Bakterien- und Pilzisolierung aus Gesichtsmasken im Rahmen des COVID

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 11361 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Die COVID-19-Pandemie hat dazu geführt, dass Menschen täglich in der Öffentlichkeit Gesichtsmasken tragen. Obwohl die Wirksamkeit von Gesichtsmasken gegen die Übertragung von Viren umfassend untersucht wurde, gibt es nur wenige Berichte über mögliche Hygieneprobleme aufgrund von Bakterien und Pilzen, die an den Gesichtsmasken haften. Unser Ziel war es, (1) die an den Masken haftenden Bakterien und Pilze zu quantifizieren und zu identifizieren und (2) zu untersuchen, ob die an der Maske haftenden Mikroben mit der Art und Verwendung der Masken und dem individuellen Lebensstil in Zusammenhang stehen könnten. Wir haben 109 Freiwillige zu ihrer Maskennutzung und ihrem Lebensstil befragt und Bakterien und Pilze entweder auf der Gesichts- oder Außenseite ihrer Masken kultiviert. Die Anzahl der Bakterienkolonien war auf der Vorderseite größer als auf der Außenseite; Die Anzahl der Pilzkolonien war auf der Vorderseite geringer als auf der Außenseite. Eine längere Maskennutzung erhöhte die Anzahl der Pilzkolonien deutlich, nicht jedoch die Anzahl der Bakterienkolonien. Obwohl die meisten identifizierten Mikroben beim Menschen nicht pathogen waren; Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus und Cladosporium fanden wir mehrere pathogene Mikroben; Bacillus cereus, Staphylococcus saprophyticus, Aspergillus und Microsporum. Wir fanden auch keinen Zusammenhang zwischen an der Maske befestigten Mikroben und den Transportmethoden oder dem Gurgeln. Wir schlagen vor, dass immungeschwächte Menschen die wiederholte Verwendung von Masken vermeiden sollten, um mikrobielle Infektionen zu verhindern.

Die rasche weltweite Ausbreitung des schweren akuten respiratorischen Syndroms Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) und die daraus resultierende Pandemie der Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19) haben zu dringenden Bemühungen geführt, die Virusübertragung zu verhindern. Die traditionellste und vernünftigste Methode zur Vorbeugung von Atemwegsinfektionen ist das Tragen von Gesichtsmasken; Mehrere Forschungsgruppen haben seine Wirksamkeit gegen die respiratorische Virusübertragung vor der COVID-19-Pandemie nachgewiesen1,2. Während der COVID-19-Pandemie gibt es immer mehr Beweise für die Wirksamkeit des Tragens von Gesichtsmasken gegen SARS-CoV-2 und die Tröpfcheninfektion3,4. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) behauptet jedoch, dass Gesichtsmasken nur dann wirksam sind, wenn Händehygiene, ordnungsgemäße Verwendung und Entsorgung der Masken eingehalten werden5.

In Japan sind drei Arten von Gesichtsmasken für den Alltag im Handel erhältlich: (1) Vlies-, (2) Polyurethan- und (3) Mull- oder Stoffmasken (Abb. 1a,b). Vliesmasken werden weltweit häufig verwendet, um Tröpfcheninfektionen durch die meisten Atemwegskeime, einschließlich SARS-CoV-2, zu verhindern (Abb. 1c). Vor allem in asiatischen Ländern werden Polyurethan-Masken zum Schutz vor Heuschnupfen eingesetzt. Da Polyurethan-Masken leicht atmen und waschbar sind, erfreuen sich die Masken großer Beliebtheit und wurden während der COVID-19-Pandemie mehrfach wiederverwendet. Obwohl Mullmasken weniger beliebt sind, können die Masken gewaschen und wiederverwendet werden und verhindern wirksam Infektionen. Aufgrund des Mangels an Vliesmasken in der Frühphase der COVID-19-Pandemie verteilte die japanische Regierung daher Mullmasken an alle Bürger.

Arten von Gesichtsmasken und die Größe der Mikroben. (a) Makroskopische und mikroskopische Bilder von drei verschiedenen Arten von Gesichtsmasken, die im Handel erhältlich sind. Vliesmasken bestehen aus drei Schichten: Die Porengröße der äußeren und inneren Schicht ist identisch (50–150 µm); die Porengröße der mittleren Schicht (als Filter betrachtet) ist kleiner (5–30 µm). Mikroskopische Bilder wurden mit dem Olympus Mikroskop CX33 mit der CCD-Kamera DP22 (Balken = 500 µm) aufgenommen. (b) Porengröße, Dicke, Schicht und beabsichtigte Verwendung von drei Maskentypen. Die Porengröße von Gesichtsmasken gemäß den Anweisungen des Herstellers wurde anhand der in (a) (rechte Tafeln) gezeigten mikroskopischen Bilder bestätigt. (c) Die Standardgröße von Mikroben und Partikeln (linkes Feld) und ihr Vergleich mit der Porengröße (5 µm) des Mittelfilters von Vliesmasken (rechtes Schema).

Obwohl die Wirksamkeit von Gesichtsmasken gegen die Virusübertragung ausführlich untersucht wurde3,4, bleiben die Hygieneprobleme bei der Verwendung von Masken unklar. Die Standardverwendung von Masken sind Einweg-Vliesmasken. In einigen Fällen verwenden Menschen jedoch möglicherweise wiederholt Vliesmasken oder verwenden abhängig von ihrer sozioökonomischen Kultur in unterschiedlichen Situationen unterschiedliche Arten von Masken. In Japan beispielsweise führte das knappe Angebot an Vliesmasken zum wiederholten Einsatz von Einweg-Vliesmasken und zum Einsatz anderer Arten von Gesichtsmasken, wie handgefertigte Masken und Polyurethan-Masken6. Selbst nachdem der Mangel an Masken behoben wurde, haben einige Menschen wiederholt Einweg-Vliesmasken oder andere Arten von Gesichtsmasken verwendet.

Unter den Umweltpathogenen können sich Viren nicht vermehren, ohne Wirtszellen zu infizieren; Die meisten Bakterien und Pilze können je nach Bedingungen auf verschiedenen Materialien überleben und wachsen. Bakterien und Pilze sind auf der Oberfläche der in unserem täglichen Leben verwendeten Materialien weit verbreitet (z. B. Geldscheine und in öffentlichen Verkehrsmitteln), wo wir pathogene Bakterien und Pilze nachweisen können7,8,9,10. Obwohl in einigen Studien über eine bakterielle oder virale Kontamination von Masken in experimentellen und klinischen Umgebungen berichtet wurde11,12,13, gibt es keine Studie darüber, welche und wie viele Bakterien und Pilze sich an Masken festsetzen, die täglich in Gemeinschaftseinrichtungen verwendet werden; Dies ist das vernachlässigte Hygienethema unter der COVID-19-Pandemie. Da Masken eine direkte Infektionsquelle für die Atemwege, den Verdauungstrakt und die Haut darstellen können, ist es wichtig, ihre Hygiene aufrechtzuerhalten, um bakterielle und Pilzinfektionen zu verhindern, die COVID-19 verschlimmern können. Daher wollten wir in dieser Studie nach einer Befragung von 109 Freiwilligen zu ihrer Maskennutzung und ihrem Lebensstil die an den Gesichtsmasken haftenden Bakterien und Pilze quantifizieren und identifizieren, indem wir aus den Masken isolierte Mikroben kultivierten.

Obwohl die Zahl der COVID-19-Patienten im Studienzeitraum in Japan relativ niedrig war, trugen die meisten Menschen an öffentlichen Orten Gesichtsmasken, und alle Umfrageteilnehmer trugen Gesichtsmasken. Zunächst haben wir von 109 Teilnehmern Informationen über die Maskentypen und die Dauer der Maskennutzung gesammelt: 63 Männer (58 %) und 46 Frauen (42 %). Die Mehrheit (insgesamt 78 %) der Teilnehmer nutzte Vliesmasken (Abb. 2a); Der Prozentsatz der Vliesmasken-Benutzer war deutlich höher als der der anderen Maskentyp-Benutzer (P < 0,001, die meisten von ihnen waren Polyurethan-Maskenbenutzer, mit Ausnahme einiger Benutzer von Mull- oder Stoffmasken). In Bezug auf die Dauer der Maskennutzung haben wir festgestellt, dass 75 % der Träger von Vliesmasken die Masken einen einzigen Tag lang trugen. Im Gegensatz dazu trugen 58 % der anderen Maskentyp-Benutzer die gleichen Masken zwei Tage oder länger (Abb. 2b). Dies könnte daran liegen, dass andere Maskentypen, einschließlich Polyurethan-, Mull- und Stoffmasken, für den wiederholten Gebrauch waschbar sind; Die Benutzer haben ihre Masken häufig mehrmals gewaschen und wiederverwendet. Hingegen fanden wir keine signifikanten Unterschiede zwischen den Geschlechtern hinsichtlich der Maskentypen und der Nutzungsdauer (Abb. 2a,c).

Umfrageergebnisse zum Maskengebrauch und zur Anzahl der Mikrobenkolonien auf der Gesichts- und Außenseite der Gesichtsmasken. (a) Verwendung von Vliesmasken und anderen Maskentypen (andere) bei männlichen und weiblichen Teilnehmern (n = 109). Die meisten „Anderen“ waren Polyurethan-Masken, mit Ausnahme einiger Mull- oder Stoffmasken. (b) Nutzungsdauer in Vliesstoff, anderen Maskentypen und insgesamt (Vliesstoff und andere zusammen). Der Prozentsatz der „Anderen“, die die gleichen Masken zwei Tage oder länger trugen (58 %), war deutlich höher als der der Benutzer von Vliesmasken (25 %, P < 0,001). (c) Dauer der Maskennutzung bei jedem Geschlecht (kein signifikanter Unterschied). (d, e) Bakterien (d) und Pilze (e) auf der Gesichts- und Außenseite der Masken wurden getrennt kultiviert, nachdem jede Maskenoberfläche auf Agarplatten gepresst wurde. Anzahl der mikrobiellen Kolonien/Platte (linke Felder); In Boxplots geben die Kreuzsymbole, Balken und Punkte den Mittelwert, den Median bzw. die Ausreißer an. Die Anzahl der mikrobiellen Kolonien auf der Gesichtsseite (mittlere Felder) und der Außenseite (rechte Felder) wurde basierend auf den Maskentypen und der Dauer der Maskennutzung verglichen. Mittelwert + Standardfehler des Mittelwerts (SEM). Für statistische Analysen wurden der gepaarte t-Test und der Student-t-Test verwendet. *P < 0,05; **P < 0,001.

Mikroben auf den Masken wurden kultiviert, indem die Gesichtsseite und die Außenseite der Masken auf Agarplatten gepresst wurden (zwei Platten pro Teilnehmer: die Gesichtsseite und die Außenseite). Wir inkubierten die Agarplatten 18 Stunden (h) bzw. 5 Tage lang zur Bakterien- und Pilzvermehrung und führten eine Koloniezählung durch.

Bakterien (Abb. 2d): Wir beobachteten Bakterienkolonien in 99 % der Proben auf der Vorderseite und 94 % auf der Außenseite; In einer Probe auf der Vorderseite und in sechs Proben auf der Außenseite wurde keine Kolonie gesehen. Die Koloniezahlen auf der Vorder- und Außenseite betrugen 168,6 ± 24,7 bzw. 36,0 ± 7,0 [Mittelwert ± Standardfehler des Mittelwerts (SEM)]. Wir verglichen die Koloniezahlen zwischen der Gesichtsseite und der Außenseite jedes Individuums und stellten fest, dass die durchschnittliche Koloniezahl auf der Gesichtsseite der Masken 13,4-mal höher war (gepaarter t-Test, P < 0,001). Um den Einfluss der Maskentypen und der Dauer der Maskennutzung zu bewerten, verglichen wir die Koloniezahlen unter denen, die die Maske einen Tag (3–6 Stunden), zwei Tage oder länger verwendeten, basierend auf den Maskentypen [Vliesstoff, andere und alle (Vliesstoffe und andere kombiniert)]. Wir fanden keine signifikanten Unterschiede in der Koloniezahl zwischen den verschiedenen Maskentypen, unabhängig von der Nutzungsdauer.

Pilze (Abb. 2e): Wir beobachteten Pilzkolonien bei 79 % der Proben auf der Vorderseite und 95 % auf der Außenseite. Die Koloniezahlen der Pilze waren geringer als die der Bakterien und die Koloniezahlen auf der Vorder- und Außenseite betrugen 4,6 ± 1,9 bzw. 6,1 ± 1,9 (Mittelwert ± SEM). Im Gegensatz zu den Bakterienkolonien waren die Pilzkolonienzahlen bei jedem Individuum auf der Außenseite 2,4-mal höher als auf der Vorderseite (gepaarter t-Test, P < 0,05). Wenn die Teilnehmer dieselben Masken länger als zwei Tage verwendeten, war die Anzahl der Pilzkolonien auf der Außenseite der Masken im Vergleich zur eintägigen Verwendung erhöht. Es gab keine statistischen Unterschiede in der Koloniezahl zwischen Vliesstoff- und „anderen“ Maskennutzern, mit Ausnahme der Pilzkoloniezahl auf der Außenseite der Masken nach eintägiger Verwendung.

Da Frauen ihre Gesichter bevorzugt schminken, haben wir untersucht, ob die Anzahl der Bakterien- und Pilzkolonien zwischen Männern und Frauen unterschiedlich sein könnte. Lediglich die Anzahl der Bakterienkolonien in den Gesichtsproben von eintägigen Anwendern war signifikant unterschiedlich und bei Frauen niedriger (Abb. S1).

Wir haben festgestellt, ob individuelle Lebensstile die Mikrobenzahlen auf den Masken beeinflussen können, die vom Wirt (dh dem Menschen) oder der Umwelt stammen. Einer der Umweltfaktoren, der die Mikrobenkonzentration auf den Masken zu beeinflussen schien, ist der Transport zum Pendeln (Abb. 3a). Hier haben wir drei Transportsysteme eingeteilt: (1) öffentliche Verkehrsmittel, einschließlich Züge und Busse; (2) Privatfahrzeuge wie Autos und Lastwagen; und (3) Gehen, Radfahren und Motorräder. Wir fanden keine Unterschiede in der Anzahl der Bakterien- oder Pilzkolonien auf beiden Seiten der Masken zwischen den drei Transportsystemen.

Lebensstile und mikrobielle Kolonien: Transport, Gurgeln und Natto-Konsum. (a) Wir haben drei Transportsysteme für den Pendelverkehr kategorisiert: (1) öffentliche Verkehrsmittel: Züge und/oder Busse; (2) Privatfahrzeuge: Autos und Lastwagen; und (3) zu Fuß/Fahrrad: Gehen, Fahrräder und Motorräder. Wir fanden keine Unterschiede in der Anzahl der Bakterien- und Pilzkolonien zwischen den drei Transportkategorien auf der Gesichts- oder Außenseite von Masken. (b) Anzahl der Mikrobenkolonien und Gurgelgewohnheit. Das Kreisdiagramm zeigte den Prozentsatz der Gurgelhäufigkeit der Teilnehmer; 67 % der Teilnehmer gurgelten mindestens einmal täglich. Unabhängig von der Häufigkeit des Gurgelns fanden wir bei den Teilnehmern keine Unterschiede in der Anzahl der Bakterien- oder Pilzkolonien. (c) Natto-Konsum und Bacillus subtilis-Kolonien. Natto ist ein traditionelles japanisches Lebensmittel, das aus mit B. subtilis fermentierten Sojabohnen hergestellt wird, die auf Agarplatten große weiße Kolonien bilden. Laut der Umfrage haben 9 % bzw. 27 % der Teilnehmer täglich bzw. wöchentlich Natto gegessen; 19 % (21 von 109) der Teilnehmer aßen während des Versuchszeitraums Natto. Die Teilnehmer, die Natto aßen, hatten einen deutlich höheren Prozentsatz an B. subtilis-Kolonien als diejenigen, die kein Natto aßen.

Als nächstes haben wir zwei beliebte Gewohnheiten in Japan untersucht: Gurgeln und Natto-Konsum. Gurgeln (auch bekannt als Mund-/Rachenspülung) ist ein japanischer Brauch, der angeblich Atemwegsinfektionen vorbeugt14. 67 % der Teilnehmer gurgelten mindestens einmal am Tag und gurgelten normalerweise, wenn sie nach Hause kamen. Es gab jedoch keine Unterschiede in der Anzahl der Bakterien- oder Pilzkolonien zwischen den Teilnehmern, unabhängig vom Gurgeln (Abb. 3b).

Natto ist ein traditionelles japanisches fermentiertes Lebensmittel, das beim Verzehr klebrig ist und im Mund und an den Essstäbchen haften bleibt (Abb. 3c). Natto wird durch Fermentierung von Sojabohnen mit dem sporenbildenden Bakterium Bacillus subtilis hergestellt, das trockene Bedingungen überleben kann. Wie erwartet beobachteten wir in dieser Studie die großen weißen Kolonien, die von B. subtilis gebildet wurden. Laut Fragebogen haben 9 % bzw. 27 % der Teilnehmer täglich bzw. wöchentlich Natto gegessen; 19 % der Teilnehmer aßen während des Versuchszeitraums Natto. Bei den Teilnehmern, die Natto aßen, traten auf beiden Seiten der Masken deutlich häufiger große weiße B. subtilis-Kolonien auf als bei denjenigen, die dies nicht taten.

In den Bakterienkulturen beobachteten wir eine Vielzahl von Kolonien auf den Agarplatten (Abb. 4a). Wir haben die Kolonien morphologisch in vier Hauptkolonieformen und die anderen Formen eingeteilt: (1) klein weiß, (2) groß weiß, (3) klein gelb, (4) mittelweiß und die anderen Formen, einschließlich mittel bis groß mit Gelb oder rosa, basierend auf der Koloniegröße (klein < 2 mm, mittel 2–10 mm und groß 10 mm <), Farbe und Häufigkeit (Abb. 4a,b). Die Häufigkeit der Kolonien wurde nach zwei Formeln berechnet: (I) Koloniehäufigkeit = Anzahl der Platten, die die Kolonie von Interesse enthalten/Gesamtplattenzahl (n = 109) × 100; und (II) % Gesamtzahl = Anzahl der interessierenden Kolonien/Gesamtzahl der Kolonien in jeder Platte × 100 (dann wurde der Mittelwert der % Gesamtzahl aller Platten berechnet). Wie in Abb. 4a dargestellt, hatten die meisten Teilnehmer mehr als eine Kolonieform. Die Dominanz der vier Kolonieformen hinsichtlich der Kolonienhäufigkeit und des mittleren prozentualen Gesamtwerts jeder Kolonie war auf der Vorder- und Außenseite insgesamt ähnlich (Abb. 4b). Die kleinen weißen Kolonien wurden am häufigsten beobachtet, wobei die Inzidenz und der Gesamtprozentsatz 80 % bzw. 70 % überstiegen.

Morphologie und Identifizierung von Bakterienkolonien. (a) Wir beobachteten eine Vielzahl von Kolonien auf den Agarplatten und klassifizierten die Kolonien morphologisch in vier Hauptkolonieformen. Repräsentative Bakterien jeder Kolonie wurden mit ihren Gram-Färbungsbildern visualisiert. (b) Hauptkolonieformen, identifizierte Bakterien und Häufigkeiten (Inzidenz und % insgesamt). (c) Identifizierte Bakterien, ihre Lokalisierung und Pathogenität beim Menschen.

Um die Bakterien, aus denen jede Kolonie besteht, weiter zu bestimmen, führten wir eine Gram-Färbung und eine Sequenzierung der ribosomalen 16S-RNA (rRNA) durch. Die 16S-rRNA-Sequenzierung zeigte, dass die kleinen weißen Kolonien hauptsächlich aus Staphylococcus epidermidis und/oder S. aureus bestanden; Die wichtigste Bakterienart, die die kleinen gelben Kolonien bildete, war S. aureus. Die großen weißen Kolonien waren die am zweithäufigsten beobachteten und bestanden aus B. subtilis, einem Bestandteil von Natto (wie in Abb. 3c gezeigt). Die mittelweißen Kolonien bestanden aus B. cereus und B. simplex; B. cereus wurde nur auf der Außenseite von Masken identifiziert. Unter den Kolonien identifizierten wir auch andere Bakterienarten durch 16S-rRNA-Sequenzierung (Abb. 4c). Obwohl die meisten identifizierten Bakterien nicht pathogen waren, gab es beim Menschen mehrere potenziell pathogene Bakterien: S. aureus (kommensales Bakterium, dessen übermäßiges Wachstum jedoch verschiedene Krankheiten verursachen kann); B. cereus (Darmbakterium, das eine Lebensmittelvergiftung verursacht); Staphylococcus saprophyticus (Harnwegsinfektion); und Pseudomonas luteola (opportunistischer Erreger)15,16,17.

Nach der Quantifizierung der Pilzkolonien inkubierten wir sie weitere 2 Tage bei 37 °C, um die Sporenbildung zu induzieren. Anschließend identifizierten wir mithilfe der Lactophenol-Baumwollblau-Färbung Pilze auf den Masken, basierend auf der makroskopischen Koloniemorphologie sowie der mikroskopischen Hyphen- und Sporenmorphologie. Obwohl wir einige Pilze aufgrund mangelnder Sporenbildung nicht identifizieren konnten, identifizierten wir 13 Pilzgattungen (Abb. 5). Unter ihnen hatten mehr als 20 % der Teilnehmer die vier Pilzgattungen Cladosporium, Fonsecaea, Mucor und Trichophyton auf beiden Seiten der Masken gemeinsam. Die letzten drei sind potenziell pathogen für den Menschen (Abb. 5).

Identifizierung von Pilzkolonien. Wir identifizierten Pilze anhand der Koloniemorphologie makroskopisch sowie der Hyphen- und Sporenmorphologie mikroskopisch. Es wurden zehn repräsentative Pilzbilder gezeigt. Die weißen und gelben Balken sind 10 mm bzw. 5 mm groß. Identifizierte Pilze, Häufigkeit in dieser Studie, Lokalisierung und Pathogenität wurden aufgelistet.

In dieser Studie haben wir die Zusammenhänge zwischen mehreren Faktoren und mikrobiellen Kontaminationen von Gesichtsmasken aufgezeigt, die während der COVID-19-Pandemie weltweit häufig verwendet werden. Obwohl einige unserer Ergebnisse unseren Erwartungen entsprachen, gab es einige unvorhergesehene Ergebnisse, die als wesentliche Hygieneprobleme angegangen werden müssen. In Tabelle 1 haben wir die wichtigsten Ergebnisse zusammengefasst und die Ergebnisse mit statistischen Unterschieden fett gedruckt (P < 0,05). Die Koloniezahlen von Gesichtsmasken waren bei Bakterien höher als bei Pilzen; Die Anzahl der Bakterien- und Pilzkolonien war auf der Vorderseite bzw. der Außenseite höher. Die längere Dauer der Maskennutzung korrelierte mit einem Anstieg der Pilzkolonienzahlen, nicht aber der Bakterienkolonienzahlen. Wir haben auch festgestellt, dass Vliesmasken auf der Außenseite weniger Pilze aufwiesen als andere Maskentypen. Obwohl die Anzahl der Bakterienkolonien bei allen Maskentypen vergleichbar war, waren die auf der Gesichtsseite bei Frauen niedriger als bei Männern.

Wir führten außerdem eine ROC-Analyse (Receiver Operating Characteristic) durch, um die Zusammenhänge zwischen den in dieser Studie erhaltenen Daten zu sehen (siehe Tabelle 2), wobei die Fläche unter der Kurve (AUC) positive und negative Zusammenhänge anzeigte (Abb. 2e, S1). Die Gattung Cladosporium, der in dieser Studie am häufigsten nachgewiesene Pilz, wurde häufiger bei Frauen nachgewiesen (58 % Frauen und 29 % Männer). B. subtilis wurde häufiger auf den Masken der Teilnehmer nachgewiesen, die mindestens einmal im Monat Natto aßen. Im Gegensatz dazu waren die Transportsysteme nicht mit der Anzahl der Bakterien- oder Pilzkolonien verbunden. Diese Ergebnisse stimmten mit unseren Ergebnissen in Abb. 3 überein, wo weder die Nutzung öffentlicher Verkehrsmittel noch das Gurgeln die Anzahl der Bakterien- oder Pilzkolonien veränderte. Andererseits erhöhte der Verzehr von Natto die Anzahl der B. subtilis-Kolonie auf den Masken stark. Obwohl sich B. subtilis schnell vermehrt und Kolonien bildet, die groß genug sind, um andere Bakterienkolonien zu übertreffen, hatte das Vorhandensein von B. subtilis keinen Einfluss auf die Anzahl von S. epidermidis, dem in dieser Studie am häufigsten nachgewiesenen Bakterium. Die Anzahl der Kolonien in weißem Medium schien durch die Anwesenheit von B. subtilis negativ beeinflusst zu werden (AUC = 0,65). Dies steht im Einklang mit dem vorherigen Bericht18, dass B. subtilis das Wachstum von B. simplex hemmte, das in der aktuellen Studie ein Hauptbestandteil einer mittelgroßen weißen Kolonie war.

Die meisten in dieser Studie isolierten Pilze waren eher opportunistische als pathogene Krankheitserreger (Abb. 5), obwohl immungeschwächten Wirten empfohlen werden sollte, täglich Vliesmasken zu tragen. Wir entdeckten B. cereus, einen durch Lebensmittel übertragenen Krankheitserreger, auf der Außenseite der Masken bei 5 % der Teilnehmer (Abb. 4c), was darauf hindeutet, dass B. cereus durch Fäkalien über die Hände an den Gesichtsmasken haften könnte. Intensives Händewaschen wird empfohlen, da Händewaschen das Auftreten von Durchfall wirksam reduziert19.

Obwohl wir davon ausgingen, dass die Anzahl der Bakterienkolonien aufgrund der Dauer der Maskennutzung ansteigen könnte, war dies nicht der Fall. Der Feuchtigkeitsbedarf von Bakterien könnte dies erklären20,21. Während wir eine Gesichtsmaske tragen, beträgt die Luftfeuchtigkeit unter dem Maskenraum etwa 80 %, sodass Bakterien überleben und wachsen können22,23. Wenn eine gebrauchte Maske dagegen längere Zeit nicht getragen wird, insbesondere nachts, trocknet sie über Nacht aus und Bakterien auf der Maske sterben aufgrund der Trockenheit wahrscheinlich ab. Da Pilze und ihre Sporen andererseits resistent gegen Austrocknung sind, können sie unter der Bedingung überleben, dass Masken austrocknen. Dies erklärt, warum sich Pilze bei längerer Maskennutzung tendenziell ansammelten und vermehrten. Als wir die Anzahl der mikrobiellen Kolonien zwischen den Maskentypen verglichen, gab es keine wesentlichen Unterschiede in der Anzahl der mikrobiellen Kolonien zwischen Vliesstoff- und anderen Maskentypen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die höhere Anzahl an Pilzkolonien auf der Außenseite von Masken auf die Dauer der Maskennutzung zurückzuführen ist, nicht jedoch auf die Maskentypen. In Bezug auf waschbare/wiederverwendbare Masken („andere Arten von Masken“ in der aktuellen Studie) wurde die richtige Reinigungsmethode für Gesichtsmasken aus Baumwolle empfohlen, um die mikrobielle Belastung der Masken zu reduzieren12. In den aktuellen Experimenten konnten wir jedoch keine signifikanten Unterschiede in der Anzahl der Bakterien- oder Pilzkolonien auf den Masken anhand des Waschens feststellen (Abb. S2). Dies könnte durch fehlende Informationen über die richtige Reinigungsmethode für die meisten Maskenbenutzer (z. B. Kochen bei 100 °C, Waschen bei 60 °C oder Bügeln mit einem Dampfbügeleisen) zur Desinfektion der Masken erklärt werden.

Es gab einige Studien, die über eine mikrobielle Isolierung auf Masken berichteten; Eine belgische Gruppe untersuchte die Anzahl der Bakterienkolonien auf Gesichtsmasken in experimentellen Umgebungen, wobei 13 Freiwillige 4 Stunden lang 12 Stunden lang Baumwoll- und OP-Masken trugen. Die Autoren ernteten Bakterien, indem sie die Masken (ohne Trennung in die Gesichts- und Außenseitenschichten) mit PBS verwirbelten und die Bakterien auf den Agarplatten mit Hirn-Herz-Infusion (BHI) und Lysogenie-Brühe (LB) kultivierten. Sie fanden heraus, dass die Anzahl der Bakterienkolonien in den Baumwollmasken höher war als in den chirurgischen Masken und dass die wichtigsten Bakteriengattungen der chirurgischen Masken Staphylococcus und Streptococcus waren. In unserer Studie wurden auch Staphylokokken nachgewiesen, jedoch keine Streptokokken, die nicht auf der BHI-Platte wachsen können.

Die Anzahl der Bakterienkolonien auf den Gesichtsmasken war bei Männern unter den täglichen Benutzern höher als bei Frauen (Abb. S1). Wir vermuteten, dass der Unterschied mit einer intensiveren Gesichtspflege bei Frauen als bei Männern zusammenhängen könnte. Daher haben wir eine Hauptkomponentenanalyse (PCA) durchgeführt und dabei die Umfragedaten basierend auf einer täglichen Gesichtspflegeroutine (drei Kategorien: 1. Gesichtswaschmethode, 2. Verwendung von Lotion/Sonnenschutzmittel und 3. Verwendung von Grundierung) sowie verwendet Anzahl der Bakterien- und Pilzkolonien von Masken, die 4 Stunden lang getragen wurden (Abb. S3a). Der Varianzanteil der Hauptkomponente (PC) 1 betrug 44 %; PC1-Werte spiegelten eine intensivere Gesichtspflege wider. Hier trugen die Anzahl der Bakterienkolonien und drei Hautpflegekategorien negativ bzw. positiv zu den PC1-Werten bei. Dies deutet darauf hin, dass eine intensivere Gesichtspflege die Bakterien auf den Gesichtsmasken verringern kann. In den drei Hautpflegekategorien der Umfrage haben wir getestet, ob die Verwendung von Foundation die Anzahl der Bakterienkolonien beeinflussen könnte. Wir rekrutierten Freiwillige und baten sie, die Maske vier Stunden lang zu tragen und die Foundation nur auf die linke Gesichtshälfte aufzutragen. Wir fanden keine Unterschiede in der Anzahl der Bakterienkolonien zwischen der linken und rechten Hälfte der Gesichtsmasken (Abb. S3b). Darüber hinaus verringerte statistisch gesehen weder die Verwendung von Lotion/Sonnenschutzmittel noch die Gesichtsreinigungsmethode die Anzahl der Bakterienkolonien (Daten nicht gezeigt). Obwohl wir keine anderen Faktoren untersucht haben, die zum geschlechtsspezifischen Unterschied bei der Anzahl der Bakterienkolonien beitragen könnten, gehören zu den potenziellen Faktoren die höhere Gesichtstemperatur bei Männern24 und der geschlechtsspezifische Unterschied bei Schweiß und Talg25.

In dieser Studie gab es mehrere Einschränkungen. Erstens war die Untersuchung von Gesichtsmasken in dieser Studie nicht umfassend und die Stichprobengröße gering. Obwohl die Gesichtsmasken in drei Haupttypen eingeteilt wurden, können sie nach Dicke, Stoffbeschichtung und anderen Faktoren, die das mikrobielle Wachstum beeinflussen können, weiter unterteilt werden. In experimentellen Umgebungen unterschieden sich die Anzahl und Zusammensetzung der Bakterienkolonien zwischen chirurgischen und Baumwoll-Gesichtsmasken nach 4-stündigem Tragen12. Zweitens bestand bei allen Experimenten die Möglichkeit, dass Mikroben von den Händen auf die Gesichtsmasken übertragen werden konnten, da die Gesichtsmasken mit bloßen Händen aufgesetzt und abgenommen wurden. Hier haben wir die Teilnehmer absichtlich angewiesen, während des Versuchszeitraums keine Handschuhe zu tragen, da unser Ziel darin bestand, Bakterien und Pilze auf den Gesichtsmasken bei unserem normalen Lebensstil zu untersuchen. Mikrobielle Kolonien, die bei neuen Vliesmasken entdeckt wurden, die mit bloßen Händen gehandhabt wurden, waren vernachlässigbar (durchschnittlich 6,5 Bakterien- und keine Pilzkolonien, Daten nicht gezeigt). Schließlich wird argumentiert, dass die Gesichtsmasken gründlich mit Waschmittelbrühe gewaschen werden müssen, um Mikroben auf den Masken besser zu isolieren26. In dieser Studie haben wir uns jedoch entschieden, Mikroben auf den Gesichtsmasken zu sammeln, indem wir sie einfach auf Agarplatten drücken. Obwohl bei dieser Methode möglicherweise erhebliche Mikroben auf den Maskenmaterialien zurückbleiben, glauben wir, dass leicht ablösbare Mikroben für Atemwegsinfektionen relevanter sind.

In dieser Studie haben wir uns auf ein neu aufgetretenes Hygieneproblem im aktuellen Lebensstil des Tragens von Gesichtsmasken während der COVID-19-Pandemie konzentriert. Diese Ergebnisse werden neue Erkenntnisse über die Verwendung von Gesichtsmasken zur Vorbeugung potenzieller pathogener Infektionen liefern.

Eine Vliesmaske bestand aus drei Schichten, die jeweils mit einer Schere geschnitten und manuell getrennt wurden. Eine Mullmaske bestand aus mehreren Schichten, von denen eine manuell getrennt wurde. Wir haben direkt eine Polyurethan-Maske (ohne Probenvorbereitung) oder jede Schicht der Vlies- und Mullmasken auf den Mikroskoptisch des CX33-Mikroskops (Olympus, Tokio, Japan) gelegt und mit einem 10-fachen Objektiv mit der CCD-Kamera DP22 abgebildet ( Olymp).

Diese Studie wurde zwischen September und Oktober 2020 durchgeführt. Die Teilnehmer waren 109 Medizinstudenten, 63 Männer (im Alter von 22,4 ± 0,4 Jahren) und 46 Frauen (im Alter von 21,2 ± 0,3 Jahren, kein signifikanter Unterschied zwischen den Geschlechtern) an der medizinischen Fakultät der Kindai-Universität in Osaka, Japan . Alle Versuchsprotokolle wurden vom Institutional Biosafety Committee der Kindai University genehmigt und gemäß den institutionellen Richtlinien durchgeführt. Von allen Teilnehmern wurde eine Einverständniserklärung eingeholt. Die Umfrage für die Teilnehmer lautete wie folgt: Alter, Geschlecht, Art der Maske, Dauer der Maskennutzung, Transport, Gurgelgewohnheit und Natto-Konsumgewohnheit. Wir haben bestätigt, dass während der Versuchszeiträume kein Teilnehmer mit antimikrobiellen Medikamenten behandelt wurde.

Um die an Gesichtsmasken haftenden Mikroben zu isolieren und zu kultivieren, wurden die Gesichtsseite und die Außenseite der Gesichtsmasken getrennt auf Agarplatten (8,6 cm Durchmesser, 58 cm² Fläche) gepresst, die sofort mit den Deckeln abgedeckt wurden Kontamination vermeiden. Die Kulturbedingungen waren wie folgt: Für die Bakterienkulturen wurden BHI-Agarplatten (Eiken Chemical Co., LTD, Tochigi, Japan) oder Sojabohnen-Casein-Verdaubrühe mit Lecithin und Polysorbat 80 (SCDLP) Agarplatten (Eiken Chemical Co., LTD) verwendet ,) wurden verwendet und 18 Stunden lang bei 37 °C unter aeroben Bedingungen inkubiert. Wir fanden ähnliche Koloniezahlen und Morphologie zwischen den BHI- und SCDLP-Agarplatten. Dies steht im Einklang mit den früheren Ergebnissen von Delanghe et al., bei denen die Bakterienkolonienzahlen aus chirurgischen Maskenproben zwischen den BHI- und LB-Agarplatten vergleichbar waren12. Daher entschieden wir uns in allen nachfolgenden Experimenten für die Verwendung von BHI-Agarplatten, die häufig als Allzweck-Wachstumsmedium verwendet werden. Bei der längeren Inkubationszeit (> 2 Tage) wuchs das schnell wachsende Bakterium B. subtilis über die anderen Bakterien hinaus, was dazu führte, dass es schwierig wurde, langsam wachsende Bakterien zu erkennen. Für die Pilzkulturen wurden Sabouraud-Dextrose-Agarplatten (Nissui Pharmaceutical Co., LTD, Tokio, Japan) verwendet und 5 Tage lang bei 25 °C unter aeroben Bedingungen inkubiert. Nach der Primärinkubation bewerteten wir die Koloniemorphologie und führten eine Koloniezählung durch. Obwohl wir das Vorhandensein von Mikroben auf der mittleren Schicht (Filterschicht) getestet haben, konnten wir nur eine geringe Anzahl von Bakterien- und Pilzkolonien nachweisen (Mittelwert ± SEM: Bakterienkolonien, 6,3 ± 4,9; und Pilzkolonien, 1,0 ± 0,5). Daher haben wir beschlossen, uns in dieser Studie auf die Mikrobenkolonien auf der Gesichts- und Außenseite der Masken zu konzentrieren.

Bakterien: Wir haben 94 Kolonien aus den Kulturplatten gesammelt, DNA isoliert und eine 16S-ribosomale RNA (rRNA)-Sequenzierung durch MiSeq (Illumina, San Diego, CA) am Center for Oral Microbiota Analysis (Takamatsu, Japan) durchgeführt. Wir haben auch Bakterienabstriche auf Objektträgern für die Gram-Färbung vorbereitet (Fujifilm Wako, Osaka, Japan) und die mikroskopischen Bilder mit dem CX33-Mikroskop mit der CCD-Kamera DP22 aufgenommen.

Pilze: Wir haben aus allen kultivierten Platten repräsentative Agarplatten ausgewählt, die verschiedene Arten von Pilzkolonien enthalten. Wir inkubierten die Kulturplatten außerdem 2 Tage lang bei 37 °C, um die Sporenbildung zu induzieren, färbten die Pilze mit Lactophenol-Baumwollblau (Muto pure Chemical Co., LTD, Tokio, Japan) und identifizierten sie anhand ihrer Koloniemorphologie und mikroskopisch37 .

Wir führten PCA mit der Software RStudio (Version 1.4.1106) und Exploratory (Exploratory, Inc., CA) durch. Für statistische Analysen führten wir den gepaarten T-Test, den Student-T-Test und den χ2-Test durch. Um die Korrelationen zwischen den in dieser Studie erhaltenen Daten zu bestimmen, führten wir eine ROC-Analyse durch, um den Zusammenhang zwischen den Faktoren und Ergebnissen durch Berechnung der AUC zu bewerten. Eine AUC nahe 1 weist auf eine starke Assoziation hin, und eine AUC von weniger als 0,5 weist auf keine Assoziation hin.

Die während der aktuellen Studie generierten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim jeweiligen Autor erhältlich.

Zhang, L. et al. Schutz durch Gesichtsmasken gegen das Influenza-A(H1N1)pdm09-Virus in transpazifischen Passagierflugzeugen, 2009. Emerg. Infizieren. Dis. 19, (2013).

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Referenzen herunterladen

Wir danken den Medizinstudenten im zweiten Studienjahr der medizinischen Fakultät der Kindai-Universität, die als Freiwillige bei den Maskenexperimenten mitgewirkt haben. Wir danken Frau Namie Sakiyama für die hervorragende technische Unterstützung.

The Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research-KAKENHI, 20K07455 (IT), 18K07379 (AMP), 21K07287 (AMP). Unterstützungsprojekt der All-Kindai University gegen COVID-19 (AMP, IT). Forschungsprogramm zu neu auftretenden und wieder auftretenden Infektionskrankheiten der japanischen Agentur für medizinische Forschung und Entwicklung (AMED) unter der Fördernummer 19fk0108168s0101 (IT).

Abteilung für Mikrobiologie, Medizinische Fakultät der Kindai-Universität, 377-2 Ohnohigashi, Osakasayama, Osaka, 589-8511, Japan

Ah-Mee Park, Sundar Khadka, Fumitaka Sato, Seiichi Omura, Mitsugu Fujita, Kazuki Hashiwaki und Ikuo Tsunoda

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Konzeptualisierung: AMP, IT Methodik: AMP, SK Untersuchung: AMP, SK, MF, FS, SO Visualisierung: AMP, KH, IT Finanzierungseinwerbung: AMP, IT Projektverwaltung: AMP, IT Überwachung: AMP, IT Schreiben – Originalentwurf: AMP, IT Writing – Überprüfung und Bearbeitung: SK, MF, FS, SO

Korrespondenz mit Ah-Mee Park.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Park, AM., Khadka, S., Sato, F. et al. Bakterien- und Pilzisolierung aus Gesichtsmasken im Rahmen der COVID-19-Pandemie. Sci Rep 12, 11361 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-15409-x

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Eingegangen: 01. März 2022

Angenommen: 23. Juni 2022

Veröffentlicht: 18. Juli 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-15409-x

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