Влияние биологических факторов на выживаемость микроорганизмов в воде

Реферат на тему:

Влияние биологических факторов на выживаемость микроорганизмов в воде.

Л.В.Григорьева (1975) выделяет следующие пять основных видов действия биологических факторов на патогенную микрофлору, которая в целом характеризуется сниженной (по сравнению с сапрофитами) ферментативной активностью и уменьшенной устойчивостью к вредным для биологических объектов факторам внешней среды

1Антагонистическое действие;

2.Защитное действие;

3.Трансмиссивное действие (перенос патогенной микрофлоры сопутствующей микрофлоре, простейшими, гидробионтами);

4.Индифферентное действие;

5.Смешанное действие.

С эпидемиологической точки зрения важнейшее значение имеет антагонистическое действие биологических факторов, являющихся важнейшим компонентом самоочищающей способности водоемов. Термин “бартериальное самоочищение” предложен Phelps - его следует понимать как процесс уменьшения численности бактерии всех типов и особенно фекального происхождения (Wuhrmann,1976). R.Mitchell (1976) указывает, что связь между организмами живущими в воде осуществляется с помощью сигналов химической тревоги -феромонов, которые выделяются одними организмами и обнаруживаются другими. Химическая связь может быть и между родственными и не родственными организмами. Феромоны обеспечивают и сигналы тревоги. Хотя химическая природа феромонов точно не установлена, известно, что ими могут быть и белковые и небелковые вещества. Ряд химических веществ, например, нефть, угнетают связи между водными организмами. Численность антагонистов увеличивается с ростом популяции организмов, антагонистами которых они являются.

Значение биологических факторов в сохраняемости патогенных, условно-патогенных и санитарно-показательных микроорганизмов в воде доказывается, во-первых, исследованиями, в которых сравнивается выживаемость тех или иных форм в нативных водах разной степени загрязнения и водах подвергавшихся той или иной форме обработки (например, очистке, кипячению и т.д.).

Так, но данным Л.Б.Доливо-Добровольского и B.C.Россовской (1956) шигеллы в загрязненной воде сохранялись хуже, чем в чистой речной воде. Более детальные исследования по этому вопросу были проведены Н.Р.Дядичевым (1959), Д.Н.Лоранским с соавт. (1975). По данным Дядичева в чистой водопроводной воде шигеллы Флекснера и Зонне сохранялись до 11 суток (шигеллы Зонне на 3-5 суток дольше, чем шигеллы Флекснера), возбудители брюшного тифа, паратифов А и В, а также Е.соli - 29 дней, причем в первые дни даже размножались. В речной воде, не подвергшейся очистке, сохраняемость выше упомянутых микроорганизмов была примерно в 2 раза меньше, причем размножения микробов не происходило. Д.Н.Лоранский с соавт. сравнивали выживаемость возбудителей дизентерии и брюшного тифа в нативной, фильтрованной и стерилизованной морской воде при разных температурах. Сохраняемость отдельных видов возбудителей была различной и более длительной при низких температурах. Во всех случаях четко прослеживалась такая закономерность: меньше всего патогенные микробы сохранялись в нативной воде. дольше в фильтрованной, еще дольше в стерильной. Например, шигеллы Зонне в стерильной воде сохранялись 39 дней, в необработанной не более 15 дней (обычно не более 7 дней). Сходные закономерности выявлены Aibuguergue a.Bhat (1953) в отношении V.еltor. В стерильной морской воде они сохранялись до 10 дней, в сырой - немногим более суток. По данным Л.В.Альтон и П.Х.Рахно (1978) энтерококки в стерильной морской воде сохранились при различных температурах от 4 до 75 дней, в не стерильной от 3 до 30 дней. Если в отношении бактериальной патогенной микрофлоры всеми исследователями получены однородные материалы - в очищенной воде сохраняемость возбудителей выше, чем в воде не подвергшейся очистке, то в отношении патогенных вирусов данные противоречивы. Г.А.Багдасарьян, Р.М.Абиева (1971) указывают, что энтеровирусы и аденовирусы в загрязненной воде сохраняются лучше, чем в стерильной, объясняется это тем, что белковые частицы защищают вирусы, а также тем, что энтерококки, фаги, кишечная палочка, имеющиеся в загрязненной воде, тоже оказывают защитное действие. Напротив Wasieiewski et al. (1961), Л.В.Григорьева (1975) сообщают о лучшей сохраняемости вирусов в стерильной или малозагрязненной воде? т.е. указывают на такую же закономерность, которая присуща бактериальным формам.

Приведенные выше исследования не вскрывают, однако, точных механизмов действия биологических факторов на патогенную микрофлору воды. Поэтому необходимо подвернуть анализу взаимодействие патогенной микрофлоры с отдельными группами обитателей водоемов.

Вначале приведем данные о действии на возбудителей заразных заболеваний многоклеточных высокоорганизованных обитателей водоемов. Следует сказать, что на сегодняшний день нет ясности о роли гидробионтов по отношению к патогенной микрофлоре. Как будет видно из приводимых ниже работ, в настоящее время нет сомнения в том, что в организме гидробионтов могут быть обнаружены патогенные микробы и вирусы. Согласно одной концепции патогенная микрофлора может накапливаться в организме гидробионтов и они таким образом приравниваются к своего рода источникам инфекции. А.К.Адамов с соавт. (1969), С.М.Мухамедов с соавт. (1970) указывают, что холерные вибрионы сохраняются в организме гидробионтов (до 45 дней) и даже размножаются там.

Патогенные микроорганизмы, которые попали в организм гидробионтов, могут там сохраняться некоторое время, что защищает возбудителей от действия неблагоприятных для них факторов (например, хлорирование). Такой концепции придерживаются в частности Сagen с соавт. (1959, 1960), которые обнаруживали в нематодах, в водопроводной воде сальмонеллы, шигеллы, энтеровирусы.

Гидробионтам играют не только роль защитного фактора в отношении патогенной микрофлоры. Существует противоположная точка зрения - в организме гидробионтов патогенная микрофлора погибает, и гидробионты, являются ее антагонистами. Так, по Ргеscott с соавт. (1966) устрицы вырабатывают вещество паолин П, имеющие антивирусное действие. Duff (1967) считает, что считает, что ткани мидий обладают способностью инактивировать энтеровирусы.

Вероятно, что все эти концепции в определенных условиях верны, т.е. в одних случаях гидробионты выступают как антагонисты патогенной микрофлоры, в других, являются местом сохранения последней. Эта последняя концепция опирается как на разнообразие самих гидробионтов, так и на отличия отдельных представителей патогенной микрофлоры Л.В.Григорьева (1975).

По Кеlli с соавт. (1961) сальмонеллы и эшерихии могут длительно (до 49 дней) сохраняться в организме устриц и других моллюсках. Wanderzant с соавт. (1970) находили в креветках корине-бактерии, микрококки, бациллы, V.parahlmoliticus. Эти микроорганизмы, а также лептоспиры, возбудитель туляремии выделяли из организма устриц, крабов, мидиях. Особенно много сообщений о присутствии в организме гидробионтов вирусных агентов. Так, Меtсаlf и Stiles (1965) указывают, что выживаемость энтеровирусов в устрицах зависит от температуры и активности моллюсков. При низкой температуре, когда моллюски находятся в анабиозе, вирусы сохраняются в них до 2-х месяцев; в летний период энтеровирусы пребывают в устрицах менее одной недели. Seraichekas et al. (1968) вирус полиомиелита 1 типа в организме моллюсков М.morcenaria сохраняется не более 72 часов. По Ноff и Васkeг (1969) в первые 24 часа после заражения, концентрация вируса полиомиелита в моллюсках резко снижается.

Значение водорослей, планктона довольно однозначна; им приписывается антагонистическое действие на патогенную микрофлору. Так Р.И.Левина и соавт. (1955) указывают, что протококковые водоросли бактерицидны в отношении эшерихии, шигелл и сальмонелл. Наиболее чувствительны эширихии. М.Л.Новожилов (1957) указывает, что сине-зеленые водоросли во время цветения снижают интенсивность размножения бактерий, и подтверждает данные Разумова, Ванбергера и Брагинского о наличии сине-зеленых водорослей веществ, угнетающих бактерии. О неблагоприятном действии водорослей на шигеллы, сальмонеллы, стафилококки сообщают также А.С.Субботина и А.В.Титова (1961), Корrivik, Вurian (1964), М.М.Гасилипн (1965), К.М.Хаилов (1968), Аubert et al. (1970). Корrivik, Вutian считают, что угнетающее действие на сальмонеллы осуществляли метаболитами фитопланктона. Аналогичные исследования были сделаны Sobsiy, Соорег (1973), Е.И.Демиховски (1974).

Самоочищение воды в загрязненных водоемах в натурных условиях изучил Ноskins (1936). Автор пришел к выводу, что очищение воды производит планктон. Наиболее активно действует планктон, находящийся в виде пленки на поверхности воды, а также планктон прикрепленный к берегам и дну водоема. На роль планктона в очищении воды указывают, также А.А.Ворошилова и Е.В.Дианова (1937), Аubert et al (1964, 1966), Вrison et al(1988), Д.Н.Лоранский с соавт. (1975).

На роль зоопланктона и зообентоса в самоочищении водоемов указывает Раоletti (1970). Согласно Г.Л.Черниной (1968), водоросли аннистродеемус ускоряли отмирание лептоспир, хлореллы оказывали стимулирующее влияние. Сохранению и размножению лептоспир способствуют некоторые плесневелые грибки. Е.И.Красильников, (1961) считает, что некоторые штаммы грибков (чаще всего актиномицеты) обладают антимикробной активностью.

Таким образом роль водорослей и планктона в отношении патогенных микроорганизмов оценивается как антагонистичная, данные о роли простейших противоречивы. Так, Johannson (1957), Ваumann (1962), Коvars et al (1967) считают, что в присутствии простейших микробы и вирусы сохраняются в воде дольше, т.к. они могут размножаться в простейших.

Большинство исследований склонны к антагонистическому взаимоотношению между простейшими и патогенными микроорганизмами. На это указывает работа Моsе et al (1970), что J.pyroformis вызывают гибель вирусов гриппа и вакцины, но, не на полиовирус I типа. Простейшие слабо действуют на вирусы гриппа и вакцины и не влияют на полиовирус. R.Мitchell (1979) считает, что у E.coli хищниками являются амебы рода Vixillifere и реснитчатые. В обзоре Geldrich (1975) содержится ссылка на работу Gohustone и Кubinski, согласно которой основным фактором очищения от фекальных бактерий, являются реснитчатые и жгутиковые простейшие. Аналогичного мнения придерживаются Неndricks а. Могrison (1967).

Важное место среди биологических факторов имеют взаимоотношения микробных форм сапрофитов и патогенных. Чаще всего они носят антагонистический характер. Многие авторы пытались установить зависимость между сохранением (и накоплением) тех или иных патогенных видов и общей обсемененностью экспериментальной воды микрофлорой. Так Н.Р.Дядичев (1959) указывает, что прибавление к воде мясопептонного бульона или пастеризованных фекалий приводило к интенсивному накоплению кишечных микроорганизмов особенно тифо-паратифозной, а иногда шигелл. Фаза накопления патогенной микрофлоры сменялся фазой отмирания, ввиду, антагонистического действия размножавшихся сапрофитов (Jangley et al, 1959), и обращают внимание на отмирание возбудителя брюшного тифа в сточных водах, что находит объяснение эго ограниченностью питательного материала, который более успешно усваивается сапрофитными и условно-патогенными видами (Аегоbacter, аогоgenes, Е.соli, Рseudomonas fruorescens). А.В.Титова (1959). Nаkamura et al (1964), Wang et al, (1966), Н.П.Машаринов (1970) и др. указывают на неблагоприятное действие сопутствующей сапрофитной микрофлоры на шигелл. Аналогичное явление в отношении эшерихий отмечают Саrlucci et al (1960), Н.Н.Надворный (1966), Маck обнаружил, что размножение колиформных бактерий в пробах речной и озерной воды, зависит от численности бактериальной популяции и ее видового разнообразия, состава природной бактериальной флоры.

В отличие от этих исследований, работа Virstraete et al (1976) показала, что в экосистеме, постоянно загрязнявшейся сточными и канализационными водами (полисапробной) сохранение Е.соli мало зависимо от многочисленных популяций микроорганизмов в этой системе. Не отмечено также значительного влияния на выживаемость S. typhi и B.рагаtyphi, а также Sh.sonnei, загрязнения воды различной бактериальной флорой (Nishio, Nakamori, 1974), а по данным А.В.Титовой (1957), Н.Р.Дядичева (1959) сапрофитная микрофлора даже способствует длительному выживанию сальмонелл в воде.

В отношении холерных вибрионов данные о влиянии сапрофитной микрофлоры противоречивы. Так, Read et al (1939) не установили влияния сапрофитов на возбудителя холеры, тогда как Е.И.Коробкова (1969) указывает на отрицательное влияние сапрофитов на V.сholerae. Sobsiy, Cooper (1973), показали, что наибольшая степень инактивации вируса полиомиелита I типа наблюдалась в смешанных культурах бактерий и водорослей. Вибрионы оседали на взвешенных частицах и инактивировались микрофлорой.

В работе Fеrrо et al. (1971) показано, что бактериологическая активность зависела от общего числа бактерий в воде. Так, с уменьшением числа бактерий от 62 млн. до 1,6 млн в 1 мл, антистафилококковая активность снижалась в 2 раза, а бактериологическая активность в отношении тифозной палочки - более, чем в 3 раза. С уменьшением числа бактерий до 130 тыс. в 1мл антистафилококковая активность снижалась в 7 раз, а активность против тифозной палочки в 2 раза. При концентрации микробов 16,7 тыс. в 1мл антистафилококковая активность снижалась еще в 3 раза, а активность против тифозных палочек была равна нулю.

Имеется целая серия исследований показывающих способность автохтонной микрофлоры моря ингибировать аллохтонную микрофлору. (Robinfield а. Zobell, 1947; Ф.И.Kопп, 1948; С.С.Речменского, 1951; Мооге, 1954; А.А.Лейбензон и А.Ф.Зак, 1958; О.Ф.Стоянского с соавт. (1961); Frobischer, 1962; Мitchell, 1968; Е.М.Маркинович, 1969; Рeters, 1970.

Рассматривая вопросы микробного антагонизма (или синергизма) в водной среде, мы приводили данные исследований, где не проводилось точной дифференциации микрофлоры действующей на патогенных возбудителей. В нашем распоряжении имеется ряд материалов, авторы которых пытались выяснить взаимодействие определенных микробных видов.

Так, Р.И.Пиковская и Н.Д.Соходзе (1946) указывают на антагонистическое действие Е.соli на возбудителей тифо-паратифозных заболеваний. Подробное исследование по этому вопросу провели Л.Г.Перети, К.Т.Медвинская (1946). Авторы установили, что Е.соli при температурах 15-37°С выступала активным антагонистом возбудителей брюшного тифа и дизентерии. При более низких температурах антагонистические свойства не проявлялись. Антагонистические признаки различных штаммов кишечной палочки были выражены в разной степени. В.аегоgenes обладал в отношении возбудителей дизентерии и брюшного тифа антагонистическими свойствами.

Данные о действии кишечной палочки на вирусные агенты противоречивы, так Кеlli и Sanderson (1961) пишут об антагонистичном действии коли-форм и клебсиелл на энтеровирусы; А.Е.Эссель с соавт. (1968) считают, что кишечная палочка адсорбирует энтеровирусы, а вирусы оказывают определенное воздействие на бактерии. По данным Меtcalf. Stiles (1967) бактериальная микрофлора сточной жидкости способствует выживанию вирусов. Согласно работе Э.В.Рабышко (1977) кишечная палочка увеличивает выживаемость энтеровирусов, тогда как энтерококки оказывали на энтеровирусы и другую кишечную микрофлору антагонистическое действие. О противовирусной активности морской бактерии vibrio marinus сообщает Мitchell (1976).

Г.Л.Чернина (1968) указывает на антагонистическое действие на лептоспир микробов кислотообразователей. Напротив, кокки способствовали выживанию лептоспир в воде.

Jakashachi (1969) отмечает положительную корреляцию между выделением парагемолитических и “железных” бактерий. Раverdy (1973) изучал действие четырех видов микробактерий на 24 вида грамотрицательных и 10 видов грамположительных бактерий. В ряде случаев установлены антагонистические свойства микробактерий, что позволяет автору рассматривать их как один из факторов самоочищения водоемов.

Значительную работу по выявлению микробных антагонистов к австралийскому (НВs Аg) антигену гепатита В провели Gradow et al (1975). Из 22 испытанных разнообразных патогенных и сапрофитных видов только Рsеudomonas fluorescens, Рsеudomonas aeruginosa, Рseudomonas oleorans оказались антагонистами НВs Аg.

Имеются данные ещё об одной стороне воздействия бактериальной микрофлоры на вирусную: cпособность трансмиссии энтеровирусов и фагов на бактериях кишечной группы и водной микрофлоры (Кокина А.Г. с соавт. 1967).

Приведенные выше материалы дают основание считать наличие сложных взаимоотношений между отдельными представителями микрофлоры. В 20-х годах нашего века было начато изучение роли бактериофагов в очищении водоемов от патогенной бактериальной микрофлоры. Были найдены фаги к возбудителям всех кишечных инфекций, установлена мозаичность отдельных патогенных возбудителей в отношении фагов (фаговары), доказано присутствие фагов в водоемах - так называемые свободные фаги. Классические работы по изучению этих биологических образований были выполнены Ли (1923), Негеlle (1926).

Изучался вопрос и рядом отечественных ученых. Так, Н.К.Клемпарская (1939) выделяла бактериофаги из арыков в Средней Азии, А.Е.Крисс и Е.А.Рукина (1947) - из моря. Jonescu et al (1959), Risch et al (1965) указывают на длительное сохранение бактериофагов в воде. В последние десятилетия роль фагов в процессах самоочищения вод изучается менее интенсивно. Так, Wang et al (1966) показали, что выживаемость шигелл в воде, в условиях эксперимента зависела от количества фагов жидкости. Было установлено незначительное содержание природных фагов в сточных водах. Vjstraete et al. (1976) определили, что в экосистеме, постоянно загрязняемой сточными водами, сохранение Е.соli помимо прочих факторов зависило от действия бактериофагов.

В последние два десятилетия внимание многих исследователей было привлечено к изучению Вdellovibrio bacteriovorus, начало чему было положено работами французских исследователей Guelin, Zamblin.

Вdellovibrio bacteriovorus (“ВВ”) является паразитом многих бактерий. Элементарные частицы “ВВ” прикрепляются к стенке клетки микроба хозяина, внедряются в цитоплазму и размножаются в ней. На искусственных питательных средах “ВВ” не растет (Ф.Х.Ибрагимов, 1970). В какой-то степени действие “ВВ” напоминает действие фагов, но отличается, как указывает Р.М.Абиева (1971), следующим: “ВВ” делится в клетки бинарным путем, тогда как фаг использует продукты клеточного метаболизма для синтеза собственных белков и ДНК. “ВВ” размножается в живых и в убитых клетках. В отличие от фагов, действие которых узко специфично, “ВВ” имеет широкий диапазон действия, вызывая гибель многих бактериальных форм. Вместе с тем следует отметить, что имеются и определенные разновидности “ВВ”. Сначала считали, что он действует только на грамотрицательные формы, но в 1968г. Вurder and Drens, выделили штамм “ВВ”, действовавший на грамположительные формы. Обнаружены штаммы, которые действуют на грамположительные и на грамотрицательные формы. Обладает “ВВ” и вирулицидными свойствами. “ВВ” проходят через бактериальные фильтры. обладает иммуногенностью.

По данным З.С.Веркловой (1973) патогенные микробы в присутствии “ВВ” претерпевают глубокие изменения (морфологические, биохимические, серологические). Эти изменения необратимы.Для человека и лабораторных животных “ВВ”, видимо, безвреден.

“ВВ” выживает в экспериментальных условиях в воде более 30 дней. Между отдельными штаммами обнаружено различие в устойчивости к физическим влияниям, химическим препаратам и антибиотикам (Sidorenko et al. 1975).

По данным Г.И.Сидоренко с соавт. (1973) оптимальная рН для “ВВ” - 7,0-7,2, но он может быть активным в пределах рН - 6,2-7,5.

“ВВ ” встречаются в различных водоемах, преимущественно загрязненных. Так из морской воды “ВВ” выделяли Мitchell (1967), Раоletti et al. (1967) ,Varon et al. (1969) , и др. По данным Раоletti et al. (1967), Г.И.Сидоренко с соавт. (1969) “ВВ” в основном встречается в прибрежных участках моря, вдали от берегов его мало или совсем отсутствует.

“ВВ” обнаруживался в различных пресноводных водоемах, сточных водах. Представляют интерес работы С.Н.Буковской (1974), Г.А.Багдасарьяна с соавт. (1977). С.Н.Буковская обнаруживала “ВВ” в 54,9% проб воды водоема, причем “В В” появлялся в воде не сразу в месте поступления загрязнении, а на некотором отдалении от него. Чаще “ВВ” обнаруживался в пробах, содержащих аэромонас, реже - в пробах, содержащих энтерококк, лактозоположительные кишечные палочки. По данным Г.А.Багдасарьян с соавт. отмечено отсутствие “ВВ” в зоне поступления промышленных стоков и повышения частоты его выделения из воды по мере удаления от источника загрязнения (от 16,6% на участке 3-х суточного пробега воды и до 75% к концу 5 суточного пробега). Выявлена четкая зависимость степени влияния химических веществ от возраста исходной популяции “ВВ”.

По данным Н.А.Чувильской с соавт. (1976) концентрация “ВВ” пропорциональна температуре воды. Этим авторы объясняют меньшую концентрацию кишечной палочки в жаркое лето. Н.А.Чувильская с соавт. (1979) установила параллели в концентрации микробов хозяев и визирующих их “ВВ”.

Э.А.Москвитина с соавт. (1979) выделяли “ВВ” из 48,6% проб открытых водоемов (Дон, Темерник). Они лизировали холерных вибрионов, лучше всего при температуре 37°С. Гибель холерных вибрионов наступала на 3-4 день.

Г.А.Багдасарян с соавт. (1981), указывают на наличие зависимости между количеством “В В” и бактерий группы кишечной палочки. “ВВ” могут служить индикаторными микроорганизмами в отношении наличия патогенной микрофлоры и фекального загрязнения воды, и это сохраняется при поступлении в водоем нефтепродуктов и поверхностно-активных веществ. Данные положения подтверждаются в работе И.Н.Букаевой с соавт. (1984), которые указывают также на наличие прямой связи между содержанием в воде “ВВ” и заболеваемостью кишечных инфекций. Многие авторы, и в частности у нас Ф.Х.Ибрагимов (1979), находили “ВВ” также в почках, кишечнике домашних животных и птиц. Большинство исследователей, изучавших “ВВ” придают этому фактору важное значение в самоочищении водоемов. Особняком стоит мнение Fry, Starples (1974), отрицающих сколько-нибудь важную роль “ВВ” в самоочищении вод реки.

Литература

ХОТЬКО Николай Иванович, проф., доктор мед. наук, академик РАЕ,

Зав. кафедрой микробиологии, эпидемиологии и инфекционных болезней ПГУ

ДМИТРИЕВ Александр Павлович, канд. мед. наук, проф. РАЕ,

Зав. кафедрой гигиены и экологии ПГУ