Use of Chemotaxonomy To Study the Influence of Benzalkonium Chloride on Bacterial Populations in Biodegradation Testing

Abstract

Contradictory results are reported for the behaviour of quaternary ammonium compounds (QACs) in sewage treatment plants (STPs). QACs may sorb onto activated sludge. Only little information is available with respect to effects of QACs against bacteria in STPs. Only 5 to 15 % of bacteria present in sewage sludge can be detected by means of culture dependent microbiological methods. The shift of the bacterial populations due to effects of test compounds have not been studied up to now with culture independent methods. The microbial populations shift was studied in situ using culture independent chemotaxonomy profiling ubiquinones and polyamines. Additionally, toxic effects of QACs against bacteria present in the test vessels of the Zahn-Wellens test (OECD 302 B) were assessed with a toxicity control in the test. The ubiquinone profiles representing changes in Gram-negative populations mainly showed that the activated sludge was affected only in test vessels containing benzalkonium chloride. According to chemotaxonomy Acinetobacter or/and some members of Pseudomonas spp. have been selected by benzalkonium chloride after some adaptation period (8 to 12 days). Chemotaxonomie zur Untersuchung des Einflusses des Desinfektionsmittels Benzalkoniumchlorid auf bakterielle Populationen in Abbautests Hinsichtlich des Verhaltens und des Abbaus von quartaren Ammoniumverbindungen werden in der Literatur widerspruchliche Ergebnisse berichtet. Einerseits kann neben dem biologischen Abbau Benzalkoniumchlorid an dem Belebtschlamm adsorbieren und dadurch auch eliminiert werden. Andererseits sind nur max. 5 bis 15 % der Bakterien des Klarschlamms bekannt und konnen mit klassischen Methoden kultiviert werden. Der Einfluss von Testsubstanzen auf bakterielle Populationen in Abbautests wurde bisher kaum mit kulturunabhangigen Methoden untersucht. Daher ist auch wenig Information bezuglich der Effekte von Desinfektionsmitteln wie Benzalkoniumchlorid gegenuber Bakterien in Klaranlagen und Abbautests verfugbar. Es wurden die Verschiebungen einiger mikrobiellen Populationen in Testgefasen des Zahn-Wellens-Tests (OECD 302 B) in situ mittels der kulturunabhangigen Chemotaxonomie untersucht. Es wurden dazu Ubichinone, Polyamine und Menachinone herangezogen. Erganzt wurden diese Untersuchungen durch Mitfuhren einer Toxizitatskontrolle im Test. Die Ubichinon-Profile zeigten, dass die durch die Marker erfassten Populationen des Belebtschlamms nur in Testgefasen, die Benzalkoniumchlorid enthalten, beeinflusst werden. Die Testbedingungen hatten demnach keinen entscheidenden Einfluss auf die Populationen in Batch-Tests wie dem hier verwandten Zahn-Wellens-Test. Nach einer Adaptationsperiode von 8 bis 12 Tagen wurden Acinetobacter und Pseudomonas Spezies durch Benzalkoniumchlorid selektiert.