Бактериологические и паразитолог ические показатели

Выделение и идентификация отдельных патогенных (болезнетворных) микроорганизмов в воде – задача сложная и дорогостоящая. Практически для каждого типа микроорганизмов, обитающих в воде, используется собственная методика идентификации, требующая к тому же больших затрат времени. Так как разнообразие бактерий, вирусов и простейших, которые могут быть обнаружены в воде, очень велико, то специфические тесты на отдельные патогенные организмы неприменимы для рутинного анализа микробиологического качества воды. Определение в воде отдельных типов микроорганизмов напоминает поиск иголки в стоге сена, а для систематического контроля нужен быстрый, простой и по возможности единый тест. С практической точки зрения гораздо важнее часто и быстро производить один общий тест, чем редко, но целую серию специфических тестов по отдельным организмам. Такая идеология предполагает поиск неких индикаторных организмов, наблюдение за которыми позволяет контролировать микробиологическое загрязнение воды.

В идеале индикаторные организмы должны удовлетворять следующим условиям:

1. Легко обнаруживаться и идентифицироваться.
2. Иметь схожую с патогенными организмами природу.
3. Присутствовать в воде в гораздо больших количествах, чем патогенные организмы.
4. Иметь жизнестойкость такую же или лучшую, чем у патогенных организмов.
5. Самим быть не патогенными (не болезнетворными).

И такие организмы были найдены. Так как микробиологическое загрязнение воды происходит в большинстве случаев за счет фекальных сточных вод, то в качестве индикаторных организмов была выделена небольшая группа непатогенных бактерий (точнее условно непатогенных, так как при определенных условиях они тоже способны вызывать у человека заболевания), также содержащихся в фекальных выделениях человека и животных. К числу этих микроорганизмов относятся фекальные стрептококки, колиформные бактерии и сульфитредуцирующие клостридии. Все эти микроорганизмы относительно легко выделяются и идентифицируются, поэтому могут служить надежным индикатором фекального загрязнения воды. Эти три группы бактерий способны выживать в воде на протяжении разных периодов времени. Фекальные стрептококки способны выживать в воде непродолжительное время, поэтому их присутствие свидетельствует о недавнем загрязнении. Колиформные бактерии способны выживать в воде в течение нескольких недель и их наиболее легко идентифицировать, что обусловило их повсеместное применение в качестве основного индикаторного организма. Однако существует целый ряд микроорганизмов, более устойчивых к дезинфекции (хлорированию, облучению ультрафиолетовым светом и т.п.). При обоснованном подозрении на их наличие в воде, отсутствие фекальных стрептококков и колиформных бактерий не является гарантией бактериологической безопасности воды. В этом случае применяют такие индикаторные организмы, как сульфитредуцирующие клостридии, которые могут существовать вводе неограниченное время. С одной стороны, их наличие в воде (при отсутствии фекальных стрептококков или колиформных бактерий) свидетельствует о достаточно давнем загрязнении. Поэтому тест на клостридии особенно полезен при проверке воды из открытых водоемов или резервуаров. С другой стороны, наличие сульфитредуцирующих клостридий позволяет судить о вероятности нахождения в воде организмов, устойчивых к обеззараживанию (некоторые простейшие, например Giardia и Cryptosporidium). Особенно устойчивы к внешним факторам споры сульфитредуцирующих клостридий, что и позволяет использовать их в качестве индикаторного организма. Для более точной индикации наличия в воде простейших в Украине применяют также тест на цисты лямблий. В качестве индикаторного организма для энтеровирусов (кишечных вирусов человека) используются колифаги. В дополнение, необходимо отметить, что поиск в воде патогенной флоры по индикаторным организмам является косвенным. То есть, если обнаружено наличие индикаторных организмов, то следует предполагать наличие в воде и патогенных агентов. Именно поэтому в большинстве случаев нормативы требуют полного отсутствия в воде индикаторных организмов. Однако наиболее полную картину может дать только комплексное исследование по нескольким биологическим параметрам, а также, в случае обоснованных подозрений, и по отдельным специфическим микроорганизмам.

Показатель

Единицы измерения

ВОЗ

USEPA

ЕС

СанПиН

Общее микробное число

CFU*

-

500

10(при 22°С)

100(при 37°С)

50

Общие колиформные бактерии

Кол-во в 100 мл

Отсутствие

5% 1)

Отсутствие

Отсутствие

Термотолерантные колиформные бактерии

Кол-во в 100 мл

Отсутствие

-

Отсутствие

Отсутствие

Фекальные стрептококки

Кол-во в 100 мл

-

-

Отсутствие

-

Колифаги

БОЕ** в 100 мл

-

-

-

Отсутствие

Споры клостридий

В 20 мл

-

-

<1

Отсутствие

Цисты лямблий

В 50 мл

-

Отсутствие

-

Отсутствие

* Количество колоний образующихся бактериями
** Бляшкообразующие единицы
1) Наличие колиформных бактерий допускается не более, чем в 5% проб, взятых за месяц. При количестве проб в месяц меньше 40 наличие колиформных бактерий не допускается. Все пробы, в которых обнаружены колиформные бактерии, необходимо проверить на наличие термотолерантных колиформных бактерий. Присутствие последних не допускается.

Общее микробное число

В связи с тем, что определение патогенных бактерий при биологическом анализе воды представляет собой непростую и трудоемкую задачу, в качестве критерия бактериологической загрязненности используют подсчет общего числа образующих колонии бактерий ( Colony Forming Units – CFU ) в 1 мл воды. Полученное значение называют общим микробным числом. В основном для выделения бактерий и подсчета общего микробного числа используют метод фильтрации через мембрану. При этом методе анализа воды определенное количество воды пропускается через специальную мембрану с размером пор порядка 0,45 мкм. В результате, на поверхности мембраны остаются все находящиеся в воде бактерии. После чего мембрану с бактериями помещают на определенное время в специальную питательную среду при температуре 30-37 °С. Во время этого периода, называемого инкубационным, бактерии получают возможность размножиться и образовать хорошо различимые колонии, которые уже легко поддаются подсчету.

Колиформные организмы (общие колиформы)

Колиформные организмы являются удобными микробными индикаторами качества питьевой воды и в этом качестве применяются уже много лет. Связано это, в первую очередь, с тем, что они легко поддаются обнаружению и количественному подсчету.«Колиформные организмы» (или «колиформные бактерии») относятся к классу грамотрицательных бактерий, имеющих форму палочек, в основном живущих и размножающихся в нижнем отделе пищеварительного тракта человека и большинства теплокровных животных (например, домашнего скота и водоплавающих птиц) и способных ферментировать лактозу при 35-37 °С с образованием кислоты, газа и альдегида. В воду попадают, как правило, с фекальными стоками и способны выживать в ней в течение нескольких недель, хотя и лишены (в подавляющем большинстве) способности к размножению. Исследования последних лет показывают, что наряду с традиционно относимыми к этому классу бактериями Escherichia (или E.Coli), Citrobacter, Enterobacter и Klebsiella (для которых справедливо все вышесказанное), к этому типу относятся и такие ферментирующие лактозу бактерии, как Enterobacter cloasae и Citroba c ter freundii. Последние можно обнаружить не только в фекалиях, но и в окружающей среде (богатые питательные воды, почва, разлагающиеся растительные материалы и т.п.), а также в питьевой воде с относительно высокой концентрацией питательных веществ. Кроме того, сюда же относятся и виды, которые редко или совсем не обнаруживаются в фекалиях и могут размножаться в воде достаточно хорошего качества.Выше сказанное означает, что возможности применения этой группы в качестве индикатора фекального загрязнения вод ограничено. Тем не менее, хотя колиформные организмы не всегда напрямую связаны с наличием в воде патогенных агентов, колиформный тест вполне применим для контроля микробиологического качества очистки воды, подаваемой в системы водоснабжения. Согласно рекомендациям ВОЗ, колиформные бактерии не должны обнаруживаться в системах водоснабжения с подготовленной водой. Допускается случайное попадание коли-формных организмов в распределительной системе, но не более чем в 5% проб, отобранных в течение любого 12-месячного периода при условии отсутствия E.Coli. Присутствие же колиформных организмов в воде свидетельствует о ее недостаточной очистке, вторичном загрязнении или о наличии в воде избыточного количества питательных веществ. При их обнаружении обязательным является тест на наличие термотолерантных колиформных бактерий (и/или E.Coli).

Термотолерантные колиформные бактерии

Бактерии этого типа представляют собой группу колиформных организмов, способных ферментировать лактозу при 44 - 45 °С и включают род Escherichia (более известный как E.Coli) и в меньшей степени отдельные виды Klebsiella , Enterobacter и Citrobacter . Термотолерантные колиформные бактерии поддаются быстрому обнаружению и поэтому играют важную вторичную роль при оценке эффективности очистки воды от фекальных бактерий. Более точным индикатором служит именно E.Coli (кишечная палочка), так как источником некоторых других термотолерантных колиформ могут служить не только фекальные воды. Именно поэтому часто используемый термин «фекальные колиформы» некорректен и ВОЗ не рекомендует им пользоваться применительно к термотолерантным колиформным микроорганизмам. Однако полная идентификация E.Coli слишком сложна для рутинных исследований. В то же время общая концентрация термотолерантных колиформ в большинстве случаев прямо пропорциональна концентрации E.Coli, а их вторичный рост в распределительной сети маловероятен (за исключением случаев наличия в воде достаточного количества питательных веществ, при температуре выше 13 °С и отсутствии остаточного хлора). Все это делает использование термотолерантных колиформных бактерий в качестве индикатора загрязнения воды весьма практичным. ВОЗ рекомендует национальным контрольным лабораториям производить точное определение E.Coli в случаях обнаружения большого количества термотолерантных бактерий (при отсутствии санитарных аварий), либо, наоборот, в условиях, когда возможности комплексных микробиологических исследований ограничены.

Фекальные стрептококки

Термин «фекальные стрептококки» относится к тем стрептококкам, которые обычно присутствуют в экскрементах человека и животных. Стрептококки этого типа характеризуются наличием антигена группы D и относятся к родам Enterococcus и Streptococcus. Род Enterococcus включает стрептококки, обладающие высокой переносимостью по отношению к неблагоприятным условиям развития. Этот род включает следующие виды: E.avium, E.casseliflavus, E . cecorum , E . durans , E . faecalis , E . faecium , E . gallinarum , E . hirae , E . malodoratus , E . munditiuse и E.solitarius.В основном эти виды фекального происхождения, и в большинстве случаев могут рассматриваться как специфические индикаторы загрязнения воды фекалиями человека. Однако их можно выделить и из фекалий животных, а некоторые виды и подвиды встречаются главным образом на растительном материале. У рода Streptococcus только виды S.bovis и S.equines обладают антигеном группы D и входят в группу фекальных стрептококков. Источником их происхождения служат в основном фекалии животных. Фекальные стрептококки редко размножаются в загрязненной воде и поэтому могут использоваться при исследовании качества как дополнительный индикатор эффективности очистки воды. Кроме того, стрептококки имеют высокую устойчивость к высушиванию и могут быть полезны для рутинного контроля после прокладки новых водопроводных магистралей или ремонта распределительной сети, а также для обнаружения загрязнения поверхностными стоками подземных или поверхностных вод.

Колифаги

Колифаги – это разновидность бактериофагов (вирусов бактерий, заражающих бактериальную клетку, размножающихся в ней и часто вызывающих ее гибель), для которых «хозяевами» (а скорее жертвами) являются колиформные бактерии. Бактериофаги предложены как индикаторы качества воды из-за своего сходства с кишечными вирусами (энтеровирусами) человека и легкости обнаружения в воде. По данным ВОЗ наиболее широко изучены две группы: соматические колифаги, которые инфицируют штаммы организма – хозяина(E.Coli) через рецепторы клеточных стенок; и F-специфические РНК-бактериофаги, которые инфицируют штаммы E.Coli и родственные бактерии через F- или секс-фимбрии. Ни одна из этих групп не встречается в большом количестве в свежих фекалиях человека или животных, но они широко распространены в сточных водах. Они важны как индикаторы загрязнения стоков и в связи с их большей персистентностью (способностью сохранять жизнеспособность вне тела «хозяина») по сравнению с бактериальными индикаторами и поэтому их наличие или отсутствие в воде может служить дополнительным критерием эффективности охраны грунтовых вод и их очистки.

Сульфитредуцирующие клостридии

Эти анаэробные спорообразующие микроорганизмы, наиболее характерным из которых является Clostridium perfringens, обычно присутствуют в фекалиях, хотя и в значительно меньших количествах, чем E.Coli. Однако они могут быть не только фекального происхождения и появляются в воде также и из других источников.Споры клостридий способны существовать в воде значительно дольше, чем колиформные организмы и они более устойчивы к обеззараживанию. Их присутствие в прошедшей дезинфекцию воде может указывать на ее недостаточную очистку и, следовательно, на то, что устойчивые к обеззараживанию патогенные микроорганизмы могли не погибнуть. Из-за своей способности к длительному присутствию в воде сульфитредуцирующие клостридии лучше всего подходят для обнаружения периодического или давнего загрязнения. С другой стороны, именно в силу того, что клостридии имеют тенденцию к выживанию и накапливанию в воде, они могут обнаруживаться намного позднее и дальше от места загрязнения, что может усложнить интерпретацию результатов биологического исследования качества воды. Именно поэтому, не смотря на свое особое значение, тест на сульфитредуцирующие клостридии не включен Всемирной Организацией Здравоохранения в обязательный перечень для рутинного контроля распределтельных систем. Тем не менее, этот параметр контролируется украинскими санитарными нормами.

Лямблии

Лямблия – это простейший одноклеточный микроорганизм семейства Giardia lamblia (синонимы Giardia intestinalis и Giardia duodenalis ,в Украине традиционно используется название Lamblia intestinalis). Лямблия существует в двух отдельных морфологических формах: цисты (статическая форма) и трофозоиты (свободно живущая форма). В организм хозяина (человека или животного) цисты попадают оральным путем. В пищевом тракте цисты начинают преобразование в трофозоиты, которые начинают делиться и быстро колонизируют слизистую поверхность тонкой кишки. В организме хозяина происходит также обратный процесс – инцистирование или превращение трофозоита в цисту. Цисты не имеют на поверхностной мембране участков прикрепления к слизистой оболочке, поэтому практически сразу же выходят в толстую кишку и выводятся с фекалиями. Полный цикл завершается высвобождением из организма-хозяина цист, которые во внешней среде, в том числе в воде, остаются жизнеспособными длительное время. Они устойчивы к кислотам, щелочам, веществам, содержащим активный хлор, и полностью инактивируются лишь при кипячении в течение не менее 20минут. Цисты лямблий (Gardia Lamblia Cyst) имеют овальную форму и размер 8-14 мкм в длину и 7-10 мкм в ширину. Gardia является одним из самых распространенных паразитов животных, опасным также и для человека. У последнего Giardia lamblia вызывает возникновение болезни – лямблиоза, сопровождающуюся кишечным расстройством. Несмотря на то, что цисты лямблий распространяются в основном через почву, лямблиоз остается одной из основных болезней, связанных с водой. Так, в США из 502 случаев инфекций, вызванных употребление некачественной воды и зафиксированных с 1980 по 1985 год, 52 % были вызваны именно Giardia lamblia. Именно в силу вышеназванных причин нормами украинского СанПиН и американского Агентства по Охране Окружающей Среды(USEPA) предусматривается полное отсутствие этих микроорганизмов в питьевой воде. Отсутствие в воде цист лямблий является важным показателем того, что вода очищена от целого ряда других простейших, таких как покоящиеся стадии (ооцисты) Cryptosporidium, амеб, а также энтеровирусов. Все перечисленные организмы обладают более высокой устойчивостью к обеззараживанию, чем колиформные и термотолератные колиформные организмы (E.Coli) и поэтому отсутствие в воде последних не является гарантией микробиологической безопасности воды. Такую косвенную гарантию и дает отсутствие в воде цист лямблий.

Энтеровирусы

Термин «энтеровирусы» используется как обобщающее название для большого количества вирусов, которые размножаются в желудочно-кишечном тракте, отчего их еще называют «кишечные вирусы». Так, к числу кишечных вирусов относится и одно из самых больших вирусных семейств – пикорнавирусов (Picornaviridae), название которого происходит от итальянского «pico» – маленький (это одни из самых маленьких вирусов размером около 30 нм) и RNA (РНК-рибонуклеиновая кислота – вещество наследственности вирусов). Это семейство вирусов включает в себя пять родов: риновирусы (rhinovirus) – возбудители обычной простуды; кардиовирусы (cardiovirus) – возбудители энцефаломиокардита; афтовирусы(apthovirus) – возбудители ящура; гепатовирусы (hepatovirus) – возбудители Гепатита А и, собственно, энтеровирусы (enterovirus). Таким образом, энтеровирусы (enterovirus) –это не только обобщающее понятие, но еще и вполне конкретный род из обширного семейства кишечных вирусов. Здесь и ниже, употребляя термин «энтеровирусы», мы будем иметь в виду именно конкретный род вирусов, о котором и пойдет речь.Энтеровирусы – это маленькие (20-30 нм в диаметре, 1 нм = 10–9м) двадцатигранные вирусы, не имеющие мембранной оболочки с одной спиралью РНК, способные довольно длительное время выживать в сточных водах и даже в хлорированной воде. Это довольно большая группа вирусов, которые обнаруживаются не только у человека, но и выделяются от разных животных (обезьян, свиней, птиц и др.). При этом надо заметить, что вирусы, способные поражать человека не обнаруживаются у животных-носителей. От других вирусов семейства Picornaviridae энтеровирусы отличаются более высокой стойчивостью к кислой среде – они сохраняют способность вызывать инфекцию при рН от 3 до 10. Энтеровирусы вообще отличаются довольно высокой устойчивостью. Так, полиовирусы в фекалиях, на овощах, в молоке выживают до 3-4 мес. Энтеровирусы довольно быстро погибают при температурах свыше 50 °С (при 60 °С –за 6-8 мин., при 65°С – за 2,5 мин., при 80 °С – за 0,5 мин., при 100 °С – мгновенно). И это при том, что при температуре 37 °С вирус сохраняет жизнеспособность в течение 50-65 дней. Энтеровирусы устойчивы к моющим средствам (детергентам), но инактивируются под воздействием обычных дезинфекантов, ультрафиолетового излучения. Не переносят высушивания.

Escherichia coli

Escherichia coli (или просто E .С oli ) – это грамотрицательные палочковидные бактерии, принадлежащие к семейству Enterobacteriaceae , роду Escherichia (эшерихия). Названы в честь открывшего их в1885 году немецкого ученого Т. Эшериха ( T . Escherich ). E .С oli является обычным обитателем кишечника многих млекопитающих, в частности, приматов, к числу которых принадлежит и человек. Поэтому ее часто называют кишечной палочкой. В организме человека E .С oli выполняет полезную роль, подавляя рост вредных бактерий и синтезируя некоторые витамины. Однако существуют разновидности бактерий E .С oli , способные вызывать у человека острые кишечные заболевания. В настоящее время выделяют более 150 типов патогенных (так называемых «энтеровирулентных»)палочек E .С oli , объединенных в четыре класса: энтеропатогенные (ЭПЭК), энтеротоксигенные (ЭТЭК), энтероинвазивные (ЭИЭК) и энтерогемморагические (ЭГЭК). Бактерии группы кишечной палочки не устойчивы к высокой температуре, при 60 °С гибель их наступает через 15 минут, при100 °С – мгновенно. Сохраняемость кишечной палочки при низких температурах и в различных субстратах внешней среды изучена недостаточно. По некоторым данным в воде и почве кишечная палочка может сохраняться несколько месяцев. Обычные дезинфицирующие вещества (фенол, формалин, сулема, едкий натр, креолин, хлорная известь и др.) в общепринятых разведениях быстро убивают кишечную палочку. Инфицирующая доза сильно зависит от типа патогенной кишечной палочки (так для энтеротоксигенной E.Сoli эта величина может составлять от 100 миллионов до 10 миллиардов бактерий, в то время как для энтероинвазивной и, предположительно, энтерогемморагической E.Сoli – всего 10 организмов, как и у Shigella). В наибольшей степени восприимчивы к заболеванию дети раннего возраста, пожилые и ослабленные люди. У детей эшерихиоз протекает в виде различной тяжести энтеритов, энтероколитов в сочетании с синдромом общей интоксикации. При средних и тяжелых формах сопровождается повышением температуры, поносом, сепсисом. У взрослых заболевание, вызванное эшерихией, напоминает по течению и клиническим симптомам острую дизентерию. Протекает чаще в стертой и легкой формах, реже (15-20 %) встречается среднетяжелая и тяжелая (3 %) формы. Прогноз у взрослых и детей старше года благоприятный, наиболее тяжело заболевание протекает у детей первого полугодия жизни.

Shigella

Шигеллы – грамотрицательные неподвижные аэробные бактерии палочковидной формы, спор не образуют. Принадлежат к семейству Enterobacteriaceae (Энтеробактерии) роду Shigella. Названы в честь выделившего их в 1897 г . японского микробиолога К.Шига (Kiyoshi Shiga). Выделяют четыре вида:

1. Группа A – шигелла дизентерии (Shigelladysenteriae), в том числе палочки Григорьева-Шига (Sh. Dysenteriae 1), Штуцера-Шмица (Sh. Dysenteriae 2) и Лардж-Сакса (Sh. Dysenteriae 3-7).
2. Группа B – шигелла (бактерия) Флекснера (Shigella flexneri) с подвидом Ньюкастл (Sh.flexneri 6).
3. Группа C – шигелла (бактерия) Бойда (Shigella boydii).
4. Группа D – шигелла (бактерия) Зонне (Shigella sonnei).

Наиболее распространенными являются шигеллы Зонне (до 60-80 %) и Флекснера. Они же наиболее устойчивы в окружающей среде: на посуде и влажном белье они могут сохраняться в течение месяцев, в почве -до 3 мес., на продуктах питания – несколько суток, в воде – до 2 мес. При нагревании до 60 °С бактерии гибнут через 10 мин, при кипячении - немедленно, в дезинфицирующих растворах – в течение нескольких минут. Бактерии рода Shigella крайне редко встречаются у животных (кроме приматов – обезьян) и поэтому их можно считать опасными только для человека. Шигеллез (бактериальная дизентерия) опасен для всех людей, но особенно ему подвержены пожилые, люди с ослабленным организмом (особенно часто встречается шигеллез у больных СПИДом), а также дети. Причем дизентерия редко поражает детей до 6-ти месяцев, самый чувствительный возраст – 2-3 года. Тяжелая форма дизентерии встречается у 3-5 % заболевших. Она протекает с высокой лихорадкой или, наоборот, с гипотермией. Отмечаются резкая слабость, адинамия, аппетит полностью отсутствует. Больные заторможены, апатичны, кожа бледная, пульс частый, слабого наполнения. Может развиться картина инфекционного коллапса. Стул до 50 раз в сутки, слизисто-кровянистый. Летальность от дизентерии при заражении Shigella dysenteriae 1 (шигелла Григорьева-Шига) и Shigella flexneri 2а (дизентерия Флекснера) может составлять до 10-15%.