Фекальная колиформа (англ. faecal coliform ) — факультативно анаэробная палочковидная грамотрицательная неспорообразующая бактерия . Колиформные бактерии обычно возникают в кишечнике теплокровных животных. Фекальные колиформы способны к росту в присутствии солей желчных кислот или аналогичных поверхностных агентов, являются оксидазоотрицательными и производят кислоту и газ из лактозы в течение 48 часов при температуре 44 ± 0,5°C. [1] Термин « термотолерантные колиформы» является более правильным и получает все большее распространение по сравнению с «фекальными колиформами». [2]
Колиформные бактерии включают роды , возникающие в фекалиях (например, Escherichia ), а также роды не фекального происхождения (например, Enterobacter , Klebsiella , Citrobacter ). Этот анализ предназначен для определения фекального загрязнения; более конкретно, E. coli , которая является индикаторным микроорганизмом для других патогенов , которые могут присутствовать в фекалиях. Присутствие фекальных колиформ в воде не может быть прямым вредом и не обязательно указывает на наличие фекалий. [1]
В целом повышенный уровень фекальных колиформ является предупреждением о сбоях в очистке воды , нарушении целостности распределительной системы , возможном заражении болезнетворными микроорганизмами. При высоких уровнях может возникнуть повышенный риск развития гастроэнтерита, передаваемого через воду . Тесты на бактерии дешевы, надежны и быстры (1-дневная инкубация).
Присутствие фекальных колиформ в водной среде может указывать на то, что вода загрязнена фекалиями людей или других животных. Фекальные колиформные бактерии могут попадать в реки через прямые сбросы отходов млекопитающих и птиц, сельскохозяйственных и ливневых стоков , а также сточных вод человека . Однако их присутствие также может быть результатом растительного материала и сточных вод целлюлозно - бумажных предприятий . [1]
Неисправные домашние септические системы могут привести к попаданию колиформ из сточных вод в грунтовые воды , водоносные горизонты , дренажные канавы и близлежащие поверхностные воды . Канализационные соединения, подсоединенные к ливневым трубам, также могут пропускать сточные воды человека в поверхностные воды. В некоторых старых промышленных городах, особенно на северо-востоке и среднем западе США , для удаления отходов используется комбинированная канализационная система. В комбинированную канализацию подаются как бытовые, так и ливневые воды. В периоды сильных дождей комбинированная канализация может перегружаться и переливаться в близлежащий ручей или реку, минуя очистку .
Домашние животные, особенно собаки , могут способствовать фекальному загрязнению поверхностных вод. Сточные воды с дорог, парковок и дворов могут сбрасывать отходы животноводства в ручьи через ливневую канализацию. Птицы могут быть важным источником фекальных колиформных бактерий. Лебеди , гуси , чайки и другие водоплавающие птицы могут повышать количество бактерий, особенно в водно-болотных угодьях , озерах , прудах и реках.
Сельскохозяйственные методы, такие как выпас скота возле водоемов, разбрасывание навоза в качестве удобрения на полях во время влажных периодов, использование твердых биологических веществ осадка сточных вод и полив скота в ручьях, - все это может способствовать фекальному заражению колиформами.
По мнению некоторых авторитетных источников, большое количество фекальных колиформных бактерий в воде не является вредным, но может указывать на более высокий риск присутствия в воде патогенов . [3] Некоторые патогенные заболевания, передающиеся через воду, которые могут совпадать с фекальными колиформными инфекциями, включают ушные инфекции, дизентерию , брюшной тиф , вирусный и бактериальный гастроэнтерит и гепатит А.
Необработанные органические вещества , содержащие фекальные колиформы, могут быть вредными для окружающей среды. Аэробное разложение этого материала может снизить уровень растворенного кислорода при его сбросе в реки или водные пути. Это может снизить уровень кислорода настолько, что погибнет рыба и другие водные обитатели. Сокращение фекальных колиформ в сточных водах может потребовать использования хлора и других дезинфицирующих химикатов или обработки УФ-дезинфекцией. Такие материалы могут убивать фекальные колиформные и болезнетворные бактерии. Они также убивают бактерии, необходимые для правильного баланса водной среды, ставя под угрозу выживание видов, зависящих от этих бактерий. Таким образом, более высокие уровни фекальных колиформ требуют более высоких уровней хлора, что угрожает этим водным организмам.
Рост фекальных колиформ, как и других бактерий, обычно можно подавить кипячением воды, обработкой хлором или УФ-дезинфекцией. Тщательное мытье с мылом после контакта с загрязненной водой также может помочь предотвратить инфекции. При тестировании на фекальные колиформы следует всегда надевать перчатки. Муниципалитеты, которые обслуживают общественное водоснабжение, обычно контролируют и лечат фекальные колиформы. Его также можно удалить йодом.
В водах США, Канады и других стран качество воды контролируется с целью защиты здоровья населения. Бактериальное загрязнение является одним из контролируемых загрязнителей. В США тестирование фекальных колиформ является одним из девяти тестов качества воды, которые формируют общий рейтинг качества воды в процессе, используемом Агентством по охране окружающей среды США. Анализ фекальных колиформ следует использовать только для оценки наличия фекалий в ситуациях, когда фекальные колиформы нефекального происхождения встречаются редко. [1] Агентство по охране окружающей среды одобрило ряд различных методов анализа образцов на наличие бактерий. [4]
Бактерии быстро размножаются, если условия подходят для роста. Большинство бактерий лучше всего растут в темной, теплой и влажной среде вместе с пищей. При выращивании на твердой среде некоторые бактерии по мере размножения образуют колонии , которые могут вырасти достаточно большими, чтобы их можно было увидеть. Путем выращивания и подсчета колоний фекальных колиформных бактерий в образце воды можно определить количество первоначально присутствующих бактерий.
Мембранная фильтрация является методом выбора для анализа фекальных колиформ в воде. Образцы, подлежащие тестированию, пропускают через фильтр с определенным размером пор (обычно 0,45 микрометра ). Микроорганизмы, присутствующие в воде, остаются на поверхности фильтра. Фильтр помещают в стерильную чашку Петри с селективной средой , стимулируют рост нужных микроорганизмов и подавляют другие нецелевые организмы. Каждая клетка развивается в отдельную колонию, которую можно непосредственно подсчитать и определить первоначальный размер инокулята. Обычно для анализа и фильтрации воды используются образцы объемом 100 мл с целью достижения конечного желательного диапазона плотности колоний от 20 до 60 колоний на фильтр. Загрязненные источники могут потребовать разбавления для получения «счетной» мембраны. Фильтр помещают в чашку Петри, содержащую агар M-FC , и инкубируют в течение 24 часов при 44,5°C (112,1°F). Эта повышенная температура поражает нефекальные бактерии и подавляет их рост. По мере роста фекальных колиформных колоний они производят кислоту (за счет ферментации лактозы), которая реагирует с анилиновым красителем в агаре, придавая колониям синий цвет.
Новые методы обнаружения колиформ основаны на использовании специфических ферментных субстратов в качестве индикаторов колиформ. В этих анализах используется сахар, связанный с красителем, который под действием фермента бета-галактозидазы дает характерный цвет. Фермент бета-галактозидаза обычно является маркером колиформ, и его можно анализировать путем гидролиза фермент-специфических гликозидов, таких как о-нитрофенил-бета-D-галактоза. Анализы обычно включают второй сахар, связанный с другим красителем, который под действием фермента бета-глюкуронидазы образует флуоресцентный продукт. Поскольку E. coli продуцирует как бета-галактозидазу, так и бета-глюкуронидазу , комбинация двух красителей позволяет дифференцировать и количественно определять колиформы и E. coli в одном горшке.
Совсем недавно химический состав соединений для ферментативного обнаружения был обновлен, так что индикаторный компонент является окислительно-восстановительно-активным, в отличие от более обычного хромогенного формата, что позволяет обнаруживать фекальные индикаторные бактерии, такие как E. coli и E. faecalis, электрохимически без какого-либо образца. предварительная обработка. Поскольку цвет детектирующего соединения не имеет значения, это позволяет проводить детектирование в глубоко окрашенных матрицах. [5]
В 1989 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) опубликовало Правило общего количества колиформных бактерий (TCR), которое ввело серьезные изменения в мониторинге общественных систем водоснабжения по всей стране. [6] Требования к тестированию в соответствии с TCR 1989 года были более тщательными, чем предыдущие требования. Необходимое количество рутинных тестов на колиформы было увеличено, особенно для небольших предприятий водоснабжения. Постановление также требует автоматического повторного тестирования из всех источников, которые показывают общий положительный результат на колиформы (известный как триггерный мониторинг воды из источника). В 2013 году Агентство по охране окружающей среды пересмотрело TCR [7] с небольшими исправлениями в 2014 году. [8]