Antibacterial properties of Scots pine and Norway spruce

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorHänninen, Tuomas, Dr., Aalto University, Department of Bioproducts and Biosystems, Finland
dc.contributor.advisorSiitonen, Anja, Prof. Emerita, National Institute for Health and Wellfare (THL), Finland
dc.contributor.authorVainio-Kaila, Tiina
dc.contributor.departmentBiotuotteiden ja biotekniikan laitosfi
dc.contributor.departmentDepartment of Bioproducts and Biosystemsen
dc.contributor.labWood material science and technologyen
dc.contributor.schoolKemian tekniikan korkeakoulufi
dc.contributor.schoolSchool of Chemical Technologyen
dc.contributor.supervisorRautkari, Lauri, Prof., Aalto University, Department of Bioproducts and Biosystems, Finland
dc.date.accessioned2017-11-03T10:02:45Z
dc.date.available2017-11-03T10:02:45Z
dc.date.defence2017-11-03
dc.date.issued2017
dc.description.abstractWooden surfaces in interior use hold potential for improving human health and wellbeing. The antibacterial properties of wood might reduce the possibility of cross-contamination from surfaces. In order to be able to control the hygienic quality of the wooden surface, the antibacterial effect should be better understood. The main aim of this thesis was to identify and evaluate the antibacterial properties of wood and its components.  Different methods were developed and used to study the antibacterial properties of Scots pine and Norway spruce, heartwood and sapwood. The solid wood surface showed clear antibacterial properties, even when the extractives had been removed with acetone. Studies with the extracts showed several human pathogens, including methicillin-resistant Staphylococcus aureus, to be susceptible to pine heartwood and sapwood in particular, and also, to some extent, spruce. Besides extractives, lignin was the only separate wood component showing antibacterial properties. Wood volatile organic compounds (VOCs), which were studied in gaseous form, showed an antibacterial effect against various human pathogens.  Several antibacterial compounds were found in all the extracts, however, they did not always explain the order of antibacterial activity between wood species. No single compound could alone explain the effect, hence the antibacterial effect derives either from different mechanisms in different species or from a synergistic effect. α-pinene and limonene could partly explain the antibacterial effect of the VOCs, but other components were also found to have an influence.  Wood was found to have various antibacterial parts and a diverse range of bacterial pathogens that were sensitive to it. These results offer a good ground for the exploitation of the hygienic properties of wood and a good starting point for enhancing them further. Additionally, the extracts showed promising qualities and they should be studied further in regard to resistant pathogens.en
dc.description.abstractPuupinnat sisätiloissa vaikuttavat positiivisesti ihmisten terveyteen ja hyvinvointiin. Puun antibakteeriset ominaisuudet saattavat vähentää pintojen kautta tapahtuvan kontaminaation todennäköisyyttä. Antibakteeristen ominaisuuksien parempi ymmärrys mahdollistaa puupintojen hygieenisen laadun paremman hallinnan. Tämän väitöskirjan päätavoite oli selvittää puun ja sen komponenttien antibakteerisia ominaisuuksia.  Männyn ja kuusen sydän- ja pintapuun antibakteerisuuden tutkimiseen käytettiin osin tätä työtä varten kehitettyjä menetelmiä. Puupinnan todettiin olevan antibakteerinen myös silloin, kun puun uuteaineet oli poistettu asetonilla. Uutteiden tarkempi tutkimus osoitti erityisesti männyn sydän- ja pintapuun, mutta jonkin verran myös kuusen uutteiden ehkäisevän useiden tautia aiheuttavien bakteereiden mm. metisilliinille resistentin Staphylococcus aureuksen (MRSA) kasvua. Uutteiden lisäksi ligniini oli ainoa erillinen komponentti, jolla todettiin antibakteerisia ominaisuuksia. Puusta haihtuvilla orgaanisilla yhdisteillä (VOC) todettiin antibakteerisia ominaisuuksia useita tautia aiheuttavia bakteerikantoja kohtaan.  Kaikissa uutteissa todettiin useita antibakteerisia yhdisteitä, mutta niiden määrä ei aina selittänyt eri puulajien antibakteerisuutta suhteessa toisiin puulajeihin. Mikään yksittäinen yhdiste ei yksin selittänyt antibakteerista vaikutusta, joten ilmiö johtuu joko eri puulajeilla eri mekanismeista tai synergisistä vaikutuksista. α-pineeni ja limoneeni selittivät osin VOCien antibakteerisia ominaisuuksia, mutta myös muilla yhdisteillä todettiin olevan vaikutusta.  Puun antibakteerisuuden todettiin johtuvan useista eri aineista ja tehoavan useisiin eri bakteereihin. Nämä tulokset tarjoavat hyvän lähtökohdan puun hygieenisten ominaisuuksien hyödyntämiseen ja niiden kehittämiseen. Uutteet osoittautuivat myös tehokkaiksi ja niiden ominaisuuksia erityisesti suhteessa resistentteihin bakteereihin kannattaisi tutkia lisää.fi
dc.format.extent70 + app. 50
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.isbn978-952-60-7620-1 (electronic)
dc.identifier.isbn978-952-60-7621-8 (printed)
dc.identifier.issn1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/28650
dc.identifier.urnURN:ISBN:978-952-60-7620-1
dc.language.isoenen
dc.opnKelley, Stephen, Prof., North Carolina State University, USA
dc.publisherAalto Universityen
dc.publisherAalto-yliopistofi
dc.relation.haspart[Publication 1]: Vainio-Kaila, T., Kyyhkynen, A., Viitaniemi, P., Siitonen, A. (2011) Pine heartwood and glass surfaces: easy method to test the fate of bacterial contamination. European Journal of Wood and Wood Products, 69:391-395. DOI: 10.1007/s00107-010-0453-7
dc.relation.haspart[Publication 2]: Vainio-Kaila, T., Rautkari, L., Nordström, K., Närhi, M., Natri, O., Kairi, M. (2013) Effect of extractives and thermal modification on antibacterial properties of Scots pine and Norway spruce. International Wood Products Journal 4:248-252. DOI: 10.1179/2042645313Y.0000000038
dc.relation.haspart[Publication 3]: Vainio-Kaila, T., Kyyhkynen, A., Rautkari, L., Siitonen, A. (2015) Antibacterial effects of extracts of Pinus sylvestris and Picea abies against Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis, Escherichia coli, and Streptococcus pneumoniae. BioResources, 10:7763-7771. DOI: 10.15376/biores.10.4.7763-7771
dc.relation.haspart[Publication 4]: Vainio-Kaila, T., Hänninen, T., Kyyhkynen, A., Ohlmeyer, M., Siitonen, A., Rautkari, L., (2017) Effect of volatile organic compounds from Pinus sylvestris and Picea abies on Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Streptococcus pneumonia and Salmonella enterica serovar Typhimurium. Holzforschung. DOI: 10.1515/hf-2017-0007
dc.relation.haspart[Publication 5]: Vainio-Kaila, T., Zhang, X., Hänninen, T., Kyyhkynen, A., Johansson, L-S., Willför, S., Österberg, M., Siitonen, A., Rautkari L. Antibacterial effect of wood structural components and extractives from Pinus sylvestris and Picea abies on methicillin resistant Staphylococcus aureus and Escherichia coli O157:H7. BioResources, 12:7601-7614.
dc.relation.ispartofseriesAalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONSen
dc.relation.ispartofseries179/2017
dc.revDaniel, Geoffrey, Prof., The Swedish University of Agricultural Sciences (SLU), Sweden
dc.revEk, Monica, Prof., Royal Institute of Technology (KTH), Sweden
dc.subject.keywordantibacterial wooden
dc.subject.keywordScot pineen
dc.subject.keywordNorway spruceen
dc.subject.keywordpuun antibakteeriset ominaisuudetfi
dc.subject.keywordmäntyfi
dc.subject.keywordkuusifi
dc.subject.otherBiotechnologyen
dc.titleAntibacterial properties of Scots pine and Norway spruceen
dc.titleMännyn ja kuusen antibakteeriset ominaisuudetfi
dc.typeG5 Artikkeliväitöskirjafi
dc.type.dcmitypetexten
dc.type.ontasotDoctoral dissertation (article-based)en
dc.type.ontasotVäitöskirja (artikkeli)fi
local.aalto.archiveyes
local.aalto.formfolder2017_11_03_klo_11_25
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
isbn9789526076201.pdf
Size:
3.55 MB
Format:
Adobe Portable Document Format