Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Бактерии-индикаторы - это типы бактерий, используемые для обнаружения и оценки уровня фекального загрязнения воды. Они не опасны для здоровья человека, но используются для обозначения наличия риска для здоровья.

Каждый грамм человеческих фекалий содержит примерно ~ 100 миллиардов (1 × 10 11 ) бактерий. [1] Эти бактерии могут включать виды патогенных бактерий, таких как Salmonella или Campylobacter , связанные с гастроэнтеритом . Кроме того, в кале могут содержаться болезнетворные вирусы , простейшие и паразиты . Фекалии могут попадать в окружающую среду из многих источников, включая очистные сооружения сточных вод , навоз домашнего скота или птицы, санитарные свалки, септические системы , отстой сточных вод., домашние животные и дикая природа. При попадании внутрь достаточного количества возбудители фекалий могут вызвать заболевание. Разнообразие и часто низкие концентрации патогенных микроорганизмов в окружающей среде затрудняют их индивидуальное тестирование. Поэтому государственные учреждения используют наличие других более многочисленных и более легко обнаруживаемых фекальных бактерий в качестве индикаторов наличия фекального загрязнения.

Критерии для индикаторных организмов [ править ]

Агентство по охране окружающей среды США (EPA) перечисляет следующие критерии для организма , чтобы быть идеальным индикатором фекального загрязнения: [ править ]

  1. Организм должен присутствовать всякий раз, когда присутствуют кишечные патогены.
  2. Организму должны быть полезны все виды воды.
  3. У организма должно быть более продолжительное время выживания, чем у наиболее стойких кишечных патогенов.
  4. Организм не должен расти в воде
  5. Организм должен находиться в кишечнике теплокровных животных.

Ни один из типов индикаторных организмов, которые используются в настоящее время, полностью не соответствует всем этим критериям, однако, когда учитываются затраты, использование индикаторов становится необходимым.

Типы индикаторных организмов [ править ]

Обычно используемые индикаторные бактерии включают общие колиформные бактерии или подгруппу этой группы, фекальные колиформные бактерии , которые обнаруживаются в кишечном тракте теплокровных животных. Общие колиформные бактерии использовались в качестве индикаторов кала государственными учреждениями США еще в 1920-х годах. Эти организмы могут быть идентифицированы на основании того факта, что все они метаболизируют сахарную лактозу, производя как кислоту, так и газ в качестве побочных продуктов. Фекальные колиформные бактерии более полезны в качестве индикаторов в рекреационных водах, чем общие колиформные бактерии, которые включают виды, которые естественным образом встречаются в растениях и почве; однако есть даже некоторые виды фекальных колиформных бактерий, которые не имеют фекального происхождения, например Klebsiella pneumoniae.. Возможно, самым большим недостатком использования колиформ в качестве индикаторов является то, что они могут расти в воде при определенных условиях.

Escherichia coli ( E. coli ) и энтерококки также используются в качестве индикаторов.

Современные методы обнаружения [ править ]

Мембранная фильтрация и культивирование на селективных средах [ править ]

Колонии энтерококков, растущие на селективном агаре после мембранной фильтрации.

Бактерии-индикаторы можно культивировать на средах , специально составленных для обеспечения роста представляющих интерес видов и подавления роста других организмов. Обычно пробы воды из окружающей среды фильтруют через мембраны с небольшими порами, а затем мембрану помещают на селективный агар. Часто необходимо изменять объем фильтруемой пробы воды, чтобы предотвратить образование слишком малого или слишком большого количества колоний на чашке. Бактериальные колонии можно подсчитать через 24–48 часов в зависимости от типа бактерий. Подсчеты представлены как колониеобразующие единицы на 100 мл (КОЕ / 100 мл).

Быстрое обнаружение с использованием хромогенных веществ [ править ]

Одним из методов обнаружения индикаторных организмов является использование хромогенных соединений, которые добавляют в обычные или недавно разработанные среды, используемые для выделения индикаторных бактерий. Эти хромогенные соединения модифицируются для изменения цвета или флуоресценции путем добавления ферментов или конкретных бактериальных метаболитов. Это позволяет легко обнаружить и избежать необходимости выделения чистых культур и подтверждающих тестов. [2]

Применение антител [ править ]

Иммунологические методы с использованием моноклональных антител могут использоваться для обнаружения индикаторных бактерий в пробах воды. Предварительное культивирование в выбранной среде должно предшествовать обнаружению, чтобы избежать обнаружения мертвых клеток. Технология антител ELISA была разработана, чтобы сделать возможным обнаружение невооруженным глазом для быстрой идентификации микроколоний кишечной палочки . В других случаях использования антител для обнаружения используются магнитные шарики, покрытые антителами, для концентрации и разделения ооцист и цист, как описано ниже для методов иммуномагнитного разделения (IMS). [2]

IMS / культура и другие быстрые методы, основанные на культуре [ править ]

Иммуномагнитная сепарация включает очищенные антигены, биотинилированные и связанные с парамагнитными частицами, покрытыми стрептоавидином. Необработанный образец смешивается с шариками, затем используется специальный магнит, чтобы удерживать целевые организмы у стенки пузырька, и несвязанный материал сливается. Этот метод можно использовать для восстановления определенных индикаторных бактерий. [2]

Методы, основанные на генных последовательностях [ править ]

Методы, основанные на генных последовательностях, зависят от распознавания эксклюзивных генных последовательностей, специфичных для конкретных штаммов организмов. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) и флуоресцентная гибридизация in situ (FISH) - это методы, основанные на последовательности генов, которые в настоящее время используются для обнаружения конкретных штаммов индикаторных бактерий. [2]

Стандарты качества воды для бактерий [ править ]

Стандарты питьевой воды [ править ]

В Рекомендациях Всемирной организации здравоохранения по качеству питьевой воды говорится, что кишечная палочка как индикаторный организм является убедительным доказательством недавнего загрязнения фекалиями и не должна присутствовать в воде, предназначенной для потребления человеком. В США правило EPA Total Coliform Rule гласит, что водная система не соответствует требованиям, если более 5 процентов ее ежемесячных проб воды содержат колиформные бактерии. [3]

Рекреационные стандарты [ править ]

Ранние исследования показали, что люди, которые плавали в водах со средней геометрической плотностью колиформ выше 2300/100 мл в течение трех дней, имели более высокие показатели заболеваемости. [4] В 1960-х годах эти цифры были преобразованы в концентрацию фекальных колиформ, предполагая, что 18 процентов от общего количества колиформ были фекальными. Следовательно, Национальный технический консультативный комитет в США рекомендовал следующий стандарт для рекреационных вод в 1968 году: 10 процентов от общего количества проб в течение любого 30-дневного периода не должны превышать 400 фекальных колиформ на 100 мл или среднее логарифмическое значение 200/100 мл ( на основе минимум 5 проб, взятых не более чем за 30-дневный период). [5]

Несмотря на критику, EPA снова рекомендовало этот критерий в 1976 году, однако агентство инициировало многочисленные исследования в 1970-х и 1980-х годах, чтобы преодолеть недостатки более ранних исследований. В 1986 году EPA пересмотрело свои рекомендации по бактериологическим критериям качества окружающей воды, включив в них кишечную палочку и энтерококки.

[5]

Подход Канадской национальной инициативы по агроэкологическим стандартам к характеристике рисков, связанных с загрязнением воды фекалиями и бактериальным качеством воды на сельскохозяйственных участках, заключается в сравнении этих участков с контрольными участками вдали от источников людей или домашнего скота. Этот подход обычно приводит к более низким уровням, если E. coli используется в качестве стандарта или «эталона», основанного на исследовании, которое показало, что патогены были обнаружены в 80% проб воды с содержанием менее 100 КОЕ E. coli на 100 мл. [6]

Оценка риска воздействия патогенов в рекреационных водах [ править ]

Большинство случаев бактериального гастроэнтерита вызвано пищевыми кишечными микроорганизмами, такими как Salmonella и Campylobacter ; однако также важно понимать риск контакта с патогенами через рекреационные воды. Это особенно характерно для водосборов, где отходы жизнедеятельности человека или животных сбрасываются в ручьи, а воды ниже по течению используются для купания или других видов отдыха. Другие важные патогены, помимо бактерий, включают вирусы, такие как ротавирус , гепатит А и гепатит Е, и простейшие, такие как лямблии , криптоспоридиумы и Naegleria fowleri . [7] Из-за трудностей, связанных с мониторингом патогенов в окружающей среде, оценка риска часто зависит от использования индикаторных бактерий.

New River , как он входит в Калифорнии темно - зеленый, белый (пена) и молочно - коричневый / зеленый. Фекальные колиформные бактерии и фекальные стрептококки постоянно обнаруживаются в реке Нью-Ривер на границе Мексики и США .

Эпидемиологические исследования [ править ]

В 1950-х годах в США была проведена серия эпидемиологических исследований для определения взаимосвязи между качеством воды в природных водах и здоровьем купающихся. Результаты показали, что пловцы чаще имели желудочно-кишечные симптомы, глазные инфекции, кожные заболевания, инфекции ушей, носа и горла и респираторные заболевания, чем не умеющие плавать, а в некоторых случаях более высокие уровни кишечной палочки коррелировали с более высокой частотой желудочно-кишечных заболеваний, хотя размеры выборки в этих исследованиях были небольшими. С тех пор были проведены исследования, подтверждающие причинную связь между плаванием и определенными последствиями для здоровья. Обзор 22 исследований, проведенных в 1998 г. [8], подтвердил, что риски для здоровья пловцов увеличиваются по мере увеличения количества индикаторных бактерий в рекреационных водах и чтоКонцентрации E. coli и энтерококков лучше всего коррелировали с результатами для здоровья среди всех изученных показателей. Относительный риск (ОР) заболевания у пловцов в загрязненной пресной воде по сравнению с пловцами в незагрязненной воде составлял 1-2 для большинства рассмотренных наборов данных. В том же исследовании сделан вывод о том, что бактериальные индикаторы плохо коррелируют с концентрациями вируса. [8]

Судьба и перенос болезнетворных микроорганизмов [ править ]

Выживание патогенов в отходах, почве или воде зависит от многих факторов окружающей среды, включая температуру, pH, содержание органических веществ, влажность, воздействие света и присутствие других организмов. [9] Фекалии могут оседать непосредственно, смываться в воду с сушей, переноситься через землю или сбрасываться в поверхностные воды по канализационным линиям, трубам или дренажным плитам. Риск контакта с людьми требует: (1) патогенных микроорганизмов, чтобы выжить и присутствовать; (2) патогены для воссоздания в поверхностных водах; и (3) лица, контактирующие с водой в течение достаточного времени или проглатывающие достаточное количество воды, чтобы получить инфекционную дозу. Скорость гибели бактерий в окружающей среде часто экспоненциальна, поэтому прямое отложение фекалий в воду обычно способствует более высокой концентрации патогенов, чем материал, который необходимо транспортировать по суше или под землей.

Воздействие на человека [ править ]

Как правило, детям, пожилым людям и лицам с ослабленным иммунитетом требуется меньшая доза патогенного организма, чтобы заразиться инфекцией. В настоящее время существует очень мало исследований, которые могут количественно оценить количество времени, которое люди могут проводить в рекреационных водах, и сколько воды они могут выпить. Как правило, дети чаще плавают, дольше остаются в воде, чаще погружают голову в воду и глотают больше воды. Это заставляет людей больше бояться воды в море, поскольку на них и вокруг них будет расти больше бактерий.

Количественная оценка микробиологического риска [ править ]

Количественные оценки микробиологического риска (QMRA) объединяют концентрации патогенных микроорганизмов в воде с зависимостями доза-реакция и данными, отражающими потенциальное воздействие, для оценки риска заражения.

Данные о воздействии воды обычно собираются с помощью анкет, но также могут быть определены на основе фактических измерений поглощенной воды или оценены на основе ранее опубликованных данных. Респондентов просят сообщить частоту, время и место воздействия, подробную информацию о количестве проглоченной воды и погружении головы, а также основные демографические характеристики, такие как возраст, пол, социально-экономический статус и состав семьи. После того, как собрано достаточно данных и определено, что они репрезентативны для населения в целом, они обычно соответствуют распределениям, и эти параметры распределения затем используются в уравнениях оценки риска. Данные мониторинга, отражающие наличие патогенов, прямое измерение концентраций патогенов, или оценки, основанные на концентрациях патогенов на основе концентраций индикаторных бактерий, также соответствуют распределениям. Доза рассчитывается путем умножения концентрации патогенов в объеме на объем. Доза-реакция также может соответствовать распределению.[10]

Управление рисками и последствия для политики [ править ]

Чем больше предположений сделано, тем более неопределенными будут оценки риска, связанного с патогенами. Однако даже при значительной неопределенности QMRA - хороший способ сравнить различные сценарии рисков. В исследовании, сравнивающем предполагаемые риски для здоровья от воздействия рекреационных вод, подверженных воздействию человеческих и нечеловеческих источников фекального загрязнения, QMRA определила, что риск желудочно-кишечных заболеваний от воздействия вод, подвергшихся воздействию крупного рогатого скота, аналогичен риску воздействия человеческих отходов, и эти были выше, чем для вод, подвергшихся воздействию фекалий чаек, кур или свиней. [11]Такие исследования могут быть полезны риск-менеджерам для определения того, как лучше всего сосредоточить свои ограниченные ресурсы, однако риск-менеджеры должны знать об ограничениях данных, используемых в этих расчетах. Например, в этом исследовании использовались данные, описывающие концентрации сальмонелл в куриных фекалиях, опубликованные в 1969 году. [12] Методы количественного определения бактерий, изменения в практике содержания животных и санитарии, а также многие другие факторы, возможно, повлияли на распространенность сальмонеллы с того времени. Кроме того, такой подход часто игнорирует сложную судьбу и процессы переноса, которые определяют концентрацию бактерий от источника до точки воздействия.

Решение бактериальных проблем с качеством воды [ править ]

В США отдельным штатам разрешено разрабатывать свои собственные стандарты качества воды на основе рекомендаций EPA в соответствии с Законом о чистой воде 1977 года. После утверждения стандартов качества воды штатам поручено осуществлять мониторинг своих поверхностных вод, чтобы определить, где возникают нарушения, и водораздел. Планы под названием « Общая максимальная суточная нагрузка» (TMDL) разработаны для направления усилий по улучшению качества воды, включая изменения допустимой нагрузки бактериями по точечным источникам и рекомендаций по изменениям методов, которые уменьшают вклад неточечных источников в количество бактерий. Кроме того, во многих штатах есть программы мониторинга пляжей, чтобы предупреждать пловцов при обнаружении высоких уровней индикаторных бактерий. [13]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Beactiviahealth. «Микрофлора кишечника» . Activia . Архивировано из оригинала на 2012-04-25.
  2. ^ a b c d Эшболт, Н., Сноцци, Г. и М. (2001). Качество воды: рекомендации, стандарты и здоровье. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ). Глава 13: Показатели микробиологического качества воды. п. 289-316
  3. ^ Агентство по охране окружающей среды США (EPA) (1989-06-29). «Питьевая вода; Национальные правила первичной питьевой воды; общие колиформные бактерии» (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия. 54 FR 27544 .
  4. ^ Стивенсон, А (1953). «Исследования качества воды для купания и здоровья» . Американский журнал общественного здравоохранения и здоровья нации . 43 (5): 529–538. DOI : 10,2105 / ajph.43.5_pt_1.529 . PMC 1620266 . PMID 13040559 .  
  5. ^ а б EPA (1986). «Критерии качества окружающей воды для бактерий - 1986» (PDF) . Документ №. EPA-440 / 5-84-002.
  6. ^ Край, TA; Эль-Шаарави, А .; Gannon, V .; Jokinen, C .; Kent, R .; Хан, IUH; Koning, W .; Лапен, Д .; Miller, J .; Neumann, N .; Phillips, R .; Робертсон, В .; Schreier, H .; Скотт, А .; Штепани, И .; Topp, E .; Wilkes, G .; ван Бохове, Э. (2011). «Исследование экологического эталона esherischi coli для патогенов, передающихся через воду в сельскохозяйственных водосборах в Канаде». Журнал качества окружающей среды . 40 : х – х.
  7. ^ «Патогены, передающиеся через воду» . Штат Монтана . Дата обращения 14 августа 2016 .
  8. ^ а б Прусс, А (1998). «Обзор эпидемиологических исследований воздействия на здоровье воды в рекреационных целях» . Международный журнал эпидемиологии . 27 (1): 1–9. DOI : 10.1093 / ije / 27.1.1 . PMID 9563686 . 
  9. ^ Гуан, Тат Йи; Р.А. Холли (2003). «Выживание патогенов в среде навоза свиней и передача кишечных заболеваний человека - обзор». Журнал качества окружающей среды . 32 (2): 383–392. DOI : 10,2134 / jeq2003.0383 .
  10. ^ Schets, Franciska M .; Schijven, Джек Ф .; де Рода Хусман, Ана Мария (2011). «Оценка воздействия на пловцов в водах для купания и плавательных бассейнах». Исследования воды . 45 (7): 2392–2400. DOI : 10.1016 / j.watres.2011.01.025 . PMID 21371734 . 
  11. ^ Соллер, Джеффри А .; Мэри Э. Шен; Тимоти Бартранд; Джон Э. Рэйвенскрофт; Николас Дж. Эшболт (2010). «Расчетные риски для здоровья человека от воздействия рекреационных вод, подверженных воздействию фекальных источников загрязнения человека и нечеловеческого происхождения». Исследования воды . 44 (16): 4674–4691. DOI : 10.1016 / j.watres.2010.06.049 . PMID 20656314 . 
  12. ^ Крафт, DJ; Каролин Олеховски-Герхардт; Дж. Берковиц; и М.С. Финштейн (1969). «Сальмонелла в отходах птицефабрик» . Прикладная микробиология . 18 (5): 703–707. DOI : 10,1128 / AEM.18.5.703-707.1969 . PMID 5370457 . 
  13. ^ EPA. «Мониторинг и оповещение на пляже» . Проверено 31 мая 2014 .