了解制药用水微生物分布结构特征

Klaus博士 2022-08-31

水在制药行业中扮演重要角色。水的用途包括：清洗、洗手，作为无菌和非无菌水性产品的成分，以及作为高压灭菌器的蒸汽供应等。由于其在药物生产中的重要性，水中的微生物控制就显得尤为重要。

由于水的存在，每一种药用水都是潜在的微生物污染源，尤其是在没有适当控制的情况下。控制不仅涉及通过生物负载测试回收的微生物数量，还需要了解水中存在的生物的类型，即对收集到的微生物进行鉴定。建立水系统的微生物检测体系具有重要的意义，不仅可以了解构成不同水系统的最常见微生物分离株，以及不同水质之间是否存在联系，而且通过建立制药用水系统微生物背景数据库，对趋势变化进行分析，从而了解它们是否指示了更严重的问题（例如生物膜）或它们是否对产品（进而对患者）构成特殊风险。

本文将从三个方面对制药用水微生物分布结构特征进行剖析：

制药用水的类别；
不同等级用水中的常见微生物分布；
目前的分析方法存在的不足之处。

Part

制药用水的类别

制药用水主要包括：饮用水、纯化水和注射用水三个等级。本文将饮用水的水源用水也纳入分析。相比制药用水，不同地区的水源水的水质差异巨大，这种差异主要取决于两个因素：第一个因素是集水区营养情况。这些河流要么是贫营养的河流，要么是营养丰富地区的河流；第二个因素是季节；天然水体中微生物的含量呈季节性分布曲线。

饮用水（Potable-Water）：通常为自来水公司供应的自来水或深井水。其质量必须符合国家标准GB5749-85《生活饮用水卫生标准》，含氯。

纯化水（Purified Water）： 饮用水经蒸馏法、离子交换法、反渗透法或其他适宜的方法制得的制药用的水、不含任何附加剂。纯化水可作为配制普通药物制剂的溶剂或试验用水，不得用于注射剂的配制。

注射用水（Water-for-Injection，WFI）： 是以纯化水作为原水，经特殊设计的蒸馏器蒸馏，冷凝冷却后经膜过滤制备而得的水。

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不同等级用水中的常见微生物分布

水源水。主要是革兰氏阴性菌。分类多样性水平很高。常见种类包括：铜绿假单胞菌、噬菌蛭弧菌、甲烷单胞菌、黄曲霉和弧菌茎杆菌；革兰氏阳性菌很少，通常是芽孢杆菌属；它是一个完整的生态系统，还包括真菌，原生动物和藻类。

饮用水。水源水经过氯化处理后，微生物的种类的数量都有显著的下降。研究收集了201个水样，鉴定出504个分离株。主要属是革兰氏阴性细菌，排名前十的主要的属见下表。

纯化水。生产纯化水的过程是通过反渗透进行的。研究收集了315个样品并回收了347个分离株。最常见的属是“假单胞菌型”微生物，其中最普遍的是Ralstonia（主要是R. picketti这个种）。R. pickettii和B. cepacia绝对是纯净水系统中最常见的分离株。排名前七的主要属见下表。

注射用水。通常很少从注射用水系统中回收微生物。这是由于生产水的方法（二级反渗透或纯化水蒸馏）和水的分布（通常将水保持在80°C或更高）的性质所致。如果水系统管道设计能避免所谓的“死角”（水流中断的区域）并且保持水流处于持续流动状态，则污染的风险会进一步降低。研究抽取并测试了46,800个WFI样本，收集到439个菌株。收集到的革兰氏阴性杆菌的属列表见下表。该表表明最常见的属是假单胞菌属和与假单胞菌有关的属。就物种而言，频率最高的物种是R. pickettii，其次是Burkholderia cepacia 和Flavimonas oryzihabitans。

总体而言，除去数量的差别，纯化水和注射用水的微生物的种类相比饮用水更为接近（见下图）。

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目前的分析方法存在的不足之处

基于水系统及微生物的特殊性，目前对水系统的微生物的检测还有一些不足的地方，主要有四个方面：

培养基的选择性问题。很多种类的微生物不能培养出来，尤其是Prosthecate bacteria（柄杆菌）, Mycobacterium species（分枝杆菌），Spirochaetes（螺旋体），Thiobacillus species（硫杆菌属）等种类。
采样方式的局限性。目前的采样大多针对自由漂浮状态的微生物，而不是对附着在底层上的微生物或生物膜群落的部分进行检测。
培养方式的局限性。在制药用水系统中发现的微生物主要是应激的、生长缓慢的菌株，生长前培养时间长。未来需要通过使用中间营养琼脂（如R3A）作为继代培养基；
鉴定方法的准确性。表型鉴定无法区分R. picketti和R. insidiosa，需要采用基因型鉴定。

本文回顾了制药用水系统微观世界中发现的细菌类型。即使大多数制药用水系统都受到控制，但有时微生物仍会存在，尽管数量很少。因此，作为一般指导，水系统应每年至少进行一次表征，为到达行动限的监控结果提供必要的参考，例如哪些是典型的和预期的微生物。

参考文献：

1. Geldreich EE, Taylor RH, Blannon JC, Reasoner DJ. Bacterial colonization of point-of-use water treatment devices. J Am Water Works Assoc 1985;77(2):72-80.

2. Sandle T. An approach for the reporting of microbiological results from water systems. PDA J Pharm Sci Technol. 2004;58(4):231–7.

3. Sandle T. Characterizing the Microbiota of a Pharmaceutical Water System-A Metadata Study. SOJ Microbiol Infect Dis. 2015;3(2): 1-8.

本文来源于“法迈制药”平台