Morphological changes of Giardia lamblia cysts after treatment with ozone and chlorine

Yanning Li, Daniel W. Smith, and Miodrag Belosevic

Abstract: Morphological changes of Giardia lamblia cysts after treatment with ozone, free chlorine, or combinations of oxidants were documented using transmission electron microscopy. Experiments were conducted using in vitro-derived G. lamblia cysts. Nucleic acid staining employing LIVE/DEAD BacLight^TM was used for the evaluation of cyst viability. Cyst wall damage, plasmalemma breakage, lysis of peripheral vacuoles, and nuclear degradation were main features of cyst injury elicited by ozone or chlorine. Cell death pathways were found to be oxidant-specific. Morphological changes in G. lamblia cysts treated with both ozone and chlorine showed that the preconditioning of the cyst wall by exposure to the first oxidant allowed for easier penetration and increased damage induced by the second oxidant. Taken together, our results indicate that pretreatment of G. lamblia cysts with low doses of one oxidant significantly increases the susceptibility of the parasite to the sequentially applied second oxidant.

Key words: ozone, chlorine, oxidation, Giardia, inactivation, morphology, cell death, synergy.

Résumé : Les transformations morphologiques des kystes de Giardia lamblia après le traitement à l'ozone, au chlore libre ou à des combinaisons d'oxydants ont été documentées en utilisant un microscope électronique par transmission. Des expériences ont été effectuées en utilisant des kystes de G. lamblia cultivés in vitro. La viabilité des kystes a été évaluée par coloration des acides nucléiques au moyen du LIVE/DEAD BacLight^TM Viability Kit. Le dommage à la paroi des kystes, le bris du plasmalemme, la lyse des vacuoles périphériques et la dégradation nucléaire ont été les principales caractéristiques des dommages aux kystes déclenchés par l'ozone ou le chlore. Les voies de la mort cellulaire se sont avérées être spécifiques à l'oxydant. Les transformations morphologiques dans les kystes de G. lamblia traités avec l'ozone et le chlore ont démontré que le préconditionnement de la paroi des kystes par l'exposition à un premier oxydant a permis une pénétration plus facile et a augmenté le dommage induit par le second oxydant. Pris ensemble, nos résultats indiquent que le prétraitement des kystes de G. lamblia avec de faibles doses d'un oxydant a significativement accru la susceptibilité du parasite à l'oxydant appliqué par la suite.

Mots clés : ozone, chlore, oxydation, Giardia, inactivation, morphologie, mort cellulaire, synergie. [Traduit par la rédaction]