미생물 멸균 이야기 (3); Lethality

오늘이 미생물학 마지막 수업입니다. 

미생물 명명법, 분류, 세포막, Endotoxin, Spore former, Growth kinetics, Sterilization kinetics 정도 알아봤습니다. 

회사에 입사해 생활하다가 더 필요한 부분이 있으면 일반 미생물학 책 찾아보시면 될거예요. 
저와는 회사에서 자주 쓰이고, 또는 혼자 공부하기엔 이해하기 어려운 부분만 골라서 알아봤습니다.

특히 Kinetics 관련된 부분은 아주 기본적인 내용만 알아봤습니다. 
수업한 부분만 이해하셨다면 다른 복잡한 수식이 나와도 충분히 이해하실 수 있을 거예요. 동물세포 배양 관련한 Kinetics 도 똑같습니다. 

너무 쉬워서 배운 것 같지 않고, 왕성한 탐구욕을 충족하기엔 부족해서 아직도 배가 고프신 분들은 제게 메일이나 톡 주세요. 탐구욕을 충분히 충족시켜드릴 수 있는 자료 제공은 가능합니다. 그 대신 제게 묻지 않는다는 조건으로요.... 

나머지 부분은 그냥 외워야 하는 것들이라, 제가 여러분들 보다 못합니다. 그냥 생활 하시다가 필요할 때, 필요한 부분 찾아서 읽어보면 될 것 같습니다. Googling도 좋은 방법이고요.

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오늘은 Sterilization Kinetics 의 마지막 부분입니다. 솔직히 앞에 것 몰라도 됩니다. 이것만 아시면 됩니다. 

'F0값은 121.1℃ 에서 멸균한 시간이다'

'미분은 점의 기울기이고 적분은 방정식 아래의 넓이이다' 로 미적분학을 퉁치는 것과 같습니다.

하지만 요것만 알아도 회사생활하는데 큰 지장은 없습니다.

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멸균하는 조건은 다양합니다. 저온 멸균, 간헐 멸균, Bioburden 을 줄이기 위해 실시하는 경우도 있습니다. 이런 다양한 멸균 조건이 있기 때문에 어느 정도 멸균이 되었는가를 판단할 수 있는 기준이 필요합니다.
그래서 1923년에 Ball이라는 사람이 임의로 그 기준을 설정했습니다. 그  기준은 F0=1min을 기준으로 합니다. 그리고 지난 수업의 마지막 방정식으로부터 Lethality Constant 또는 Lethal Effect 구하는 식을 만듭니다.

아래 그림을 보면서 한번 이해해 보시기 바랍니다.

결과적으로 F0값을 구하는 것이고, 121.1℃ 에서는 멸균시간이 곧 F0이고, 그것보다 온도가 낮으면 Z값을 감안하여 짧은 시간으로 반영하고, 더 높으면 긴 시간으로 반영합니다. 그게 다 입니다.

실제 멸균 기록지가 나오면 엑셀을 이용해서 F0 값 구하는 방법을 알아보겠습니다. 기본적인 방법은 1/X 적분값이 LN(X)임을 증명하는 방법과 비슷합니다.

www.dropbox.com/s/9r3gba7ic7it2fq/%ED%99%94%EB%A9%B4%20%EA%B8%B0%EB%A1%9D%202020-04-13%20%EC%98%A4%ED%9B%84%202.53.09.mov?dl=0

요즘 좋은 Validator (온도 기록기)는 자동으로 F0값을 계산해 줍니다.
실제로 회사에서는 계기가 F0값 구해주고, 전 시간에 보여드렸던 BI certificate에 나와 있듯이 미생물의 D값, Z값, CFU 수까지모두 알려줍니다. 그런데 그런 것들이 어떤 의미이고, 어떤 관계가 있는지 알고 이해해야 일을 하겠죠?
보고서도 쓰고요...
예외가 있다면 미생물을 이용해서 Whole Cell Vaccine 등을 제조할 경우에는 해당 미생물의 Z값, D값을 실험을 통해 얻어야 하는 경우도 있습니다.

다시 본론으로 돌아와서....

그러면 멸균 공정에서 F0는 몇 이상이 되어야 할까요? 
Bioburden 정도에 따라 다르겠지만 미국 약전(USP)나 cGMP Guideline에서는 최소 8분 이상이어야 한다고 합니다. 
Overkill 개념까지 도입하면 12분 이상이어야 하고, 그래서 보통 안전하게 15분을 기준으로 잡습니다. 
멸균되는 제품이 열에 의해 변형되는 것이 아니라면 30분 정도 하는 것이 Inspector들에게 말도 안 나오고 속 편합니다.

아래 그림 보시면서 Lethality, Probability Non-sterility 가 무엇인지 알아보시기 바랍니다. 이것을 이용해서 M/O가 몇 Log reduction 되는지도 알 수 있습니다.
8 log reduction이면 10^8CFU가 없어지는 것입니다. 1억CFU이지요.

 

한 가지 더 알아두셔야 할 것은 G. stearothermophilus spore나 되니까 Z값이 10℃ 이고 D 값이 1.5분이지 대부분의 미생물들은 이것의 1/10도 되지 않습니다. 15분 멸균이면 정말 과멸균입니다. 

그런데 30분 멸균해도 멸균이 안되는 경우가 굉장히 많습니다.
Steam의 종류, 다양한 Air-pocket의 존재, 열전도율, Autoclave 내부의 온도 분포, 바이오리엑터 등의 Pipe line에서의 스팀 및 응축수의 흐름 등 여러가지 요인 중 한가지라도 미흡하면 바로 오염입니다.

톨스토이의 '안나 까레리나'의 첫 문장이
"행복한 가정은 모두 엇비슷하고 불행한 가정은 불행한 이유가 제각기 다르다" 이랍니다.

오염 없이 진행되는 공정은 모든 것이 제대로 진행된 경우라 비슷해 보이지만, 오염된 공정의 오염 이유는 굉장히 다양합니다. 
그 오염 이유를 빠른 시간 내에 찾아낼 수 있는 능력이 진짜 실력입니다.