JP2012527352A - 殺生剤としてのハロゲン化アミドによるバイオフィルムの制御 - Google Patents
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Abstract
Description
本件は、米国仮出願整理番号第61/179,161号(2009年5月18日出願)(その全部を参照により本明細書に組入れる)の利益を主張する。
本発明は、水性系または水分含有系において、系をハロゲン化アミド殺生剤で処理することによってバイオフィルムを制御する方法に関する。
バイオフィルムは、微生物、水分、栄養、および表面の組合せが存在する殆どのあらゆる環境中で生育する。工業において、バイオフィルムは水系プロセス(例えば水の処理および分配)において生じる。微生物生育によって形成されるバイオフィルムは、設備およびパイプラインの腐食、系の閉塞、製品不良、およびエネルギー損失により、工業における甚大な経済的損失の原因となる。バイオフィルムは、自己成長高分子マトリクス内に被包された構造群を占める微生物の層の蓄積によって形成される。バイオフィルム内の微生物は、固着微生物として公知であり、一方、フリーの浮遊する非バイオフィルム微生物はプランクトン様である。
本発明は、水性系または水分含有系における固着微生物およびバイオフィルムを制御する方法を提供する。該方法は、水性系または水分含有系を、有効量の式(I):
RおよびR1は、それぞれ、ヒドロキシアルキル基およびシアノ基(−C≡N)であり、または
RおよびR1は、それぞれ、水素および式:
の化合物で処理することを含む。
上記のように、本発明は、水性系または水分含有系におけるバイオフィルムを制御する方法を提供する。該方法は、水性系または水分含有系を有効量の式(I)の化合物で処理することを含む。本発明者らは、驚くべきことに、式(I)の化合物が、固着細胞の制御に有効であることを発見した。加えて、該化合物はまた、水性系または水分含有系において(例えば系において操作する設備表面から)既に形成されたバイオフィルムの除去にも有効である。
を有する。
以下の組成物を例において評価する:
2,2−ジブロモ−3−ニトリロプロピオンアミド(「DBNPA」)はThe Dow Chemical Companyから得る。
2,2−ジブロモ−2−シアノ−N−(3−ヒドロキシプロピル)アセトアミド(DBCHA)の調製
0.1モルの3−アミノ−1−プロパノール(7.51g)を、0.1モルのメチルシアノアセテート(10.1g)の溶液(メタノール中(40g))に添加する。混合物を撹拌して60℃まで30分間加熱する。メタノール溶媒を反応生成物から減圧ストリップする。反応生成物を、任意の更なる精製を必要とせず、水中に溶解させ、0.1モルの臭素(16.0g)および0.03モルの臭素酸ナトリウム(5.0g)と反応させる。反応温度は30℃未満に保つ。臭素および臭素酸ナトリウムの添加が完了した後、反応混合物を30分間撹拌した後、pH3〜4まで、希薄水酸化ナトリウムで中和する。収量は0.09モルの2,2−ジブロモ−2−シアノ−N−(3−ヒドロキシプロピル)アセトアミド(28g)である。
加水分解に対する安定性:DBMALおよびDBNPAの比較
希薄溶液(0.5質量%未満)のDBMALおよびDBNPAを3つの異なるpHで調製する。標準緩衝溶液を用いて、pH6.9、8.0および9.0にて、pHを設定および維持する。次いで、これらの溶液を一定温度で、−1℃または30℃のいずれかで保持する。定期的に、分割量をHPLCによって分析して、残存するDBMALまたはDBNPAのレベルを評価する。結果を表1に示す。
バイオフィルム関連バクテリアに対する有効性
P.aeruginosa ATCC 10145のバイオフィルムを、Calgaryバイオフィルム装置(Innovotech,Alberta,Canada)内で42時間生育させる。トリプチケースソイ培地(TSB)をバイオフィルム装置内で培地として用いる。培養時間後、緩く結合した細胞を、滅菌0.85%NaClでリンスすることによって、浸漬したペグの表面上に生育するバイオフィルムから除去する。次いで、バイオフィルムをDBMAL(発明殺生剤)、グルタルアルデヒド(比較殺生剤)、またはDBNPA(比較殺生剤)で処理する。希薄塩溶液を、有効性検討用の試験媒体として用いる。該塩溶液は(脱イオン水1リットル当たりのグラム単位で)CaCl2,0.2203g;MgSO4,0.1847g;およびNaHCO3,0.2033gを含有する。溶液の最終pHは8.5に調整する。
バイオフィルム除去評価
Calgaryバイオフィルム装置を用いて、P.aeruginosa ATCC 10145のバイオフィルムを得る。TSBを培地として用い、バイオフィルムを42時間に亘って生育させる。次いで、表面上に生育するバイオフィルムを有するペグを、滅菌0.85%NaClで洗浄し、次いでDBMAL(発明殺生剤)またはDBNPA(比較殺生剤)で処理する。試験する活性物質の濃度は、試験媒体としての滅菌希釈塩溶液中、25ppm、50ppm、100ppmである。処理を37℃で4時間および24時間それぞれ実施する。滅菌脱イオン水を非処理対照として用いる。処理後、ペグを滅菌0.85%NaClで洗浄し、次いで各ペグ上のバイオマス/バイオフィルムを測定する(Stepanovicら,Journal of Microbiological Methods,2000,40,175−179参照)。まず、バイオフィルムを99%メタノールで固定し、風乾後、ペグを2%(w/v)クリスタルバイオレットで染色し、水道水で洗浄する。次いでペグを風乾し、バイオフィルムに結合したクリスタルバイオレットを33%氷酢酸で抽出する。抽出された溶液の光学密度(OD)を580nmで測定する。結果を図2に示す。
アメーバ増殖レジオネラの制御
レジオネラは天然および人工の系中(例えば冷却塔)で、アメーバを経て継代することで増殖するため、このようなアメーバに栄養を受けたレジオネラ形の根絶は、より重要で当面関連する。この例は、アメーバに栄養を受けたLegionella pneumophila(AfLp)を評価において好適な殺生剤として使用する。
以下の態様もまた開示される。
[1] 水性系または水分含有系における微生物を制御する方法であって、水性系または水分含有系を、有効量の式(I):
RおよびR 1 は、それぞれ、ヒドロキシアルキル基およびシアノ基(−C≡N)であり、または
RおよびR 1 は、それぞれ、水素および式:
の化合物で処理することを含み、
制御される微生物が固着微生物である、方法。
[2] Xがブロモである、上記[1]に記載の方法。
[3] 式(I)の化合物が:2,2−ジブロモ−2−シアノ−N−(3−ヒドロキシプロピル)アセトアミド;2,2−ジブロモマロンアミド;またはこれらの混合物である、上記[1]〜[2]に記載の方法。
[4] 該水性系または水分含有系が、pH5以上を有する、上記[1]〜[3]に記載の方法。
[5] 該水性系または水分含有系が、パルプおよび紙の工場、冷却塔操作、熱交換器、金属作動流体、逆浸透水加工、油田およびガス田の注入水、破砕水および生成水、油井およびガス井および貯留槽、脱気塔、油およびガスの操作系および輸送系、油およびガスの分離系および貯蔵タンク、油およびガスのパイプライン、ガス容器、便器、水泳プール、家庭排水、家庭用品表面、プロセス設備、下水道系、廃水および処理系、他の工業プロセス水、ボイラー系、バラスト水、ならびにこれらの系における設備、パイプ、チューブおよび他の表面である、上記[1]〜[4]に記載の方法。
[6] 該微生物が、バクテリアである、上記[1]〜[5]に記載の方法。
[7] 該微生物が、バクテリアである、上記[1]〜[6]のいずれか1項に記載の方法。
[8] 該微生物が、レジオネラ属の種である、上記[1]〜[7]のいずれか1項に記載の方法。
[9] 該微生物が、生存アメーバ内で増殖したレジオネラ種である、上記[1]〜[8]のいずれか1項に記載の方法。
[10] 系が、精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜、逆浸透膜およびイオン交換膜の少なくとも1つから選択される少なくとも1つの半透膜を含む膜系濾過システムを含み;該方法が、式(I)の化合物を供給物溶液に添加し、次いで該供給物溶液を該半透膜と接触させることを含む、上記[1]〜[9]に記載の方法。
[11] 該膜系濾過システムが、少なくとも:i)1つの精密濾過膜または限外濾過膜およびii)少なくとも1つのナノ濾過膜または逆浸透膜;を含む、上記[1]〜[10]に記載の方法。
[12] 該供給物溶液が、pH少なくとも9を有する、上記[1]〜[11]に記載の方法。
[13] 該供給物溶液が、pH少なくとも11を有する、上記[1]〜[12]に記載の方法。
Claims (13)
- Xがブロモである、請求項1に記載の方法。
- 式(I)の化合物が:2,2−ジブロモ−2−シアノ−N−(3−ヒドロキシプロピル)アセトアミド;2,2−ジブロモマロンアミド;またはこれらの混合物である、請求項1〜2に記載の方法。
- 該水性系または水分含有系が、pH5以上を有する、請求項1〜3に記載の方法。
- 該水性系または水分含有系が、パルプおよび紙の工場、冷却塔操作、熱交換器、金属作動流体、逆浸透水加工、油田およびガス田の注入水、破砕水および生成水、油井およびガス井および貯留槽、脱気塔、油およびガスの操作系および輸送系、油およびガスの分離系および貯蔵タンク、油およびガスのパイプライン、ガス容器、便器、水泳プール、家庭排水、家庭用品表面、プロセス設備、下水道系、廃水および処理系、他の工業プロセス水、ボイラー系、バラスト水、ならびにこれらの系における設備、パイプ、チューブおよび他の表面である、請求項1〜4に記載の方法。
- 該微生物が、バクテリアである、請求項1〜5に記載の方法。
- 該微生物が、バクテリアである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 該微生物が、レジオネラ属の種である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- 該微生物が、生存アメーバ内で増殖したレジオネラ種である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 系が、精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜、逆浸透膜およびイオン交換膜の少なくとも1つから選択される少なくとも1つの半透膜を含む膜系濾過システムを含み;該方法が、式(I)の化合物を供給物溶液に添加し、次いで該供給物溶液を該半透膜と接触させることを含む、請求項1〜9に記載の方法。
- 該膜系濾過システムが、少なくとも:i)1つの精密濾過膜または限外濾過膜およびii)少なくとも1つのナノ濾過膜または逆浸透膜;を含む、請求項1〜10に記載の方法。
- 該供給物溶液が、pH少なくとも9を有する、請求項1〜11に記載の方法。
- 該供給物溶液が、pH少なくとも11を有する、請求項1〜12に記載の方法。
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