Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему: Особенности биоразнообразия условно-патогенных бактерий озера Байкал и их значение при оценке качества воды

Автореферат диссертации по медицине на тему Особенности биоразнообразия условно-патогенных бактерий озера Байкал и их значение при оценке качества воды

На правах рукописи

ПАНАСЮК Елена Юрьевна

ОСОБЕННОСТИ БИОРАЗНООБРАЗИЯ УСЛОВНО -ПАТОГЕННЫХ БАКТЕРИЙ ОЗЕРА БАЙКАЛ И ИХ ЗНАЧЕНИЕ ПРИ ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ

14.00.07 - гигиена 03.00.07 - микробиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Работа выполнена в лаборатории водной микробиологии Лимнологического института

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор В.В. Дрюккер

доктор биологических наук, профессор Л.П. Игнатьева

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор Р. В. Киборт

доктор медицинских наук, профессор Е.Д. Савилов

Научно-исследовательский институт биологии при Иркутском государственном университете

Защита состоится «27» июня 2002 г. в 13 час. на заседании диссертационного совета Д-208.032.02 при Иркутском государственном медицинском университете.

Адрес: 664000 Иркутск, Красного Восстания, 1 Факс: (3952) 240 - 826

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского государственного медицинского университета.

Автореферат разослан «25» мая 2002 г.

Ученый секретарь диссертационного сов

кандидат медицинских наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Гигиеническое нормирование качества питьевой воды и санитарная охрана водных объектов в нашей стране предполагает строгий контроль за прямым и косвенным влиянием хозяйственной деятельности, бытового использования, сбросом разнообразных стоков в водоемы и водотоки. Это регламентируется Федеральным законом «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» от 30 марта 1999 г. № 52-ФЗ; Водным Кодексом Российской Федерации от 16 ноября 1995 г.; СанПиН 2.1.5.980 - 00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод»; СанПиН 2.1.4.1074 - 01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого снабжения. Контроль качества».

Санитарно-гигиеническая индикация качества вод ориентирована на показатели фекального загрязнения, значения которых свидетельствуют о потенциальном присутствии патогенных штаммов - возбудителей кишечных заболеваний. Однако, исследования последних лет отмечают, что скорость отмирания кишечной палочки в водных объектах выше, чем патогенных и особенно потенциально-патогенных бактерий, что является следствием высокой антропогенной нагрузки на оз. Байкал. Сбросы хозяйственно-бытовых, промышленных стоков, развитие рекреаций и судоходства привели к необходимости расширения числа гигиенических и микробиологических показателей, характеризующих качество воды. В СанПиН 2.1.4.1074 -01 микробиологическая оценка качества питьевой воды проводится по следующим показателям: термотолерантные колиформные бактерии, общие колиформные бактерии, общее микробное число (ОМЧ), колифаги, споры сульфатредуцирующих клостридий, цисты лямблий. Но помимо этих критериев для оценки санитарного состояния качества воды необходимы сведения о фоновом содержании потенциально-опасных бактерий в водоеме. Исследования микробиоценозов озера Байкал прошлых лет, в основном, ограничивались изучением физиологических групп бактерий: аммонификаторов, денитрофикаторов, целлюлозоразрушающих и др. Однако это направление работ, являясь важным в продукционных исследованиях, не позволяет проследить экологические изменения микробиоценозов водоемов, определяющих безопасность питьевой воды.

Выбранные нами для исследования условно-патогенные бактерии (семейства ЕгисгоЬайспасае и неферментирующей группы), обладают высокими

адаптационными возможностями при выживаемости в окружающей среде,

экологической пластичностью. Их значение возрастает как в этиологической структуре заболеваний, так и среди представителей естественных бактериальных сообществ. Кроме того, они несут потенциальную эпидемическую опасность для здоровья населения. В связи с включением Байкала в список Участков Всемирного наследия особый интерес представляет охрана этого водоема и изучение антропогенного влияния на него.

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы состояла в обосновании применения условно-патогенных бактерий оз. Байкал, как дополнительных критериев оценки качества воды.

Для реализации поставленной цели определены следующие задачи:

1. Оценка влияния на озеро Байкал поступления в его бассейн разнообразных стоков.

2. Выделение и идентификация потенциально-патогенных бактерий из озера Байкал и основных притоков озера.

3. Исследование сезонного распределения, межгодовой динамики, доминирующих видов потенциально-патогенных бактерий, и использование этих данных для микробиологического мониторинга. Определение доли потенциально- патогенных бактерий по отношению к общему количеству культивируемых микроорганизмов, выделенных из воды озера.

4. Изучение свойств, характеризующих вирулентность микроорганизмов: антибиотикорезистентность, гемолитическая активность, рост при температуре 37°С.

5. Определение оптимальной температуры роста и развития потенциально-патогенных и автохтонных бактерий, выделенных из вод озера.

6. Исследование влияния низкой температуры и популяции автохтонной микрофлоры на рост и размножение потенциалыго-пагогенных и патогенных бактерий, в условиях лабораторного моделирования.

Научная новизна: Впервые из озера Байкал были выделены и идентифицированы более 898 штаммов условно-патогенных бактерий, являющихся представителями 31 вида. Показана приуроченность выделения данной группы бактерий к акваториям вблизи населенных пунктов, местам рекреаций, сброса сточных вод и устьям основных притоков. Изучено вертикальное и горизонтальное распределение условно-патогенных бактерий в водной толще озера Байкал. Впервые исследованы антибиотикорезистентность, гемолитическая активность и оптимальная температура культивирования условно-патогенных и гетеротрофных бактерий озера

Байкал. Доминирующие на протяжении многолетнего изучения виды условно-патогенных бактерий могут быть предложены, как дополнительные микробиологические индикаторы при оценке качества воды.

Практическая значимость работы: Данные проведенных исследований представлены в Государственном докладе «О состоянии окружающей природной среды Иркутской области в 1998 году» Государственного комитета по охране окружающей среды Иркутской области. Результаты проведенных исследований являются составной частью отчета по научно-исследовательской работе Лимнологического института СО РАН в рамках темы № 01960011465 « Разработка, апробация и внедрение новых методов биологического и химического мониторинга» и приняты к реализации по результатам научно-исследовательской работы № 1.6.16-1 «Комплексный экологический мониторинг экосистемы озера Байкал: обоснование, разработка новых методов и системы наблюдений, оценка состояния».

Теоретическая значимость. В работе обсуждены вопросы терминологии «патогенности», «вирулентности», «условной патогенности», так как в литературе мнения авторов расходятся. Показано, что антибиотикорезистентность и гемолитическая активность являются дополнительными факторами патогенности водных бактерий, которые так же необходимо учитывать при микробиологическом мониторинге озера Байкал. Результаты работы представляют интерес при рассмотрении вопросов, связанных с санитарно-гигиеническим нормированием безопасности воды, эволюцией водных экосистем, персистенцией условно-патогенных бактерий в объектах окружающей среды.

Научная новизна и практическая значимость работы, составляющие предмет защиты диссертации, заключаются в следующем:

В результате многолетних исследований впервые дана характеристика численности, биоразнообразия и пространственного распределения условно-патогенных бактерий (УПБ) озера Байкал. УПБ обнаружены в значительном количестве проб воды. Впервые установлено распределение этих бактерий в зонах антропогенного влияния: литоральные области озера, основные притоки, районы, прилегающие к населенным пунктам.

- Доминирующие виды потенциально-патогенных бактерий, выделенные из воды озера Байкал: Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter cloacae, Citrobacter freundii, Burkhalderia cepacia, могут быть использованы как дополнительные

индикаторы в микробиологическом мониторинге для оценки качества вод озера Байкал.

- Впервые в сезонном и межгодовом аспектах изучен не только видовой состав, но и свойства потенциально-патогенных бактерий в сравнении с байкальскими гетеротрофами. Показано, что такие свойства как антибиотикорезистентность, гемолитическая активность и рост при температуре 37° С, являющиеся основными и дополнительными факторами патогенности, присущи не только УПБ, но и автохтонной микрофлоре озера Байкал. Низкая температура и автохтонная микрофлора озера Байкал не влияют на выживаемость потенциально-патогенных и патогенных бактерий в байкальской воде в условиях лабораторного моделирования. Использование полученных данных позволит усовершенствовать микробиологический мониторинг воды озера Байкал для сохранения чистоты его вод.

Апробация работы и публикации. Материалы исследований были доложены и обсуждены на: региональной научно-практической конференции «Биоразнообразие микроорганизмов Восточно - Сибирского региона и их научно-практическое использование», Иркутск, 1999; региональной научно-практической конференции «Интеграция фундаментальной науки и высшей школы в устойчивом развитии Сибири», Иркутск, 2001; Российской научно-практической конференции, посвященой ¡00-летию со дня рождения профессора Е.В. Талалаева «Оценка современного состояния микробиологических исследований в Восточно-сибирском регионе», Иркутск, 2002. По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 2 находятся в печати.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, 4 глав, в которых представлены и обсуждены собственные результаты исследований, заключения, выводов, списка

литературы из _ источников. Материал диссертации изложен на _ страницах,

содержит_рисунков и __ таблиц.

Автор выражает благодарность научным руководителям зав. лабораторией водной микробиологии Лимнологического института СО РАН, д. б. н., профессору В.В. Дрюккеру, д. б. н., профессору Л. П. Игнатьевой. Выражаю искреннюю признательность ст. н. с. лаборатории водной микробиологии к. б. н., В. В. Парфеновой за поддержку, внимание и помощь в проводимых исследованиях, н.с. Т. Я. Косторновой, н.с. Бельковой Н. Л. и всем сотрудникам лаборатории за помощь на различных этапах работы.

СОБСТВЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Обзор литературы Роль потенциально-патогенных бактерии в экосистемах водоемов и водотоков.

Приводятся данные литературы по микробиологической индикации качества вод различных водоемов и водотоков, включая и объект исследования - озеро Байкал. Обсуждено распределение условно - патогенных бактерий в природных водных объектах. Рассмотрены вопросы о факторах патогенности, персистентности и влиянии условно-патогенных бактерий на автохтонную микрофлору водоема, санитарно-микробиологическое нормирование качества воды.

Объекты и методы исследования.

Отбор проб воды производили в озере Байкал и его основных притоках стандартным способом. В летний период пробы отбирались по всей вертикали от поверхности до придонного слоя на центральных станциях следующих разрезов: Южный Байкал: Солзан - Маритуй, Кадильный - Мишиха; Средний Байкал: Харауз -Красный Яр, Анга - Сухая, Болдаково - Ольхонские Ворота; Северный Байкал: Тыя -Немнянка, Елохин - Давша; в основных притоках озера (Рис. 1). Кроме этого, в зимний и летний сезоны мы изучали литоральные районы, примыкающие к населенным пунктам, где отбирались пробы воды с глубин 0 м, 5 м, 10-25 м, 50 м и из придонного слоя.

Для посевов воды использовались методы: а) глубинного посева 1 мл исследуемой воды [Родина 1965]; б) поверхностного посева 0,01 исследуемой воды [Родина, 1965]; в) метод посева на бактериальных фильтрах, с целью концентрирования проб воды [Парфенова,1984]; Изучались соответственно две группы микроорганизмов: байкальские гетеротрофные бактерии; условно -патогенные бактерии.

Идентификацию выделенных чистых культур бактерий проводили общепринятыми методами по морфологическим, тинкториальным, культуральным и биохимическим свойствам [Приказ №535 Минздрава России и Методические рекомендации «Определение грамотрицательных потенциально- опасных патогенных бактерий», Москва,1987]: Дополнительно использовали тест-системы ММТЕ-1, ММТЕ-2, СИБ, ЬасЬета (Чехословакия). Результаты биохимической деятельности культур оценивались с помощью компьютерной программы "Баканализатор", степень гомологии при идентификации культур по биохимическим признакам достигала 70100%.