Schimmelmessmethoden im Stresstest

 

Schimmelbefall in Innenräumen kann laut WHO für die Bewohnerinnen und Bewohner das Risiko für Atemwegserkrankungen, Allergien und Asthma erhöhen [1]. Ausgelöst werden diese Beschwerden durch erhöhte Konzentrationen von Schimmelsporen in der Innenraumluft, die von Pilzkolonien auf feuchten Wänden oder anderen Oberflächen an die Umgebung abgegeben werden.

Oftmals ist der Befall sichtbar, womit im Normalfall keinerlei weitere Messungen notwendig sind, und direkt weitere Maßnahmen – abhängig von den Ausmaßen des Befalls – zur Behebung des Schadens ergriffen werden können. Es gibt jedoch immer wieder Fälle, wo keinerlei Schimmel sichtbar ist, es aber möglicherweise Hinweise auf einen versteckten Befall gibt. Manchmal klagen Personen über Symptome wie Hustenreiz beim Betreten gewisser Räume. Diesen Beschwerden muss auf jeden Fall nachgegangen werden. Nach einer Sanierung eines augenscheinlichen Befalls kann es ebenfalls sinnvoll sein, zu untersuchen ob auch wirklich jedweder Schaden behoben wurde, oder ob versteckte Stellen wie hinter Verbauungen, in schwer zugänglichen Zwischenräumen oder in Bodenaufbauten übersehen wurden.

Zur Messung von Schimmelsporen gibt es eine Reihe von verschiedenen Verfahren, wobei generell zwischen den Methoden zur Sammlung – also der Probenahme – und den Methoden zum Nachweis unterschieden werden muss. Im Folgenden sind die gängigsten Methoden mit ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen aufgelistet.

 

Die Probenahme

Luftgetragene Schimmelsporen können passiv durch Sedimentation auf einen geeigneten Träger, z.B. direkt auf ein Nährmedium oder auf einen "Staubfänger" [2] gesammelt werden. Dieses Verfahren ist sehr einfach und bedarf keiner spezieller Geräte zur aktiven Probenahme (siehe unten). Mit einer guten Gebrauchsanleitung kann die Probenahme somit auch von Laien durchgeführt werden. In verschiedenen Studien konnte gezeigt werden, dass Sedimentationsplatten sehr gut geeignet sind, Konzentrationen von luftgetragenen Sporen über einen weiten Bereich zu bestimmen [3, 4]. Ebenso konnten gute Übereinstimmungen zwischen passiven und aktiven Sammelmethoden sowohl in der Außenluft als auch in der Innenraumluft gefunden werden [5]. Sedimentationsplatten sind somit gut geeignet, um einfach und günstig eine schnelle Abschätzung der Belastungssituation zu bekommen, auch wenn es nicht möglich ist, Konzentrationen in Sporen pro m³ Luftvolumen zu berechnen. Es mag ratsam sein, bei einer Bestätigung des ursprünglichen Verdachtes durch Sedimentationsplatten, weiterführende Messungen sowie eine Ortsbegehung durch Fachpersonal durchführen zu lassen, bevor mit umfassenden Sanierungsarbeiten begonnen wird.

Zur aktive Probenahme bedarf es geeigneter Luftkeimsammler, die genau definierte Luftvolumen einsaugen [6]. Damit kann die gemessene Sporenzahl einem Luftvolumen zugeordnet werden, und es können Konzentrationen in Sporen pro m³ berechnet werden. Sporen können dann u.a. durch Impaktion aus dem Luftstrom abgeschieden werden. Auch hier ist es möglich, die Sporen direkt auf einem geeigneten Nährmedium für die weitere Analyse abzuscheiden. Die Geräte verschiedener namhafter Hersteller sind gut vergleichbar, und die Biologischen Sammeleffizienzen sind für verschiedene Arten weitverbreiteter Innenraumpilze ähnlich gut [7].

Andere aktive Luftkeimsammler nutzen das Prinzip der Abscheidung aus einem Zyklon, das heißt aus einem Luftwirbel. Die Sporen werden in einer geeigneten Pufferflüssigkeit gesammelt, die dann für die weiteren Analysen verwendet werden kann.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Filtration: Ein genau definierter Luftstrom wird durch einen Filter gesaugt, auf dem Partikel aller Art – auch Schimmelsporen – hängen bleiben. Eine Miniaturisierung dieser Technik erlaubte die Entwicklung von personengetragenen Einheiten, wo z.B. die direkte Exposition von ArbeitnehmerInnen im Laufe eines Arbeitstages gemessen werden kann. Der Volumenstrom dieser personengetragenen Einheiten entspricht dem durchschnittlichen Atemvolumen. Daneben wurde kürzlich auch eine vereinfachte Version mit einem speziellen Filteraufsatz für Staubsauger entwickelt [8]. Damit ist auch eine Filter-basierte Luftkeimsammlung für Laien möglich. Die biologischen Sammeleffizienzen waren durchaus mit denen eines Impaktors vergleichbar [8].

 

Die Analyse

Ähnlich wie bei der Probenahme gibt es auch bei der Analyse mehrere Möglichkeiten, wobei Probenahme und Analyse in weiten Bereichen frei kombinierbar sind.

Schimmelsporen sind gut mit dem Mikroskop erkennbar. Dabei spielt es keinerlei Rolle, ob die Sporen noch keimfähig sind, oder nicht mehr. Mikroskopische Methoden erfassen also die Gesamtkeimzahl. Da es für allergische Reaktionen nicht unbedingt relevant ist, dass die Sporen keimfähig sind, kann die Gesamtkeimzahl ein guter Hinweis auf eine Risikosituation sein. Zur Sammlung wird meist ein Impaktor verwendet, bei dem die Sporen direkt auf einen Objektträger für das Mikroskop abgeschieden werden. Bei hoher Staubbelastung, wie z.B. auf Baustellen, kann es jedoch schwierig sein, die Sporen vor dem Hintergrund anderer Staubpartikel auszählen zu können. Ebenso ist eine Differenzierung von verschiedenen Arten von Schimmelpilzen beinahe unmöglich, wobei bestimmte Gruppen – z.B. Vertreter der Gattung Alternaria – sehr gut an ihren charakteristischen Sporenformen erkannt werden können.

Am weitesten verbreitet sind Verfahren der Mikrobiologie. Auf einem geeigneten Nährmedium können Sporen auskeimen und Pilzkolonien bilden. Damit werden im Gegensatz zu mikroskopischen Methoden keine Gesamtkeimzahlen erfasst, sondern eben nur der Anteil der keimfähigen Sporen – wobei dies zu einem gewissen Teil auch vom verwendeten Nährmedium abhängig ist. Es wird also nur ein gewisser Anteil der in der Luft vorhandenen Sporen erfasst. Über die Pilzkolonien können je nach betriebenem Aufwand die Schimmelpilze bis zur Art identifiziert werden. Mikrobiologische Analysen in Verbindung mit allen gängigen aktiven und passiven Probenahmes gehören zu den am weitesten verbreiteten Methoden in der Innenraumanalytik.

Speziell für größer angelegte Studien und Forschungsprojekte wird heutzutage auch gerne auf Methoden aus der Molekularbiologie zurückgegriffen [9, 10]. Über qPCR können Pilze quantifiziert werden [11], während über die Hochdurchsatzsequenzierung alle Pilze in einer Probe identifiziert werden können – unabhängig davon ob die Sporen noch lebens- bzw. keimfähig sind, und ob sie nur auf ganz bestimmten Nährmedien auskeimen. Diese Untersuchungen haben in den letzten Jahrzehnten viele interessante Ergebnisse zu Schimmelsporen in der Luft hervorgebracht. In der Routineanalytik im Innenraumbereich kommen molekulare Methoden hauptsächlich bei der Identifizierung von einzelnen Isolaten zupass.

Da Schimmelsporen vor allem im Zusammenhang mit Allergien von Bedeutung sind, wurden auch Methoden zum direkten Allergennachweis entwickelt. Auch diese Methoden sind unabhängig davon ob die Sporen keimfähig sind. Der Allergennachweis kommt zur Zeit vor allem bei der Evaluierung der Sporenbelastung an Arbeitsplätzen zur Minimierung der Risiken für ArbeitnehmerInnen zum Einsatz.

Zuguterletzt wird auch an der Entwicklung von bildgebenden Verfahren zur Echtzeitmessung gearbeitet, um an Ort und Stelle Daten zur Menge und zu den Arten der Schimmelsporen in der Luft erhalten zu können [12].

 

Literatur

1. Heseltine E, Rosen J (2009) WHO Guidelines for Indoor Air Quality: Dampness and Mould. WHO Regional Office Europe, Copenhagen, Denmark
2. Adams RI, Tian Y, Taylor JW, Bruns TD, Hyvärinen A, Täubel M (2015) Passive dust collectors for assessing airborne microbial material. Microbiome 3: 46. doi: 10.1186/s40168-015-0112-7
3. Haas D, Galler H, Fritz C, Hasler C, Habib J, Reinthaler FF (2017) Comparative study of impaction and sedimentation in an aerosol chamber using defined fungal spore and bacterial concentrations. PLoS ONE 12: e0187039. doi: 10.1371/journal.pone.0187039
4. Pasquarella C, Pitzurra O, Savino A (2000) The index of microbial air contamination. J Hosp Infect 46: 241-256. doi: 10.1053/jhin.2000.0820
5. Minahan NT, Chen C-H, Chuang Y-C, Tsai K-H, Shen W-C, Guo YL (2024) Fungal spore richness and abundance of allergenic taxa: comparing a portable impactor and passive trap indoors and outdoors in an urban setting. Microb Ecol 87: 45. doi: 10.1007/s00248-024-02358-3
6. Méheust D, Le Cann P, Reboux G, Millon L, Gangneux JP (2014) Indoor fungal contamination: health risks and measurement methods in hospitals, homes and workplaces. Crit Rev Microbiol 40: 248-260. doi: 10.3109/1040841x.2013.777687
7. Pogner C, Konlechner A, Unterwurzacher V, Kolk A, Hinker M, Mölter L, Strauss J, Gorfer M, Strauss-Goller S (2019) A novel laminar-flow-based bioaerosol test system to determine biological sampling efficiencies of bioaerosol samplers. Aerosol Sci Tech 53: 355-370. doi: 10.1080/02786826.2018.1562151
8. Unterwurzacher V, Bruck S, Biedermann M, Pogner C, Konlechner A, Tondl G, Berger H, Pfeifer C, Strauss J, Gorfer M, Strauss-Goller S (2021) Development and validation of a simple bioaerosol collection filter system using a conventional vacuum cleaner for sampling. Aerosol Science and Engineering 5: 404–418. doi: 10.1007/s41810-021-00110-9
9. Pogner CE, Antunes C, Apangu GP, Bruffaerts N, Celenk S, Cristofori A, González Roldán N, Grinn-Gofroń A, Lara B, Lika M, Magyar D, Martinez-Bracero M, Muggia L, Muyshondt B, O'Connor D, Pallavicini A, Marchã Penha MA, Pérez-Badia R, Ribeiro H, Rodrigues Costa A, Tischner Z, Xhetani M, Ambelas Skjøth C (2024) Airborne DNA: State of the art - Established methods and missing pieces in the molecular genetic detection of airborne microorganisms, viruses and plant particles.
10. Gorfer M, Schüller E, Strauss J (2013) Beurteilung, Messmethoden, Identifizierung: Molekularbiologische Methoden. In: Hinker, M, Seibert, M (eds.) Pilze in Innenräumen und am Arbeitsplatz.
11. Unterwurzacher V, Pogner C, Berger H, Strauss J, Strauss-Goller S, Gorfer M (2018) Validation of a quantitative PCR based detection system for indoor mold exposure assessment in bioaerosols. Environ Sci Process Impacts 20: 1454-1468. doi: 10.1039/c8em00253c
12. Pogner C-E, Graf E, Niederberger E, Gorfer M (2024) What do spore particles look like - use of real-time measurements and holography imaging to view spore particles from four bioaerosol generators.

 

Literatur (Original – Verlinkt mit Endnote falls Aktualisierungen gemacht werden, sonst gleich wie oben)

1. Heseltine E, Rosen J (2009) WHO Guidelines for Indoor Air Quality: Dampness and Mould. WHO Regional Office Europe, Copenhagen, Denmark
2. Adams RI, Tian Y, Taylor JW, Bruns TD, Hyvärinen A, Täubel M (2015) Passive dust collectors for assessing airborne microbial material. Microbiome 3: 46. doi: 10.1186/s40168-015-0112-7
3. Haas D, Galler H, Fritz C, Hasler C, Habib J, Reinthaler FF (2017) Comparative study of impaction and sedimentation in an aerosol chamber using defined fungal spore and bacterial concentrations. PLoS ONE 12: e0187039. doi: 10.1371/journal.pone.0187039
4. Pasquarella C, Pitzurra O, Savino A (2000) The index of microbial air contamination. J Hosp Infect 46: 241-256. doi: 10.1053/jhin.2000.0820
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6. Méheust D, Le Cann P, Reboux G, Millon L, Gangneux JP (2014) Indoor fungal contamination: health risks and measurement methods in hospitals, homes and workplaces. Crit Rev Microbiol 40: 248-260. doi: 10.3109/1040841x.2013.777687
7. Pogner C, Konlechner A, Unterwurzacher V, Kolk A, Hinker M, Mölter L, Strauss J, Gorfer M, Strauss-Goller S (2019) A novel laminar-flow-based bioaerosol test system to determine biological sampling efficiencies of bioaerosol samplers. Aerosol Sci Tech 53: 355-370. doi: 10.1080/02786826.2018.1562151
8. Unterwurzacher V, Bruck S, Biedermann M, Pogner C, Konlechner A, Tondl G, Berger H, Pfeifer C, Strauss J, Gorfer M, Strauss-Goller S (2021) Development and validation of a simple bioaerosol collection filter system using a conventional vacuum cleaner for sampling. Aerosol Science and Engineering 5: 404–418. doi: 10.1007/s41810-021-00110-9
9. Pogner CE, Antunes C, Apangu GP, Bruffaerts N, Celenk S, Cristofori A, González Roldán N, Grinn-Gofroń A, Lara B, Lika M, Magyar D, Martinez-Bracero M, Muggia L, Muyshondt B, O'Connor D, Pallavicini A, Marchã Penha MA, Pérez-Badia R, Ribeiro H, Rodrigues Costa A, Tischner Z, Xhetani M, Ambelas Skjøth C (2024) Airborne DNA: State of the art - Established methods and missing pieces in the molecular genetic detection of airborne microorganisms, viruses and plant particles. Sci Total Environ 957: 177439. doi: 10.1016/j.scitotenv.2024.177439
10. Gorfer M, Schüller E, Strauss J (2013) Beurteilung, Messmethoden, Identifizierung: Molekularbiologische Methoden. In: Hinker, M, Seibert, M (eds.) Pilze in Innenräumen und am Arbeitsplatz. Spriner, Vienna, pp. 220-232
11. Unterwurzacher V, Pogner C, Berger H, Strauss J, Strauss-Goller S, Gorfer M (2018) Validation of a quantitative PCR based detection system for indoor mold exposure assessment in bioaerosols. Environ Sci Process Impacts 20: 1454-1468. doi: 10.1039/c8em00253c
12. Pogner CE, Graf E, Niederberger E, Gorfer M (2024) What do spore particles look like - use of real-time measurements and holography imaging to view spore particles from four bioaerosol generators. Aerosol Sci Tech 58: 779-795. doi: 10.1080/02786826.2024.2338544