Studium přímého a nepřímého účinku ionizujícího záření na spory Bacillus subtilis při různých dávkových příkonech

Abstract

Bakteriální spory představují formu jednoho z nejodolnějších organismů v biosféře. Zároveň dokážou být některé kmeny bakteriálních spor pro člověka toxické, což vede k požadavku jejich dostatečné inaktivace či eliminace vhodnými metodami. Jedním z prostředků, jak tohoto cíle dosáhnout je užití ionizujícího či UV záření. Diplomová práce se zabývá studiem interakce ionizujícího záření se sporami kmene Bacillus subtilis a vlivem ozařování na míru inaktivace těchto spor při použití různých dávkových příkonů. Teoretická část práce rozebírá popis bakteriálních spor a jejich rezistence vůči ionizujícímu záření. V rešeršní části práci jsou podrobně popsány dosud provedené experimenty s ionizujícím zářením a diskutovány jejich výsledky. Na základě znalosti prvkového rozložení v částech spory Bacillus subtilis je představen model bakteriální spory a jejích částí. Pomocí tohoto modelu je simulována interakce ionizujícího záření ve formě fotonů a elektronů se sporou. Výstupem simulací jsou efektivní hmotnostní součinitelé absorpce pro fotony a hmotnostní lineární brzdné schopnosti pro elektrony reprezentující jednotlivé části spory. V experimentální části jsou provedeny ozařovací experimenty s plazmidovou DNA k ověření dávkového rozsahu účinku použitého radikálového vychytávače. Výsledky z těchto měření jsou aplikovány v experimentech s urychlenými elektrony s nízkým dávkovým příkonem, při kterých byly ozařovány suspenze spor spolu s proměnnou koncentrací vychytávače. Pro studium účinku vysokých dávkových příkonů na inaktivaci spor je využit zdroj záření ve vodním okně. Tento zdroj je charakterizován dávkovým příkonem dosahujícím 2,9×1011 Gy·s-1. Z provedených experimentů jsou zkonstruovány křivky přežití a stanoveny hodnoty decimačních dávek. Rozdílné hodnoty decimačních dávek pro různé použité dávkové příkony jsou diskutovány v závěru práce.

Bacterial spores represent form of one of the most resistant organisms in the biosphere. At the same time, some strains can be toxic to humans, which leads to the requirement for their sufficient inactivation or elimination by appropriate methods. One of the approaches to reach this goal is to use ionizing or UV radiation. Scope of this thesis is to give a description of the interaction of ionizing radiation with spores of Bacillus subtilis strain and the effect of irradiation on the extent of inactivation of these spores by using different dose rates. The theoretical part of the thesis describes bacterial spores and their resistance to ionizing radiation. The research part of the thesis gives detailed description of the experiments that has been conducted to date using ionizing radiation and discusses their results. Based on the knowledge of the elemental distribution in the components of Bacillus subtilis, a model of the bacterial spore and its parts is presented. Using this model, the interaction of ionizing radiation in the form of photons with the spore model is simulated. The output of this simulation represents effective mass photo absorption coefficients for photons and mass stopping power coefficients for electrons for the spore components. In the experimental part, irradiation experiments with plasmid DNA are performed to verify the dose ranges of the effect of the radical scavenger used. Results from these measurements are applied in experiments using accelerated electrons with low dose rates in which spore suspensions were irradiated along with variable concentrations of the scavenger. To study the effect of high dose rates on the spore inactivation a source with the emission in the water window is used. This source is characterized by a dose rate reaching 2.9×1011 Gy·s-1. From the experiments performed, survival curves are constructed, and decimation dose values are determined. The different values of the decimation doses for the different dose rates used are discussed in the conclusion of the thesis.