Rasterelektronenmikroskopische Klassierung und Identifizierung von Schimmelpilzsporen

Abstract

Die in Kraft getretene Biostoffverordnung macht an einer Vielzahl von Arbeitsplätzen u. a. mit Schimmelpilz-Sporen eine Gefährdungsanalyse erforderlich. Standardisierte Luftmessungen der Konzentrationen kolonienbildender Einheiten von Schimmelpilzen liefern trotz des erheblichen Messaufwandes keine Unterscheidung zwischen den einzelnen Schimmelpilzarten und vernachlässigen abgestorbene Mikroorganismen. Eine umfassende Identifizierung ist angesichts der großen Zahl dieser Arten a priori unrealistisch. Im Rahmen dieser Untersuchung wurde geprüft, inwieweit eine morphologische Sporencharakterisierung im Rasterelektronenmikroskop (MSC/REM) eine sinnvolle Klassierung und Unterscheidung der einzelnen Arten sowie eine Zuordnung zu bekannten Spezies (Sporenarten) erlaubt. Zur Anlage eines Referenzkatalogs wurden 50 Kulturen von 45 Schimmelpilzen und 5 thermophilen Actinomyceten der deutschen Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen auf Nährböden angezüchtet. Dem Vergleich mit Sporen in der Atemluft am Arbeitsplatz dienten Filter, die beim Sammeln von Hausmüll beaufschlagt worden waren. Für jeweils 30 Sporen der 50 Kulturen, für 178 Sporen von den Arbeitsplatzfiltern sowie für 104 Sporen beim Öffnen der Biotonne wurden die Größe (maximaler und minimaler Durchmesser), Form, Oberflächenstruktur (Art und Größe), Verbindungsstellen (Art und Größe) und Hinweise auf Vakuumdefekte im REM erfasst. 49 der Kulturen konnten durch diese Summenparameter für die Auswertung von jeweils 30 Sporen beschrieben werden. Der Referenzkatalog wurde aus diesen 49 Kulturen gebildet. Der Vergleich der 30 Einzelsporen einer der Sporenarten mit diesen Summenparametern ergibt für einen Teil der Sporen mehrere Zuordnungen. Im Vergleich mit dem Zuordnungsmuster einer unbekannten Einzelspore charakterisieren die Häufigkeiten dieser Zuordnungen die Sporenarten besser als die Summenparameter selbst. Die eindeutige Zuordnung zu einer der 49 Sporenarten wurde in drei Modellen für jeweils 30 Einzelsporen einer jeden der 49 Sporenarten getestet. Je Art wurden 0 bis 30 richtig positive (RP) und 0 bis 86 falsch positive (FP) Zuordnungen beobachtet. Zwischen den 3 Modellen bestanden erhebliche Unterschiede. So wurde eine Sensitivität SE 80 % (RP 24) nach Modell 1 für 20 und nach Modell 2und 3 für jeweils 18 der 49 Sporenarten erzielt. Die Einordnung lediglich in eine der 8 Gattungsgruppen ergab in allen Modellen eine Sensitivität von SE = 47 % bis 100 %. Für 178 Sporen von Arbeitsplatzfiltern ergeben die 3 Modelle zu 17 % bis 19 % eine der Gattungen Aspergillus, Eurotium, Emericella, zu 13 % bis 20 % Penicillium und jeweils 22 % nicht zuordenbare Sporen. Die Sensitivität und Spezifität der Zuordnung der 49 untersuchten Sporenarten lässt die MSC/REM-Methode für die Klassierung und Identifizierung von Schimmelpilzsporen arbeitsmedizinisch als geeignet erscheinen. Sie kann für den Nachweis einzelner Arten des Referenzkataloges zumindest als Screening-Methode gelten. Sind die Sporen keiner der 49 Arten zuzuordnen, kann eine morphologischen Charakterisierung und der Nachweis von Gruppen ähnlicher Sporen erfolgen. Weitere Reproduzierbarkeitsuntersuchungen und Erprobungen an realen Arbeitsplätzen mit hinreichend bekannter Zusammensetzung der Sporenkollektive werden empfohlen.