterien, die vereinzelt aus dem Speisewasser in das Wassersystem eintreten. Sowohl lebende als auch abgestorbene Biofilme stellen eine Gefahr für das pharmazeutische Endprodukt dar. Einerseits lösen sich immer wieder lebende Bakterien oder Teile des Biofilmverbundes ab und sind somit eine mikrobiologische Kontaminationsquelle für andere Teile des System, andererseits stellen auch abgetötete Biofilmfragmente eine Kontaminationsquelle von Endotoxinen dar.

Der Kampf gegen Biofilme ist und bleibt daher eine Herausforderung für die pharmazeutische Industrie. Wichtig ist, die für die Wasseranlage geeigneten Maßnahmen (Biofilmmanagement) zu definieren und konsequent umzusetzen, wie z.B. Heißlagerung, Sanitisierung mit Dampf oder Ozon. Schon in der Planungsphase muss daher durch ein geeignetes Design des Systems einer Biofilmbildung entgegen gewirkt werden, z.B. durch Vermeidung von dead-legs oder nicht-entleerbaren Tiefpunkten. Ebenso wichtig wie das Design ist aber auch der Betrieb der Anlage. Stillstandszeiten sind immer ein erhöhtes Risiko für ein mikrobielles Wachstum. Schon ein unkontrolliertes Wochenende kann zu einer erheblichen Verkeimung führen. "Keep the system running" ist daher der beste Schutz eines gut designten Wassersystems.