Экология водных микроорганизмов. Микробиологический контроль качества питьевой воды. Общее микробное число. Коли-индекс и коли-титр.

Вода – естественная среда обитания микроорганизмов. Состав микрофлоры воды зависят от химического состава воды, температуры, содержания CO₂и O₂, рН, облучения солнечными лучами, содержания питательных веществ, флорой и фауной, глубиной водоёма, выпуском сточных и промышленных вод.

В пресных водоёмах (реки, озёра) нормальными обитателями являются Micrococcus roseus и др. микрококки, Pseudomonas fluorescens, извитые формы (Sp. rubrum). В воду поступают сапрофитные микробы почвы: p. Azotobacter, p.Nitrobacter, p.Proteus, p. Pseudomonas, p. Spirillum и др. Микробы воды участвуют в самоочищении водоемов. Они расщепляют органические вещества и делают их пригодными для усвоения другими организмами. Они являются также пищей для раков и моллюсков.

Больше всего микроорганизмов находится в придонных слоях, на дне, в прибрежной зоне (осенью и весной), т.к. на твердых частицах, в пористых материалах задерживаются питательные вещества. Чем больше органических веществ содержится в открытых водоёмах, тем у них более богатая микрофлора. В такой загрязненной органическими веществами воде можно обнаружить клостридии и другие анаэробы, увеличивается также количество аэробов (бактерий, вибрионов, спирохет). В водоёмах, богатых сероводородом, обитают фотосинтезирующие бактерии.

Таким образом, микрофлора рек и озёр определяется, в основном, степенью их биологического загрязнения, которое происходит при поступлении в водоемы сточных и промышленных вод. В большой степени она отражает микрофлору почвы около водоёма, т.к. микроорганизмы попадают в воду с частичками пыли, ливневыми, сточными, талыми водами. Микроорганизмы также попадают в водоёмы из организма рыб, гниющих растений, с отбросами и выделениями человека, животных, а также из воздуха.

В морях и океанах обитает меньшее количество микробов, чем в пресных водоемах. Это, в основном, солелюбивые (галофильные) и светящиеся микроорганизмы.

В воду могут попадать патогенные и условно-патогенные микробы из почвы, вместе со сточными и промышленными водами из населённых пунктов и плавающих судов, при стирке белья, купании лошадей, при попадании в воду трупов грызунов и других животных, погибших от инфекций.

Эти бактерии не приспособлены к существованию в воде и через некоторое время погибают. Но определенное время они сохраняются в воде: сальмонеллы – от 2 дней до 3 месяцев, шигеллы 5-9 дней, лептоспиры 7-150 дней, холерный вибрион до нескольких месяцев и даже может размножаться.

Таким образом, вода может быть фактором передачи инфекционных заболеваний (брюшного тифа и паратифа, дизентерии, сальмонеллёза, холеры, лептоспироза, полиомиелита, гепатита, туляремии). В связи с этим необходимо проводить санитарно-эпидемиологический контроль состояния воды.

Микробиологическая оценка воды дается на основании определения микробного числа КМАФАнМ; коли – титра; коли – индекса; присутствия патогенных микроорганизмов. Первые два анализа проводятся постоянно, а исследование воды на патогенны – по специальным показателям. Микробное число (КМАФАнМ) – количество мезофильных аэробных факультативно анаэробных микроорганизмов в 1 мл воды – характеризует степень загрязнения воды органическими веществами. БГКП – показатели фекального загрязнения (бактерии группы кишечной палочки) Санитарно – гигиеническую оценку качества воды производят на основании показателей, которые выражают количеством БГКП в 1000 мл воды (коли – индекс) или наименьшим объемом воды в миллилитрах, содержащим одну БГКП (коли – титр). Коли – титр = 1000/коли – индекс; Коли – индекс = 1000/коли – титр. По действующему Сан. ПиН 2002 г. для питьевой воды, прошедшей очистку, коли – титр должен быть не выше 333 мл, коли – индекс – не более 3 клеток/л; КМАФАнМ (сапрофитов) – не более 100 клеток/мл. Для других источников воды нормы не стандартизированы, но принято считать, что: Артезианская вода должна иметь КМАФАнМ не более 100 клеток/мл, коли – титр не менее 500 мл; Вода колодцев и родников может содержать не более 100 клеток/мл сапрофитов, коли – титр до 250-200 мл; Вода открытых водоёмов (прудов, рек, озёр) может использоваться только после очистки. Очистка воды, неудовлетворительной по показателям бактериологического контроля, достигается в основном фильтрованием и хлорированием или озонированием. Богатые микроорганизмами и мутные воды подвергаются предварительной обработке коагулянтом (сернокислым алюминием, квасцами или сернокислым железом) и отстаиванию. Фильтрование осуществляется в специальных фильтрах, работа которых определяется обычно жизнедеятельностью биологической пленки, состоящей из различных микроорганизмов и водорослей. Хлорирование основано, на способности хлора выделять в щелочных водных растворах активный кислород, вызывающий разрушение взвешенных в воде микроорганизмов. Вода имеет громадное жизненное значение, поэтому следует постоянно помнить, что она может быть не только источником заражения, но и средством дальнейшего распространения возбудителей инфекционных заболеваний.

Распространение микроорганизмов в воздухе. Методы санитарно-микробиологического контроля воздуха. Показатели микробной обсемененности воздуха. Общее микробное число. Индексы санитарно-показательных бактерий.

Микробиологический контроль воздуха проводится с помощью методов естественной или принудительной седиментации микробов. Естественная седиментация (по методу Коха) проводится в течение 5—10 мин путем осаждения микробов на поверхность твердой питательной среды в чашке Петри. Принудительная седиментация микробов осуществляется путем «посева» проб воздуха на питательные среды с помощью специальных приборов (импакторов, импинджеров, фильтров). Импакторы — приборы для принудительного осаждения микробов из воздуха на поверхность питательной среды (прибор Кротова, пробоотборник аэрозоля бактериологический и др.). Импшджеры — приборы, с помощью которых воздух проходит через жидкую питательную среду или изотонический раствор хлорида натрия.

Санитарно-гигиеническое состояние воздуха определяется по следующим микробиологическим показателям:

1. Общее количество микроорганизмов в 1 м³ воздуха (так называемое общее микробное число, или обсемененность воздуха) — количество колоний микроорганизмов, выросших при посеве воздуха на питательном агаре в чашке Петри в течение 24 ч при 37 °С, выраженное в КОЕ;

2. Индекс санитарно-показательных микробов— количество золотистого стафилококка и гемолитических стрептококков в 1 м³ воздуха. Эти бактерии являются представителями микрофлоры верхних дыхательных путей и имеют общий путь выделения с патогенными микроорганизмами, передающимися воздушно-капельным путем. Появление в воздухе спорообразу-ющих бактерий — показатель загрязненности воздуха микроорганизмами почвы, а появление грамотрицательных бактерий — показатель возможного антисанитарного состояния.

Для оценки воздуха лечебных учреждений можно использовать данные из официально рекомендованных нормативных документов.

Санитарно-показательные микроорганизмы воздуха.

Возбудители воздушно-капельных инфекций имеют общий путь выделения с бактериями (кокками), постоянно обитающими на слизистой оболочке верхних дыхательных путей, выделяющимися в окружающую среду (при кашле, чиханье, разговоре), поэтому в качестве санитарно-показательных бактерий для воздуха закрытых помещений предложены гемолитические стрептококки и золотистые стафилококки.

Грамотрицательные бактерии– в связи с распространением госпитальной инфекции в воздухе больничных помещений.

Определяют наличие дрожжеподобных и плесневых грибов.

По эпидемиологическим показаниям в воздухе определяют наличие сальмонелл, микобактерий, вирусов.

Появление в воздухе спорообразующих бактерий — показатель загрязненности воздуха микроорганизмами почвы, а появление грамотрицательных бактерий — показатель возможного антисанитарного состояния.

Санитарно-показательными называют микроорганизмы (СПМ), по которым можно косвенно судить о возможном присутствии патогенов в окружающей среде.

Содержание СПМ определяют: 1) прямым подсчетом с помощью специальных камер или электронным счетчиков, предварительно гомогенизируя пробу и внося краситель (эритрозин). Методика позволяет отличить живые от погибших бактерий; 2) посевом на питательные среды.

СПМ должны удовлетворять следующим характеристикам: а) постоянно обитать в естественных полостях человека и животных и выделяться в окружающую среду; б) не должны размножаться вне организма, исключая пищевые продукты; в) длительность их выживания в окружающей среде должна быть не меньше, и даже несколько больше, чем у патогенов; г) устойчивость СПМ в окружающей среде должна быть аналогичной или превышать таковую у патогенных микроорганизмов; д) у СПМ не должно быть в окружающей среде «двойников»; е) микроб не должен изменяться в окружающей среде; ж) методы индикации и идентификации СПМ должны быть простыми.

Геохимическая деятельность микроорганизмов. Концепция микробной доминанты. Участие микроорганизмов в круговороте веществ в природе. Роль микроорганизмов в круговороте углерода и кислорода. Образование метана архебактериями.

Круговорот веществ в природе — циклы превращения химических элементов, из которых построены живые существа.

Этапы круговорота различных химических элементов осуществляется микроорганизмами разных групп. Непрерывное существование каждой группы зависит от химических превращений элементов, осуществляемых другими группами микроорганизмов. Жизнь на Земле непрерывна, поскольку все основные элементы жизни подвергаются циклическим превращениям, в значительной степени определяемыми микроорганизмами.

Титаническая роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе имеет исключительное значение для поддержания динамического равновесия биосферы.

Углерод. Атмосферный воздух содержит чуть больше 0, 03 % углерода в виде углекислого газа. Фотоситетические бактерии утилизируют углекислый газ в процессе фотосинтеза. Причем фотосинтетическая продуктивность бактерий настолько велика, что запас углекислого газа в атмосфере был бы исчерпан за 20 лет. В настоящее время считается, что углекислого газа на Земле, при учете его запасов в океанах и запасов угля, хватит на 1000–3000 лет. Это объясняется активным участием микроорганизмов в процессах образования углекислого газа.

Небольшая часть минерализованного углерода (1–1, 5 %) поступает в атмосферу в форме метана. Метан образуется из органических веществ в местах, недоступных для кислорода воздуха (в почве тундр, на рисовых полях, в рубце жвачных животных), затем поступает в атмосферу и окисляется ОН–радикалами через СО до СО₂ с участием бактерий.

Главным источником углерода для анаэробных почвенных микроорганизмов являются растительные остатки, содержащие пектиновые вещества и целлюлозу.

Азот. В круговороте азотсодержащих веществ участвуют:

1) аммонификаторы, вызывающие гниение трупов животных, остатков растений, разложение мочевины с образованием азотистых веществ и аммиака. Это аэробные бактерии Bacillus subtilis, Bacillus mesentericus, Serratia marcescens; факультативноанаэробные бактерии рода Proteus; анаэробы Clostridium sporogenes, Clostridium putrificum; уробактерии, расщепляющие мочевину (Urobacillus pasteuri, Sarcina urea); грибы рода Aspergillus, Mucor, Penicillium.

2) нитрифицирующие бактерии, которые нитрифицируют аммоний в хорошо аэрируемых почвах. Nitrosomonas (окисляют аммиак до азотистой кислоты, образуя нитриты) и Nitrobacter (превращают азотистую кислоту в азотную и нитраты). Нитриты и нитраты усваиваются высшими растениями. В отсутствие кислорода из нитрата образуется молекулярный азот, т. е. происходит денитрификация, которая ведет к потере азота почвой. Прокариоты, имеющие ферменты нитрогеназу, способны к азотфиксации (превращению атмосферного азота в органические соединения). Нитрогеназа работает только в анаэробных условиях, в присутствии кислорода фермент необратимо инактивируется (рис. 84).

Рис. 84. Фиксация атмосферного азота

3) азотфиксирующие бактерии, которые в процессе своей жизнедеятельности из молекулярного азота синтезируют белки и другие органические соединения азота, используемые растениями. Многие азотофиксирующие бактерии могут жить сами по себе, некоторые виды могут обитать в клубеньках бобовых растений. Эукариоты не способны к азотофиксации, поэтому некоторые бактерии в симбиозе с высшими растениями обеспечивают их азотом (симбиотические азотфиксирующие клубеньковые бактерии). Отмирая, растения обогащают почву соединениями азота.

Среди почвенных аэробных спорообразующих бактерий есть олигонитрофильные виды, которые хорошо развиваются на безазотистой среде, так как способны усваивать атмосферный азот. Эти микроорганизмы характеризуются слабой азотфиксирующей способностью, однако их накопление в почве может значительно содействовать обогащению ее азотом и повышать плодородие.

Есть и небиологическая фиксация азота. Производя азотные удобрения, человек успешно конкурирует с биологическими фиксаторами и биосферой в количестве фиксируемого азота.

Фосфор. Спороносные бактерии переводят нерастворимые фосфорные соединения в легко растворимые различными механизмами: растворением трикальцийфосфата, переводом фосфоритов в апатиты или фосфитов в фосфаты, минерализацией органофосфатов в результате ферментативной деятельности бактерий и выделения ими кислот. Азотфиксирующие цианобактерии способны утилизировать ионы фосфора из воды.

Сера. Сульфатредуцирующие бактерии участвуют в процессах образования нефти, сероводорода в морях, почвах, лечебных грязях. В почвах наибольшие количества сероводорода образуются при диссимиляционном восстановлении сульфатов, осуществляемом сульфатредуцирующими бактериями. Этот сероводород может быть окислен анаэробными фототрофными бактериями до серы и сульфатов, доступных для усвоения корнями растений. Образование сероводорода сульфатредуцирующими бактериями может приносить вред, вызывая коррозию металлических подводных и подземных сооружений.