Microorganisms in indoor environments. A search for health-related measurements

Abstract

Microorganisms are ubiquitous in indoor air and epidemiological data suggest that inhalation of microbes and/or their products adhered on air–borne dust particles can impair well–being and health. In the present thesis microbial volatile organic compounds (MVOCs) and cellular markers were studied by gas chromatography–mass spectrometry (GC/MS). By using solid phase microextraction (SPME) combined with GC/MS it was found that house dust particles may adsorb MVOCs in mold–affected indoor environments and that spontaneous desorption of these volatiles can be delayed by freezing the samples before analysis. SPME/GC–MS can be used to detect MVOC as markers of molds in house dust samples and also in mold–affected building materials. Cellular markers were also studied including 3–hydroxy fatty acids (endotoxin markers), muramic acid (bacterial biomass marker), and ergosterol (fungal biomass marker). The marker compositions between dust collected in schools in Jordan, Sweden, Poland, and China differed significantly indicating that the school children in different geographical regions may be exposed to highly different microbial flora. Finally, in a school study in Shanghai, China, cellular marker composition of indoor dust was found to relate to health symptoms where fungal components (ergosterol) were related to adverse respiratory symptoms whereas bacterial components, especially as revealed by endotoxin markers, were negatively associated with such symptoms suggesting a protective effect. The presented chemical–analytical approaches are useful in characterizing microbial exposure in indoor environments.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Mikroorganismer finns runt omkring oss i miljön och mycket tyder på att de påverkar oss mer, och delvis på ett annat sätt, än vi tidigare trott. Vi vet alla att infektioner kan spridas genom inandning av luftburna patogena mikroorganismer. Men luftburna mikrober kan även ge andra sjukdomar. Det är t.ex välkänt att lantbrukare riskerar att drabbas av symptom i luftvägarna som inte är infektionsrelaterade (t.ex lantbrukarlunga) och som orsakas av att de i sitt yrke exponeras mot höga koncentrationer av mikroorganismer. Dessutom tyder epidemiologiska data även på att de mycket lägre koncentrationer av luftburna bakterier och svampsporer som vi omges av i våra hem, skolor etc. kan påverka vår hälsa. Tyvärr existerar idag inga bra och allmänt vedertagna metoder för mätning av luftburna mikroorganismer i inomhusmiljöer för att klara dos–respons–samband skall kunna fastställas. Denna avhandling handlar om både utveckling och tillämpning av reproducerbara, hälsorelevanta mätmetoder.



Mögel och bakterier producerar olika flyktiga mikrobiella produkter (MVOCs) men uppmätta koncentrationer har i mögeldrabbade inomhusmiljöer ofta varit så låga att det har varit svårt att förstå hur dessa skulle kunna orsaka konstaterade hälsoeffekter. Ett fynd i denna avhandling är att MVOCs lätt adhererar till luftburna dammpartiklar vilket innebär att de i princip kan transporteras djupt ner i luftvägarna och där verka irriterande lokalt. Denna upptäckt har möjliggjorts genom att en (i detta sammanhang) ny mätmetod, s.k. SPME (solid phase microextraction), i kombination med gaskromatografi/masspektrometri (GC/MS), har tillämpats i dessa studier. Desorption av adhererade MVOCs sker spontant, men processen kan fördröjas om uppsamlade prov förvaras nedfruset vilket även gör SPME/GC–MS till en praktisk tillämpbar analysmetod för påvisande av MVOCs på luftburna partiklar.



I avhandlingsarbetet har även ingått studier av cellulära mikrobmarkörer, och dessa studier är i linje med tidigare forskning inom det aktuella området på institutionen. Genom bestämning av specifika monomera mikrobiella markörsubstanser såsom 3–hydroxyfettsyror (3–OHFAs, markörer för endotoxin), muraminsyra (markör för peptidoglykan) samt ergosterol (markör för svamp) kan vår exponering mot mikroorganismer karakteriseras. Med denna metod påvisas både döda och levande mikrober; i inomhusmiljöer dominerar de förra vanligtvis stort. I avhandlingen har denna typ av analys för första gången tillämpats på (skol)miljöer i Mellanöstern och i Asien, och den mikrobiella floran mellan skolor i olika länder (Jordanien, Polen, Kina och Sverige) skiljde sig markant åt vilket kan antas bero på klimatfaktorer samt skillnader vad gäller byggnation, ventilation, elevtäthet, kulturella faktorer etc. I en skolstudie i Shanghai befanns den mikrobiella markörsammansättningen relatera till rapporterade hälsoeffekter där ergosterol associerades med negativa hälsoeffekter medan bakteriemarkörer, och särskilt 3–OHFAs, uppvisade en motsatt tendens och korrelerade omvänt till rapporterade infektioner i övre luftvägarna samt pågående astma. Dessa resultat tycks därigenom kunna verifiera den så kallade hygienhypotesen som säger att tidig exponering till mikrobiella ämnen, och särskilt endotoxin, skyddar mot uppkomst av allergi senare i livet. En skillnad är dock att det var ”äldre” barn (medelåldern var 13 år) som ingick i Kinastudien. Det behövs ytterligare epidemiologiska studier innan vi vet säkert hur vår exponering till mikroorganismer i miljön, framför allt innemiljön, påverkar vår hälsa och vårt välbefinnande.

• author: Wady, Loay
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Prof. Fox, Alvin
• organization: Division of Medical Microbiology
• publishing date: 2004
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Microbiology in the medical area
• keywords: mykologi, virologi, bakteriologi, Mikrobiologi, mycology, bacteriology, virology, Microbiology, schools, microbial markers, MVOCs, building materials, dust, GC/MSMS, SPME
• pages: 110 pages
• defense location: N/A
• defense date: 2004-03-04 10:15:00
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: I. Wady, L., Bunte, A., Pehrson, C., and Larsson, L. 2003. Use of gas chromatography–mass spectrometry/solid phase microextraction for the identification of MVOCs from moldy building materials. Journal of Microbiological Methods 52:325–32. Article: II. Wady, L., and Larsson, L. Determination of microbial volatile organic compounds adsorbed on dust particles and building materials using SPME/GC–MS. Submitted. Article: III. Wady, L., Shehabi, A., Szponar, B., Pehrson, C., Sheng, Y., and Larsson, L. Heterogeneity in microbial exposure in schools in Sweden, Poland and Jordan revealed by analysis of chemical markers. Journal of Exposure Analysis and Environmental Epidemiology. In press Article: IV. Norbäck, D., Mi, Y–H., Larsson, L., Wady, L., Tao, J., and Mi, Y–L. Moulds, bacteria and microbial components in Shanghai schools: Effects on asthmatic symptoms and respiratory infections. Submitted.
• id: a9149ce8-413e-459b-b9fc-f66092d76dbb (old id 466683)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:05:49
• date last changed: 2018-11-21 20:56:41