バイオフィルムとデッドレグとは？水の検査が合格でも配管の壁で菌が育つのはなぜか

製薬用水のバイオフィルム微生物が配管や装置の表面に付着して形成する薄い膜状の集合体で、除去が困難で製薬用水の汚染源となりうる。詳しく →とは、精製水や注射用水の配管の内壁に菌が張り付き、粘液の膜の中で増えたもので、水が動かない行き止まりの配管（デッドレグ配管などで液がよどむ袋小路。洗いにくく、洗浄バリデーションのワーストケース箇所になりやすい。詳しく →）がとくに育ちやすい場所です。水のシステムを設計する人、バルブや配管部材を選ぶ人、採水の記録を読んで水を使ってよいかを判断する品質保証の人に関わります。

一方で、⁠採った水の検査が合格でも、壁に菌がいないとは言えません。 壁に張り付いた菌は、水を採って培養しても捕まりにくいからです。

この記事では、バイオフィルムとは何か、水の検査で見つけにくい理由、デッドレグが弱点になる理由、構造と運用での減らし方、自分の設備で何から確かめるかを順に説明します。

1. 配管のバイオフィルムとは？壁で菌が居着いた膜

配管の内壁に付いた菌が粘液を出し、その膜の中で増えて居着いたものです。 精製水や注射用水は有機物も無機物もきわめて少ない水です。それでも菌が増えるのは、菌が水の中ではなく、壁の表面で暮らすからです。

膜ができる順番は次のとおりです。

1. 壁に有機物が付く⁠：水に溶けたごく微量の有機物が、配管の内壁に吸着して濃縮されます。
2. 菌が付いて分裂する⁠：水中を流れてきた菌が壁に付着し、その有機物を使って増えます。
3. 粘液で膜を作る⁠：菌は多糖類を主体とした粘液を出し、その中に守られて居着きます。この粘液が、細胞外高分子物質（EPS）と呼ばれるものです。

水中を漂う菌と違い、膜の中の菌は流れに流されず、同じ場所で増え続けます。水の栄養が乏しくても、壁に濃縮されたわずかな有機物があれば足りるので、むしろ貧栄養に適応した菌が優勢です。

水が「きれい」であることは、菌が増えない理由になりません。では、なぜそれが水の検査で分からないのでしょうか。

2. 重要：水の検査が合格でも、なぜ安心できないのか

採水の検査で捕まるのは水中を流れている菌だけで、壁に定着した菌は数に入らないからです。 壁の菌は、膜の断片が剥がれて流れに乗ったときにだけ、使用点で突然高い菌数として現れます。

検査で見つけにくいことに加えて、落としにくいことも問題です。

• 消毒剤が届きにくい⁠：粘液が障壁になり、消毒剤が膜の内側の菌まで届きにくくなります。
• 結果が出るのが遅い⁠：微生物の培養には数日かかるため、結果が出るころには、その水はもう使われています。
• 死んでも発熱物質が残る⁠：水系に多いグラム陰性菌外膜をもつ細菌の分類。大腸菌が代表で、比較的壊しやすく外膜にエンドトキシンをもつ。詳しく →が死んでも、細胞壁に由来するエンドトキシン（発熱を起こす物質）は残り、熱にも強いままです。

これらが重なるため、注射用水では「菌を殺せばよい」では足りず、そもそも増やさない設計にします。

実際に、水のシステムが査察で問われた例があります。FDA（米国食品医薬品局）は2019年10月、2019年3〜4月に査察した Torrent Pharma の米国工場に警告書を出しました。製造設備のすすぎ水から Burkholderia cepacia（ブルクホルデリア・セパシア）という菌が見つかり、原因は水のシステムにありました。FDA は衛生設計の不備としてデッドレグとねじ込み式の配管の接続を挙げ、水の試験もこの菌を確実に検出するには不十分だと指摘しています。

検査結果が基準内であることは、配管の中の状態を保証しません。弱点がどこにできやすいかは、配管の構造の側から知っておきます。

3. 水が止まるデッドレグで、なぜ菌が育ちやすいのか

デッドレグは、主配管から枝分かれした先の、水が動かない区間です。そこでは水が止まって冷えるため、菌が付いて育ちやすくなります。 水を使う充填処方済みの溶液をバイアルやシリンジなどの容器へ無菌的に充填し、封止する製造工程。詳しく →機や調製タンク、洗浄装置は主配管の上にはないので、枝を出して末端にバルブを置きます。バルブを閉じている間、主配管からバルブまでの水は動きません。

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水が流れ続ける主配管では、菌は壁に付く前に流されやすく、付いたものにも流れの力がかかります。枝の中は流れがなく、主配管が高温で回っていても先は冷えやすいので、菌にとって都合のよい条件がそろいます。バルブを開ければ、その溜まった水がそのまま使用点に出ます。

枝の長さを配管径の何倍までに収めるか（L/D）という経験則は、古くから使われてきました。具体的な倍率は依拠する規格や年代で違い、近年の衛生設計の規格では、より短くする方向で整理されています（目標値と測る起点は注射用水の解説を参照）。

点検では、主配管より先に、使用点の手前の枝を見ます。では、すでにある枝は構造と運用でどう減らせるのでしょうか。

4. デッドレグは、構造と運用でどう減らすのか

水が止まる区間を構造でなくし、なくせない区間は運用で水を動かします。 配管を作り替えるのは容易ではないので、新設や改造では構造で、既設の配管では運用で手を打つのが現実的です。

構造で減らす

構造で打てる手は3つあります。

• ゼロデッドレグ型のバルブ⁠：弁座を主配管のすぐ際まで寄せ、水が溜まる区間そのものを作りません。
• 分岐側の循環（サブループ）：使用点の直前まで水を回し続けます。必要なときだけ回して衛生と消費を両立させる考え方は、サブループのニュースで紹介しています。
• 抜けきる勾配⁠：配管に傾きをつけ、水を止めたときに溜まらないようにします。

Torrent Pharma への警告書では、ねじ込み式の配管の接続も衛生設計の不備として問われました。壁の菌を抑える高温循環やオゾン消毒の選び方は、製薬用水システムの設計と運転にまとめています。なお、紫外線は通過する水にしか効かず、壁のバイオフィルムには届きません。

運用で減らす

既設の配管では、次の4つが効きます。

1. 使う前に流して捨てる⁠：取り出し口を使う前に一定量を流し（フラッシング）、溜まった水を使わないようにします。
2. 使わない口ほど流す⁠：週に1回しか使わない取り出し口がいちばん危ないため、意図的に流す日を決めます。
3. 消毒の周期を実データで決める⁠：菌数の推移を見て、増え始める前に消毒します。
4. 使わない枝をふさぐ⁠：誰も使っていない枝を、物理的に取り外すか閉じます。

とくに「使わない枝をふさぐ」は、増築や改造を重ねた工場で見落とされます。図面には残っていても誰も使っていない枝や、将来用に残した枝が、そのまま滞留部として残っていることがよくあります。

対策の多くは、「水を止めない」という1つの考え方に戻ります。残る問題は、その対策が効いているかをどう確かめるかです。

5. 自分の水システムでは、何から確かめるのか

用水系の監視は出荷の合否ではなく、傾向を見る管理として組みます。 導電率とTOC（水中の有機物の総量）は連続して測れ、エンドトキシングラム陰性菌の外膜由来の発熱性物質（LPS）で、注射剤では厳しく管理し、LAL試験などで測定します。詳しく →は数時間で結果が出ますが、微生物は培養に数日かかるからです。

日々のデータを並べて上昇の兆しをつかみ、先に手を打ちます。アラートの水準は、自社の運転履歴の分布から決めます（傾向外れの考え方）。平時のばらつきの幅を知っていれば、数値が跳ねたときに「いつもと違う」と言えます。

採水の設計では、次の3点でつまずきやすくなります。

• どこで採るか⁠：使用点、戻りの配管、貯槽のどこで採るかで、見えるものが変わります。
• 流す前か後か⁠：使用点で採るなら、フラッシングの前に採るか後に採るかをそろえます。
• どう輪番で回すか⁠：全使用点を毎日採るのは現実的でないため、回し方を決めます。

採り方が人によって違うと、その差が菌数の差に見えて傾向が読めなくなります。採り方をそろえたうえで、その方法が懸念する菌を拾えているかも確かめます。Torrent の警告書が問うたのも、この点でした。

ここまでを踏まえ、次の順に確かめます。

• 枝を実機で数える⁠：図面の分岐と実機の分岐を一本ずつ突き合わせ、使わない枝はふさぎます。
• 使用頻度の低い口を洗い出す⁠：週に1回以下しか使わない取り出し口を挙げ、流して捨てる（フラッシングする）運用を決めます。
• 枝の長さの基準を書き出す⁠：枝の長さと配管径の比（L/D）を、どの規格の値で、設計図と実機の両方で確かめたかを記録します。
• 消毒の周期を見直す⁠：周期が、菌数の推移から決めたものかを確かめます。
• 採水の方法をそろえる⁠：場所、頻度、フラッシングの前か後かを手順書作業の手順を定めた文書。品質システムの要素を具体化し、査察でも運用が確認される。詳しく →に書き、懸念する菌を拾える試験方法かを確かめます。
• アラートの水準を見直す⁠：水準を、自社の平時のデータから決めたかを確かめます。

生物側の指標の違いはバイオバーデンとエンドトキシンの違いで読めます。水を作る装置の候補は注射用水・精製水製造装置のページで比べられます。

参考文献

• Rapid Microbiology, FDA Issue Warning to Pharma Plant for Adverse Burkholderia cepacia Levels in Water System（Torrent Pharma への警告書。2019年3月11日から4月9日の査察、10月28日付。デッドレグとねじ込み式の配管接続、水の試験が B. cepacia の検出に不十分という指摘）
• FiercePharma, Torrent made children's OTC meds with bacteria-tainted water, FDA says（同じ警告書の報道）
• USP米国で医薬品・原料・試験法の公式基準を定める公定書で、製薬用水に関する規格も収載されている。詳しく → General Chapter 〈1231〉 Water for Pharmaceutical Purposes（製薬用水の設計、運転、監視とアクションレベルの考え方。本文は有償の USP-NF に収載）