stringtranslate.com

Индикаторный организм

Индикаторные организмы используются в качестве прокси для мониторинга условий в определенной среде, экосистеме, области, 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, при наличии в водоемах. Индикаторные бактерии сами по себе 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 распространенными индикаторами являются общие колиформные бактерии, фекальные колиформные бактерии, E. coli и энтерококки. [2] Присутствие бактерий, обычно встречающихся в человеческих фекалиях, называемых колиформными бактериями (например, E. coli ), в поверхностных водах является распространенным индикатором фекального загрязнения . Пути, с помощью которых патогены, обнаруженные в фекалиях, могут проникать в водоемы рекреационного назначения, включают, помимо прочего, сточные воды, септические системы, городские стоки , прибрежные рекреационные отходы и отходы животноводства. [2]

По этой причине программы санитарии часто проверяют воду на наличие этих организмов, чтобы убедиться, что системы питьевой воды не загрязнены фекалиями. Это тестирование может быть проведено 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 допускает рост только грамотрицательных бактерий, и бактерии будут расти по-разному в зависимости от того, как он метаболизирует лактозу или его неспособности метаболизировать ее. [3] В качестве альтернативы образец может быть проверен, чтобы увидеть, использует ли он различные питательные вещества способами, характерными для колиформных бактерий. [4]

Колиформные бактерии, выбранные в качестве индикаторов фекального загрязнения, не должны сохраняться в окружающей среде в течение длительного времени после выхода из кишечника, и их присутствие должно быть тесно связано с загрязнением другими фекальными организмами. Индикаторные организмы не обязательно должны быть патогенными. [5]

Неколиформные 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 Великих озерах было проведено исследование, в котором проверялись как концентрации фекальных индикаторных бактерий (FIB), так и маркеры патогенных генов. [7] FIB, измеренные в этом исследовании, включали фекальные колиформные бактерии, E. coli и энтерококки. [7] FIB собирали с помощью мембранной фильтрации и методов серийного разбавления, получая образцы, которые можно было культивировать и использовать для проведения ПЦР и амплификации рассматриваемых патогенных генов. [7] Из 22 мест отбора проб было проанализировано 165 образцов, и было обнаружено, что концентрации E. coli составляли от менее 2 до 26 000 КОЕ/100 мл, энтерококков — от менее 2 до 31 000 КОЕ/100 мл, а фекальных колиформных бактерий — от менее 2 до 950 КОЕ/100 мл. [7]

Другой пример индикаторных бактерий, измеряемых в целях безопасности, находится в Малибу, штат Калифорния. Штат Калифорния требует, чтобы пляжи с более чем 50 000 посетителей в год контролировались на предмет FIB. [8] Высокие концентрации FIB, превышающие то, что считается приемлемым EPA, были обнаружены в лагуне Малибу и на других пляжах Малибу. [8] Измерение высоких уровней FIB приводит к поиску источника(ов). Потенциальными источниками FIB в районе Малибу являются отходы из систем очистки сточных вод, стоки с местных застроек и отходы дикой природы. [8] Были измерены распространенные FIB, включая энтерококки, которые проявились на уровнях до 242 000 MPN/100 мл в местных системах очистки сточных вод. [8] Измерение FIB широко распространено и используется в целях обеспечения безопасной воды.

В Техасе возникновение и распространение FIB, в частности фекальных колиформ и E. coli , были измерены в ручьях, которые получают сбросы из международного аэропорта Даллас Форт-Уэрт и близлежащей территории. [9] Эти ручьи, принимающие отходы, являются средой обитания водной флоры и фауны, используются в рекреационных целях и в качестве мест для рыболовства. [9] Существуют различные стандарты для обеспечения безопасности всех организмов, присутствующих в экосистеме, включая людей. E. coli используется в качестве индикатора небезопасного или несоответствующего стандартам качества воды для рекреационного использования в Техасе. [10] Стандарты для уровней E. coli , которые объявляют контактный отдых небезопасным, представляют собой геометрическое среднее значение более 126 КОЕ/100 мл или более четверти образцов, измеряющих уровни более 394 КОЕ/100 мл. [10] Были проверены различные участки, некоторые из которых оказались превышающими допустимые уровни E. coli и, следовательно, не подходили для рекреационного использования. [9] Это еще один пример того, как тестирование на наличие индикаторных бактерий используется для определения безопасности водоемов для различных целей, в частности, для рекреационного использования.

Индикаторные грибы

Виды Penicillium , Aspergillus niger и Candida albicans используются в фармацевтической промышленности для испытаний на предельное содержание микробов, оценки бионагрузки, проверки методов, испытаний на антимикробную нагрузку и контроля качества. [11] При использовании в этом качестве Penicillium и A. niger являются фармакологическими индикаторами плесени. [11]

Плесень, такая 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 определенной области в качестве биологического индикатора [15] антропогенной активности, например, переполнения сточных вод в городской местности или стоков удобрений и пестицидов в сельскохозяйственной местности.

Было обнаружено, что состав грибковых сообществ является хорошим индикатором свойств окружающей среды, таких как pH, высота и температура воды. Шове [16] использовал этот подход для проведения измерений этих переменных в масштабах всей экосистемы, используя сеть станций мониторинга на 27 ручьях на юго-западе Франции.

Cudowski et al . [17] отобрали образцы грибов в воде Августовского канала на востоке Польши. Они провели множество стандартных измерений качества воды — температуру, насыщение кислородом, pH и уровни растворенного азота, органического углерода и серы. Они идентифицировали виды с помощью микроскопических методов и анализа RFLP. Они обнаружили 38 видов грибов, включая 12 гифомицетов и 13 потенциальных патогенов, принадлежащих либо к дерматофитам, либо к родственникам C. albicans . Cudowski et al. обнаружили, что они могут определить, был ли взят образец воды из естественной (озероподобной) или искусственной части канала. Они также обнаружили, что три основные группы грибов, которые они обнаружили, гифомицеты, дерматофиты и родственники Candida, могли предсказать многие из их измерений качества воды, которые образовали два кластера в анализе избыточности.

Буффанд и др . [18] использовали грибы Arbuscular Mycorhizzal Fungi (AMF), бесполую кладу грибов, которые образуют симбиотические отношения с корневыми системами растений, в качестве индикаторов для оценки функции почвы и биоразнообразия во многих местах по всей Европе. Они взяли образцы почвы в различных климатических зонах (атлантическая, континентальная, средиземноморская, альпийская) и трех режимах землепользования (пахотная, луговая, лесная) и секвенировали ДНК грибов, содержащихся в почве. Они обнаружили восемь видов-индикаторов для pH почвы: четыре, которые присутствовали только при pH менее 5, три для pH > 5 и один для pH > 7. Они обнаружили восемь индикаторов землепользования: два для лесов, пять для сельскохозяйственных и луговых угодий и один для обоих. Они также обнаружили один индикаторный гриб, который присутствовал при высоком содержании органического углерода в почве, и еще один при низком его содержании.

Индикаторные яйца гельминтов

Идентификация и количественная оценка яиц гельминтов в Университете UNAM в Мехико, Мексика

Яйца гельминтов (паразитических червей) являются широко используемым индикаторным организмом для оценки безопасности систем санитарии и повторного использования сточных вод (такие схемы также называются повторным использованием человеческих экскрементов ). [19] : 55  Это связано с тем, что они являются наиболее устойчивыми патогенами из всех типов патогенов (патогенами могут быть вирусы , бактерии , простейшие и гельминты). [20] Это означает, что их относительно трудно уничтожить с помощью обычных методов обработки. Они могут выживать в течение 10–12 месяцев в тропическом климате. [20] Эти яйца также называются в литературе яйцеклетками . [21]

Яйца гельминтов, которые обнаруживаются в сточных водах и иле, происходят от почвенных гельминтов (STH), к которым относятся Ascaris lumbricoides (аскарида), Anclostoma duodenale , Necator americanus (анкилостома) и Trichuris trichiura (власоглав). [22] Аскариды и власоглавы, которые обнаруживаются в многоразовых системах сточных вод, могут вызывать определенные заболевания и осложнения, если их проглотят люди и свиньи. [23] Анкилостомы откладывают и выводят свои личинки в почве, где они растут до зрелости. После того, как яйца анкилостомы полностью развиваются, они заражают организмы, проникая через кожу организма. [24]

Наличие или отсутствие жизнеспособных яиц гельминтов («жизнеспособных» означает, что личинка сможет вылупиться из яйца) в образце высушенных фекалий, компоста или фекального ила часто используется для оценки эффективности различных процессов очистки сточных вод и ила с точки зрения удаления патогенов. [19] : 55  В частности, количество жизнеспособных яиц аскарид часто принимается в качестве индикатора для всех яиц гельминтов в процессах очистки, поскольку они очень распространены во многих частях мира и их относительно легко идентифицировать под микроскопом. Однако точные характеристики инактивации могут различаться для разных типов яиц гельминтов. [25]

Различные микроскопические изображения яиц разных видов гельминтов

Методика, используемая для тестирования, зависит от типа образца. [21] Когда яйца гельминтов находятся в иле, такие процессы, как щелочная постстабилизация, кислотная обработка и анаэробное сбраживание , используются для уменьшения количества яиц гельминтов в областях, где их много. Эти методы позволяют яйцам гельминтов находиться в пределах здоровых потребностей ≤1 яйца гельминтов на литр. Обезвоживание используется для инактивации яиц гельминтов в фекальном иле. Этот тип инактивации происходит, когда фекалии хранятся в течение 1-2 лет, 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. [24]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Noble, RT; Moore, DF; Leecaster, MK; McGee, CD; Weisberg, SB (апрель 2003 г.). «Сравнение общего количества колиформных бактерий, фекальных колиформных бактерий и реакции индикатора энтерококков при тестировании качества воды в рекреационных зонах океана». Water Research . 37 (7): 1637–1643. doi :10.1016/s0043-1354(02)00496-7. ISSN  0043-1354. PMID  12600392.
  2. ^ ab Глава 17: Бактерии-индикаторы потенциальных патогенов. Добровольный мониторинг эстуария: методическое руководство . Агентство по охране окружающей среды США. 2006.
  3. ^ Юнг, Бенджамин; Хойлат, Жиль Дж. (2021), "MacConkey Medium", StatPearls , Treasure Island (FL): StatPearls Publishing, PMID  32491326 , получено 26 апреля 2021 г.
  4. ^ Ashbolt NJ, Grabow WO, Snozzi M. "13: Индикаторы микробного качества воды". Оценка микробной безопасности питьевой воды (PDF) . Всемирная организация здравоохранения. стр. 293–295 . Получено 16 июля 2016 г. .
  5. ^ "Фекальные колиформные бактерии как индикаторный организм" (PDF) . Экологический информационный бюллетень по очистке сточных вод . Департамент экологических служб Нью-Гемпшира. 2003. Получено 30 ноября 2007 г.
  6. ^ Джерарди, Майкл Х.; Мел К. Циммерман (январь 2005 г.). Майкл Х. Джерарди (ред.). Патогены сточных вод . Серия «Микробиология сточных вод». Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc. стр. 147. ISBN 978-0-471-20692-7.
  7. ^ abcd Brennan, AK, Johnson, HE, Totten, AR, Duris, JW, Geological Survey (US), & Great Lakes Restoration Initiative (US). (2015). Распространение и распределение 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
  8. ^ abcd Izbicki, J., Геологическая служба (США) и Малибу (Калифорния). (2011). Распределение фекальных индикаторных бактерий вдоль побережья Малибу, Калифорния (отчет открытого файла, 2011-1091). Министерство внутренних дел США, Геологическая служба США. https://permanent.fdlp.gov/gpo138800/ofr20111091.pdf
  9. ^ abc Harwell, GR, Mobley, CA, Mobley, CA, Международный аэропорт Даллас-Форт-Уэрт, Геологическая служба (США), Международный аэропорт Даллас-Форт-Уэрт и Геологическая служба (США). (2009). Распространение и распределение фекальных индикаторных бактерий, а также физических и химических индикаторов качества воды в ручьях, получающих сброс из международного аэропорта Даллас/Форт-Уэрт и его окрестностей, северо-центральный Техас, 2008 (Ser. Scientific researchs report, 2009-5103). Геологическая служба США. https://pubs.usgs.gov/sir/2009/5103/pdf/sir2009-5103.pdf
  10. ^ ab Техасская комиссия по качеству окружающей среды, 2008a, 2000 Стандарты качества поверхностных вод Техаса: доступ 4 ноября 2008 г. по адресу http://www.tceq.state.tx.us/permitting/water_quality/wq_assessment/standards/WQ_standards_2000.html
  11. ^ ab Clontz, Lucia (2009). «Микроорганизмы, представляющие интерес». Тесты на микробный предел и бионагрузку: подходы к валидации и глобальные требования, второе издание (2-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. стр. 31–33. ISBN 9781420053494.
  12. ^ Jantunen, Matti; Jaakkola, Jouni JK; Krzyzanowski, M., ред. (1997). "20: Бактерии и грибки". Оценка воздействия загрязнителей воздуха в помещениях, Европейская серия региональных публикаций ВОЗ, № 78. Копенгаген: Европейское региональное бюро ВОЗ. стр. 101–102. ISBN 9289013427.
  13. ^ Коул, Юджин К.; Дулани, Памела Д.; Лиз, Кит Э.; Холл, Ричард М.; Фоард, Карин К.; Франке, Дебора Л.; Майерс, Фрэнк М.; Берри, Майкл А. (1996). «Отбор проб и анализ биозагрязнителей на поверхности помещений: характеристика потенциальных источников и стоков». В Тиченоре, Брюс А. (ред.). Характеристика источников загрязнения воздуха в помещениях и связанных с ними эффектов стоков, том 1287. Западный Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International. стр. 164. ISBN 9780803120303.
  14. ^ Heikkinen, MSA; Hjelmroos-Koski, MK; Haggblom, MM; Macher, JM (2004). "Глава 13: Биоаэрозоли". В Ruzer, LS; Harley, NH (ред.). Справочник по аэрозолям: измерение, дозиметрия и воздействие на здоровье . Boca Raton, Florida: CRC Press. стр. 377–378. ISBN 9780203493182.
  15. ^ Бай, Яохуэй; Ван, Цяоцзюань; Ляо, Кайлинли; Цзянь, Чжиюй; Чжао, Чэнь; Цюй, Цзюхуэй (21 декабря 2018 г.). «Грибное сообщество как биоиндикатор для отражения антропогенной деятельности в речной экосистеме». Frontiers in Microbiology . 9 : 3152. doi : 10.3389/fmicb.2018.03152 . ISSN  1664-302X. PMC 6308625. PMID 30622523  . 
  16. ^ Шове Э. (1991). «Распределение водных гифомицетов на юго-западе Франции». Журнал биогеографии . 18 : 699–706.
  17. ^ Cudowski, A.; Pietryczuk, A.; Hauschild, T. (1 февраля 2015 г.). «Водные грибы в связи с физическими и химическими параметрами качества воды в Августовском канале». Fungal Ecology . 13 : 193–204. doi :10.1016/j.funeco.2014.10.002. ISSN  1754-5048.
  18. ^ Буффо, Мари-Лара; Кример, Рэйчел Э.; Стоун, Доте; Плассарт, Пьер; Ван Туйнен, Дидерик; Лемансо, Филипп; Випф, Даниэль; Редекер, Дирк (1 декабря 2016 г.). «Индикаторные виды и совместная встречаемость в сообществах арбускулярных микоризных грибов в европейском масштабе». Soil Biology and Biochemistry . 103 : 464–470. doi :10.1016/j.soilbio.2016.09.022. ISSN  0038-0717.
  19. ^ ab Von Sperling, M. (2015). «Характеристики, очистка и утилизация сточных вод». Water Intelligence Online . 6 : 9781780402086. doi : 10.2166/9781780402086 . ISSN  1476-1777.
  20. ^ ab Koné, Doulaye; Cofie, Olufunke; Zurbrügg, Christian; Gallizzi, Katharina; Moser, Daya; Drescher, Silke; Strauss, Martin (2007). «Эффективность инактивации яиц гельминтов путем обезвоживания фекального шлама и совместного компостирования в тропическом климате». Water Research . 41 (19): 4397–4402. doi :10.1016/j.watres.2007.06.024.
  21. ^ ab Maya, C.; Jimenez, B.; Schwartzbrod, J. (2006). «Сравнение методов обнаружения яиц гельминтов в питьевой воде и сточных водах». Water Environment Research . 78 (2): 118–124. doi :10.2175/106143005X89571. ISSN  1554-7531. PMID  16566519. S2CID  46046758.
  22. ^ Профилактика, CDC-Центры по контролю и профилактике заболеваний (13 января 2021 г.). "CDC - Гельминты, передающиеся через почву". www.cdc.gov . Получено 27 апреля 2021 г. .
  23. ^ Наварро, И.; Хименес, Б. (1 апреля 2011 г.). «Оценка критериев ВОЗ по яйцам гельминтов с использованием подхода QMRA для безопасного повторного использования сточных вод и шлама в развивающихся странах». Water Science and Technology . 63 (7): 1499–1505. doi :10.2166/wst.2011.394. ISSN  0273-1223. PMID  21508556.
  24. ^ ab Jiménez, B.; Maya, C.; Galván, M. (1 сентября 2007 г.). «Контроль яиц гельминтов в сточных водах и шламе для усовершенствованной и традиционной санитарии». Water Science and Technology . 56 (5): 43–51. doi : 10.2166/wst.2007.555 . ISSN  0273-1223. PMID  17881836.
  25. ^ Maya C., Torner-Morales FJ, Lucario ES, Hernández E., Jiménez B. (2012). «Жизнеспособность шести видов личиночных и неличиночных яиц гельминтов при различных условиях температуры, pH и сухости». Water Research . 46 (15): 4770–4782. doi :10.1016/j.watres.2012.06.014. PMID  22794801.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )