Организмы-индикаторы используются в качестве заместителя для мониторинга условий в конкретной среде, экосистеме, районе, среде обитания или потребительском продукте. Определенные бактерии , грибки и яйца гельминтов используются для различных целей.
Типы
Индикаторные бактерии
Определенные бактерии могут использоваться в качестве индикаторных организмов в определенных ситуациях, например, когда они присутствуют в водоемах. Сами индикаторные бактерии могут не быть патогенными, но их присутствие в отходах может указывать на присутствие других патогенов. [1] Подобно тому, как существуют различные типы индикаторных организмов, существуют также различные типы индикаторных бактерий. Наиболее частыми индикаторами являются общие колиформные бактерии, фекальные колиформные бактерии, кишечная палочка и энтерококки. [2] Присутствие в поверхностных водах бактерий, обычно обнаруживаемых в фекалиях человека, называемых бактериями группы кишечной палочки (например, E. coli ), является обычным индикатором фекального загрязнения . Способы, с помощью которых патогены, обнаруженные в фекалиях, могут попадать в водоемы для рекреационных целей, включают, помимо прочего, канализацию, септические системы, городские стоки, прибрежные отходы, связанные с отдыхом, и отходы животноводства. [2]
По этой причине программы санитарии часто проверяют воду на наличие этих организмов, чтобы гарантировать, что системы питьевой воды не загрязнены фекалиями. Это тестирование может быть выполнено с использованием нескольких методов, которые обычно включают взятие образцов воды или пропускание большого количества воды через фильтр для отбора образцов бактерий, а затем тестирование, чтобы увидеть, растут ли бактерии из этой воды на селективных средах, таких как агар МакКонки . Агар МакКонки будет способствовать росту только грамотрицательных бактерий, и бактерии будут расти по-разному в зависимости от того, как они метаболизируют лактозу или от отсутствия способности ее метаболизировать. [3] Кроме того, образец можно протестировать, чтобы увидеть, используются ли в нем различные питательные вещества способами, характерными для бактерий группы кишечной палочки. [4]
Колиформные бактерии, выбранные в качестве индикаторов фекального загрязнения, не должны сохраняться в окружающей среде в течение длительных периодов времени после оттока из кишечника, и их присутствие должно быть тесно связано с загрязнением другими фекальными организмами. Организмы-индикаторы не обязательно должны быть патогенными. [5]
Неколипидные бактерии, такие как Streptococcus bovis и некоторые клостридии, также могут использоваться в качестве показателя фекального загрязнения. [6]
Присутствие индикаторных бактерий измеряется в различных экосистемах, а иногда и вместе с другими измерениями. В районе Великих озер было проведено исследование как на концентрацию фекальных индикаторных бактерий (FIB), так и на маркеры генов патогенов. [7] FIB, измеренный в этом исследовании, включал фекальные колиформные бактерии, кишечную палочку и энтерококки. [7] FIB были собраны с помощью методов мембранной фильтрации и серийных разведений, в результате чего были получены образцы, которые можно было культивировать и использовать для проведения ПЦР и амплификации рассматриваемых патогенных генов. [7] Среди 22 точек отбора образцов было проанализировано 165 образцов, и было обнаружено, что концентрации E. coli колеблются от менее 2 до 26 000 КОЕ / 100 мл, энтерококки - от менее 2 до 31 000 КОЕ / 100 мл, а фекальные колиформные бактерии - от 2 до 31 000 КОЕ / 100 мл. от 2 до 950 КОЕ / 100 мл. [7]
Другой пример индикаторных бактерий, измеряемых в целях безопасности, находится в Малибу, Калифорния. Штат Калифорния требует, чтобы пляжи с более чем 50 000 посетителей в год контролировались на предмет FIB. [8] Высокие концентрации FIB, превышающие допустимые по EPA, наблюдались в лагуне Малибу и на других пляжах Малибу. [8] Измерение высоких уровней FIB приводит к поиску, чтобы определить, каковы источники. Потенциальные источники FIB в районе Малибу включают отходы из систем очистки сточных вод, стоки от местных застроек и отходы дикой природы. [8] Обычные FIB были измерены, включая энтерококки, уровень которых достиг 242 000 MPN / 100 мл в местных системах очистки сточных вод. [8] Измерение FIB широко распространено и используется для обеспечения безопасной воды.
В Техасе наличие и распространение FIB, в частности фекальных колиформ и кишечной палочки, были измерены в потоках, которые поступают из международного аэропорта Даллас-Форт-Уэрт и его окрестностей. [9] Эти потоки, принимающие отходы, являются домом для водных организмов, используются в рекреационных целях и в качестве мест для рыбной ловли. [9] Существуют различные стандарты, обеспечивающие безопасность всех организмов, присутствующих в экосистеме, включая человека. E. coli используется в качестве индикатора небезопасного или ниже стандартного качества воды для рекреационных целей в Техасе. [10] Стандарты уровней E. coli, которые объявляют контактный отдых небезопасным, представляют собой среднее геометрическое более 126 КОЕ / 100 мл или более четверти образцов, измеряющих уровни более 394 КОЕ / 100 мл. [10] Были протестированы различные сайты, в некоторых из них было обнаружено, что уровень E. coli превышает допустимый, и поэтому они не поддерживали рекреационное использование. [9] Это еще один пример того, как тестирование на индикаторные бактерии используется для определения того, безопасны ли водоемы для различных целей, особенно для рекреационных целей.
Индикаторные грибы
Виды Penicillium , Aspergillus niger и Candida albicans используются в фармацевтической промышленности для тестирования микробных пределов, оценки бионагрузки, валидации методов, тестов на противомикробные препараты и тестирования контроля качества. [11] При использовании в этом качестве Penicillium и A. niger являются компендиальными организмами-индикаторами плесени. [11]
Такие плесени , как Trichoderma , Exophiala , Stachybotrys , Aspergillus fumigatus , Aspergillus versicolor , Phialophora , Fusarium , Ulocladium и некоторые дрожжи, используются в качестве индикаторов качества воздуха в помещении. [12] [13] [14]
Метагеномные методы позволяют секвенировать целые популяции микроорганизмов за одну операцию. С помощью метагеномного секвенирования можно использовать все сообщество грибковых организмов или микобиом в почве или воде данного района в качестве биологического индикатора [15] антропогенной активности, такой как переполнение сточных вод из городской зоны или удобрения и пестициды. сток с сельскохозяйственного.
Было обнаружено, что состав грибных сообществ является хорошим индикатором таких свойств окружающей среды, как pH, высота над уровнем моря и температура воды. Шове [16] использовал этот подход для измерения этих переменных в масштабах всей экосистемы с помощью сети станций мониторинга на 27 ручьях на юго-западе Франции.
Cudowski et al . [17] собрали образцы грибов в воде Августовского канала на востоке Польши. Они взяли множество стандартных мер качества воды - температуру, насыщение кислородом, pH и уровень растворенного азота, органического углерода и серы. Они идентифицировали виды с помощью микроскопических методов и анализа RFLP. Они обнаружили 38 видов грибов, в том числе 12 гифомицетов и 13 потенциальных патогенов, принадлежащих либо дерматофитам, либо родственникам C. albicans. Cudowski et al. обнаружили, что они могут определить, был ли взят образец воды из естественной (озерной) или искусственной части канала. Они также обнаружили, что три основные группы грибов, которые они обнаружили, гифомицеты, дерматофиты и родственники Candida, могут предсказать многие из своих измерений качества воды, которые сформировали два кластера при анализе избыточности.
Bouffand et al . [18] использовали арбускулярные микоризальные грибы (AMF), бесполую кладу грибов, которые образуют симбиотические отношения с корневой системой растений, в качестве индикаторов для оценки функции почвы и биоразнообразия на многих участках по всей Европе. Они взяли образцы почвы в различных климатических зонах (атлантической, континентальной, средиземноморской, альпийской) и трех режимах землепользования (пахотные, пастбищные, лесные) и секвенировали ДНК грибов, содержащихся в почве. Они обнаружили восемь индикаторных видов для pH почвы: четыре, которые присутствовали только при pH ниже 5, три для pH> 5 и один для pH> 7. Они обнаружили восемь индикаторов землепользования: два для лесов, пять для фермерских хозяйств и пастбища, и по одному для обоих. Они также обнаружили один индикаторный гриб, который присутствовал при высоком содержании органического углерода в почве, а другой - при низком уровне.
Индикатор яиц гельминтов
Яйца гельминтов (или яйцеклетки) являются хорошим индикатором для оценки безопасности систем санитарии и повторного использования сточных вод для восстановления ресурсов, потому что они являются наиболее экологически устойчивыми патогенами среди всех патогенов ( вирусов , бактерий , простейших и гельминтов) и в крайних случаях могут выжить. в почве несколько лет. [19] Обычно яйца гельминтов обнаруживаются в воде, почве и источниках пищи, загрязненных фекалиями, поступающими из сточных вод и ила.
Яйца гельминтов, обнаруженные в сточных водах и иле, происходят от гельминтов, передаваемых через почву (ГПГ), к которым относятся Ascaris lumbricoides (Ascaris), Anclostoma duodenale и Necator americanus (анкилостом) и Trichuris trichiura (власоглав). [20] Аскариды и власоглавы, обнаруженные в системах многократного использования сточных вод, могут вызывать определенные заболевания и осложнения при попадании в организм людей и свиней. [21] Анкилостомы сажают и высиживают своих личинок в почву, где они растут до зрелости. Когда яйца анкилостомы полностью развиваются, они заражают организмы, ползая через кожу. [22]
По данным Всемирной организации здравоохранения , чтобы не вызывать серьезных инфекций от яиц гельминтов, разрешается использовать не более 1 яйца гельминтов на литр, используемого для сельского хозяйства и орошения. [23] Более высокая концентрация яиц гельминтов в почве, сточных водах и иле в слаборазвитых странах, где существуют проблемы с санитарными методами, более высока. Примеры включают Тунис, [24] Перу, [25] Гана, [26] Вьетнам, [27] и другие.
Методика тестирования зависит от типа образца. [28] Когда яйцеклетки гельминтов находятся в иле, используются такие процессы, как стабилизация после щелочной реакции, кислотная обработка и анаэробное переваривание , чтобы уменьшить количество яйцеклеток гельминтов в областях, где их много. Эти методы позволяют яйцеклеткам гельминтов соответствовать нормам для здоровья - ≤1 яйцеклетка гельминтов на литр. Обезвоживание используется для инактивации яйцеклеток гельминтов в фекальном иле. Этот тип инактивации происходит, когда фекалии хранятся 1-2 года, присутствует высокое общее содержание твердых веществ (> 50-60%), добавляются такие предметы, как листья, известь, земля и т. Д., И при температуре 30 ° C. ℃ или выше. [22]
Смотрите также
- Колиформные бактерии
- Колиформный индекс
- Кишечная палочка
- Индикаторные виды
Рекомендации
- ^ Благородный, RT; Мур, Д. Ф.; Ликастер, МК; McGee, CD; Вайсберг, С.Б. (апрель 2003 г.). «Сравнение общей колиформной, фекальной колиформной и энтерококковой бактериальных индикаторов реакции для тестирования качества воды в океане для отдыха» . Исследования воды . 37 (7): 1637–1643. DOI : 10.1016 / s0043-1354 (02) 00496-7 . ISSN 0043-1354 . PMID 12600392 .
- ^ а б Глава 17: Бактерии-индикаторы потенциальных патогенов. Добровольный мониторинг лимана: Руководство по методам . Агентство по охране окружающей среды США. 2006 г.
- ^ Юнг, Бенджамин; Хойлат, Жиль Дж. (2021 г.), «MacConkey Medium» , StatPearls , Treasure Island (FL): StatPearls Publishing, PMID 32491326 , получено 26 апреля 2021 г.
- ^ Эшболт Н.Дж., Грабов В.О., Сноцци М. «13: Индикаторы микробиологического качества воды». Оценка микробной безопасности питьевой воды (PDF) . Всемирная организация здоровья. С. 293–295 . Проверено 16 июля +2016 .
- ^ «Фекальные колиформные бактерии как индикаторный организм» (PDF) . Информационная справка по очистке сточных вод . Департамент экологических служб Нью-Гэмпшира. 2003 . Проверено 30 ноября 2007 года .
- ^ Герарди, Майкл Х .; Мел С. Циммерман (январь 2005 г.). Майкл Х. Герарди (ред.). Патогены сточных вод . Серия микробиологии сточных вод. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., стр. 147. ISBN. 978-0-471-20692-7.
- ^ a b c d Бреннан, AK, Джонсон, HE, Totten, AR, Duris, JW, Геологическая служба (США) и Инициатива восстановления Великих озер (США). (2015). Встречаемость и распространение фекальных индикаторных бактерий и генных маркеров патогенных бактерий в притоках великих озер, март-октябрь 2011 г. (Ser. Open-file report, 2015-1013). Министерство внутренних дел США, Геологическая служба США. https://permanent.fdlp.gov/gpo55630/ofr2015-1013.pdf
- ^ a b c d Избицки Дж., Геологическая служба (США) и Малибу (Калифорния). (2011). Распространение фекальных индикаторных бактерий вдоль побережья Малибу, Калифорния (Ser. Open-file report, 2011-1091). Министерство внутренних дел США, Геологическая служба США. https://permanent.fdlp.gov/gpo138800/ofr20111091.pdf
- ^ a b c Харвелл, Г.Р., Мобли, Калифорния, Мобли, Калифорния, Международный аэропорт Даллас-Форт-Уэрт, Геологическая служба (США), Международный аэропорт Даллас-Форт-Уэрт и Геологическая служба (США). (2009). Возникновение и распространение бактерий-индикаторов фекалий, а также физико-химические индикаторы качества воды в ручьях, принимающих сток из международного аэропорта Даллас / Форт-Уорт и его окрестностей, северо-центральный Техас, 2008 г. (Сер. Отчет о научных исследованиях, 2009-5103). Геологическая служба США. https://pubs.usgs.gov/sir/2009/5103/pdf/sir2009-5103.pdf
- ^ a b Техасская комиссия по качеству окружающей среды, 2008a, 2000 Техасские стандарты качества поверхностных вод: по состоянию на 4 ноября 2008 г., http://www.tceq.state.tx.us/permitting/water_quality/wq_assessment/standards / WQ_standards_2000. html
- ^ а б Клонц, Люсия (2009). «Интересующие микроорганизмы». Тесты на микробиологический предел и бионагрузку: подходы к валидации и глобальные требования, второе издание (2-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. стр. 31 -33. ISBN 9781420053494.
- ^ Янтунен, Матти; Яаккола, Джоуни Дж. К.; Krzyzanowski, M., eds. (1997). «20: Бактерии и грибы». Оценка воздействия загрязнителей воздуха внутри помещений, Европейская серия региональных публикаций ВОЗ, № 78 . Копенгаген: Европейское региональное бюро ВОЗ. С. 101–102. ISBN 9289013427.
- ^ Коул, Юджин С .; Dulaney, Pamela D .; Leese, Keith E .; Холл, Ричард М .; Фоард, Карин К .; Franke, Deborah L .; Майерс, Фрэнк М .; Берри, Майкл А. (1996). «Отбор проб биозагрязнителей и анализ пыли в помещениях: характеристика потенциальных источников и стоков». В "Тихеноре", Брюс А. (ред.). Характеризуя источники загрязнения воздуха внутри помещений и связанные с ними эффекты стоков, Том 1287 . Вест Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International. п. 164. ISBN 9780803120303.
- ^ Хейккинен, MSA; Hjelmroos-Koski, MK; Haggblom, MM; Macher, JM (2004). «Глава 13: Биоаэрозоли». In Ruzer, LS; Харли, штат Нью-Хэмпшир (ред.). Справочник по аэрозолям: измерение, дозиметрия и воздействие на здоровье . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. С. 377–378. ISBN 9780203493182.
- ^ Бай, Яохуэй; Ван, Цяоцзюань; Ляо, Кайлинли; Цзянь, Чжиюй; Чжао, Чен; Цюй, Цзюхуэй (21 декабря 2018 г.). «Грибное сообщество как биоиндикатор для отражения антропогенной деятельности в речной экосистеме» . Границы микробиологии . 9 : 3152. DOI : 10,3389 / fmicb.2018.03152 . ISSN 1664-302X . PMC 6308625 . PMID 30622523 .
- ^ Шове Е, (1991). «Распространение водных гифомицетов на юго-западе Франции». Журнал биогеографии . 18 : 699–706.
- ^ Cudowski, A .; Петричук, А .; Хаушильд, Т. (1 февраля 2015 г.). «Водные грибы в зависимости от физических и химических параметров качества воды в Августовском канале» . Грибковая экология . 13 : 193–204. DOI : 10.1016 / j.funeco.2014.10.002 . ISSN 1754-5048 .
- ^ Буффо, Мари-Лара; Creamer, Rachel E .; Камень, Доте; Плассар, Пьер; Ван Туйнен, Дидерик; Лемансо, Филипп; Випф, Дэниел; Редеккер, Дирк (1 декабря 2016 г.). «Виды-индикаторы и совместная встречаемость в сообществах арбускулярных микоризных грибов в европейском масштабе» . Биология и биохимия почвы . 103 : 464–470. DOI : 10.1016 / j.soilbio.2016.09.022 . ISSN 0038-0717 .
- ^ ВОЗ (2006). Руководство по безопасному использованию сточных вод, экскрементов и серых вод, Том 4, Использование экскрементов и серых вод в сельском хозяйстве (третье изд.). Женева: Всемирная организация здравоохранения. ISBN 9241546859.
- ^ Профилактика, Центры контроля заболеваний CDC и (13 января 2021 г.). «CDC - гельминты, передающиеся через почву» . www.cdc.gov . Проверено 27 апреля 2021 года .
- ^ Наварро, I .; Хименес, Б. (1 апреля 2011 г.). «Оценка критериев ВОЗ для яиц гельминтов с использованием подхода QMRA для безопасного повторного использования сточных вод и ила в развивающихся странах» . Водные науки и технологии . 63 (7): 1499–1505. DOI : 10,2166 / wst.2011.394 . ISSN 0273-1223 . PMID 21508556 .
- ^ а б Jiménez, B .; Maya, C .; Гальван, М. (1 сентября 2007 г.). «Борьба с яйцами гельминтов в сточных водах и илах для усовершенствованной и традиционной санитарии» . Водные науки и технологии . 56 (5): 43–51. DOI : 10,2166 / wst.2007.555 . ISSN 0273-1223 . PMID 17881836 .
- ^ «ВОЗ | Руководство по безопасному использованию сточных вод, экскрементов и серых вод - Том 4» . ВОЗ . Проверено 27 апреля 2021 года .
- ^ Риахи, Халифа; Мамму, Абдалла Бен; Тайер, Бешир Бен (30 января 2009 г.). «Фильтры из волокон финиковой пальмы как потенциальная технология для доочистки бытовых сточных вод» . Журнал опасных материалов . 161 (2–3): 608–613. DOI : 10.1016 / j.jhazmat.2008.04.013 . ISSN 0304-3894 . PMID 18502040 .
- ^ Яя-Беас, Роза-Елена; Кадильо-Ла-Торре, Эрика-Алехандра; Куява-Роевельд, Катаржина; Ван Льер, Жюль Б.; Zeeman, Grietje (1 марта 2016 г.). «Присутствие яиц гельминтов в бытовых сточных водах и их удаление на низкотемпературных реакторах UASB в высокогорных районах Перу» . Исследования воды . 90 : 286–293. DOI : 10.1016 / j.watres.2015.11.023 . ISSN 0043-1354 . PMID 26748206 .
- ^ Sengupta, Mita E .; Кераита, Бернард; Ольсен, Аннет; Boateng, Osei K .; Thamsborg, Stig M .; Pálsdóttir, Guðný R .; Дальсгаард, Андерс (1 июля 2012 г.). «Использование экстрактов семян Moringa oleifera для уменьшения количества яиц гельминтов и мутности в поливной воде» . Исследования воды . 46 (11): 3646–3656. DOI : 10.1016 / j.watres.2012.04.011 . ISSN 0043-1354 . PMID 22546609 .
- ^ Йен-Пхи, Во Тхи; Рехенбург, Андреа; Виннерас, Бьорн; Клеменс, Иоахим; Кистеманн, Томас (1 апреля 2010 г.). «Патогены в отстойниках во Вьетнаме» . Наука об окружающей среде в целом . 408 (9): 2050–2053. Bibcode : 2010ScTEn.408.2050Y . DOI : 10.1016 / j.scitotenv.2010.01.030 . ISSN 0048-9697 . PMID 20138647 .
- ^ Maya, C .; Jimenez, B .; Шварцброд, Дж. (2006). «Сравнение методов обнаружения яиц гельминтов в питьевой воде и сточных водах» . Исследования водной среды . 78 (2): 118–124. DOI : 10.2175 / 106143005X89571 . ISSN 1554-7531 . PMID 16566519 .