Фекальная колиформа (британское: faecal coliform ) — факультативно анаэробная , палочковидная , грамотрицательная , неспорообразующая бактерия . Колиформные бактерии обычно возникают в кишечнике теплокровных животных. Фекальные колиформы способны расти в присутствии желчных солей или подобных поверхностных агентов, являются оксидазоотрицательными и производят кислоту и газ из лактозы в течение 48 часов при температуре 44 ± 0,5 °C. [1] Термин термотолерантная колиформа более правильный и получает признание по сравнению с «фекальной колиформой». [2]
Колиформные бактерии включают роды , которые происходят из фекалий (например, Escherichia , Enterobacter , Klebsiella , Citrobacter ). Анализ фекальной колиформной бактерии предназначен для того, чтобы быть индикатором фекального загрязнения; более конкретно E. coli , которая является индикаторным микроорганизмом для других патогенов , которые могут присутствовать в фекалиях. Присутствие фекальных колиформных бактерий в воде может не быть напрямую вредным и не обязательно указывает на присутствие фекалий. [1]
В целом, повышенные уровни фекальных колиформных бактерий являются предупреждением о сбое в очистке воды , нарушении целостности распределительной системы , возможном загрязнении патогенами. Когда уровни высокие, может быть повышен риск гастроэнтерита, передающегося через воду . Тесты на бактерии дешевы, надежны и быстры (инкубация в течение 1 дня).
Присутствие фекальных колиформных бактерий в водной среде может указывать на то, что вода была загрязнена фекальным материалом людей или других животных. Фекальные колиформные бактерии могут попадать в реки через прямой сброс отходов млекопитающих и птиц, из сельскохозяйственных и ливневых стоков , а также из человеческих сточных вод . Однако их присутствие может быть также результатом растительного материала и сточных вод целлюлозно - бумажных комбинатов . [1]
Неисправные домашние септические системы могут позволить колиформам в стоках попасть в грунтовые воды , водоносные горизонты , дренажные канавы и близлежащие поверхностные воды . Канализационные соединения, которые соединены с трубами ливневой канализации , также могут позволить человеческим сточным водам попасть в поверхностные воды. Некоторые старые промышленные города, особенно на северо-востоке и среднем западе США , используют комбинированную канализационную систему для обработки отходов. Комбинированная канализация переносит как бытовые сточные воды, так и ливневые воды. В периоды обильных осадков комбинированная канализация может стать перегруженной и переполниться в близлежащий ручей или реку, минуя очистку .
Домашние животные, особенно собаки , могут способствовать фекальному загрязнению поверхностных вод. Стоки с дорог, парковок и дворов могут переносить отходы животных в ручьи через ливневую канализацию. Птицы могут быть значительным источником фекальных колиформных бактерий. Лебеди , гуси , чайки и другие водоплавающие птицы могут повышать количество бактерий, особенно в водно-болотных угодьях , озерах , прудах и реках.
Такие методы ведения сельского хозяйства, как выпас скота вблизи водоемов, внесение навоза в качестве удобрения на полях в периоды дождей, использование биологических твердых веществ из осадка сточных вод и водопой скота в ручьях, могут способствовать загрязнению фекальными кишечными палочками.
По мнению некоторых авторитетных источников, большое количество фекальных колиформных бактерий в воде не вредно, но может указывать на более высокий риск присутствия в воде патогенов . [3] Некоторые патогенные заболевания, передающиеся через воду, которые могут совпадать с загрязнением фекальными колиформными бактериями, включают ушные инфекции, дизентерию , брюшной тиф , вирусный и бактериальный гастроэнтерит и гепатит А.
Необработанные органические вещества , содержащие фекальные колиформные бактерии, могут быть вредны для окружающей среды. Аэробное разложение этого материала может снизить уровень растворенного кислорода при сбросе в реки или водоемы. Это может снизить уровень кислорода настолько, что это убьет рыбу и другие водные организмы. Для снижения фекальных колиформных бактерий в сточных водах может потребоваться использование хлора и других дезинфицирующих химикатов или дезинфекция ультрафиолетом. Такие материалы могут убивать фекальные колиформные бактерии и болезнетворные бактерии. Они также убивают бактерии, необходимые для надлежащего баланса водной среды, ставя под угрозу выживание видов, зависящих от этих бактерий. Таким образом, более высокие уровни фекальных колиформных бактерий требуют более высоких уровней хлора, что ставит под угрозу эти водные организмы.
Фекальные колиформные бактерии, как и другие бактерии, обычно можно остановить в росте кипячением воды, обработкой хлором или ультрафиолетовой дезинфекцией. Тщательное мытье с мылом после контакта с загрязненной водой также может помочь предотвратить инфекции. При тестировании на фекальные колиформные бактерии всегда следует надевать перчатки. Муниципалитеты, которые обслуживают общественное водоснабжение, обычно контролируют и устраняют фекальные колиформные бактерии. Их также можно удалить с помощью йода.
В водах США, Канады и других стран качество воды контролируется для защиты здоровья населения. Бактериальное загрязнение является одним из контролируемых загрязняющих веществ. В США тестирование на фекальные колиформные бактерии является одним из девяти тестов качества воды, которые формируют общую оценку качества воды в процессе, используемом Агентством по охране окружающей среды США. Анализ на фекальные колиформные бактерии следует использовать только для оценки наличия фекальных веществ в ситуациях, когда фекальные колиформные бактерии нефекального происхождения обычно не встречаются. [1] Агентство по охране окружающей среды одобрило ряд различных методов анализа образцов на наличие бактерий. [4]
Бактерии быстро размножаются, если условия для роста подходят. Большинство бактерий лучше всего растут в темной, теплой, влажной среде с пищей. При выращивании на твердой среде некоторые бактерии образуют колонии по мере размножения, которые могут вырасти достаточно большими, чтобы их можно было увидеть. Выращивая и подсчитывая колонии фекальных колиформных бактерий из образца воды, можно определить количество изначально присутствующих бактерий.
Мембранная фильтрация является методом выбора для анализа фекальных колиформ в воде. Образцы для тестирования 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 , рост желаемых организмов стимулируется, в то время как другие нецелевые организмы подавляются. Каждая клетка развивается в отдельную колонию, которую можно подсчитать напрямую, и можно определить начальный размер инокулята. Обычно для тестирования воды используются и фильтруются образцы объемом 100 мл с целью достижения желаемого диапазона плотности колоний от 20 до 60 колоний на фильтр. Загрязненные источники могут потребовать разбавления для достижения «счетной» мембраны. Фильтр помещают на чашку Петри, содержащую агар M-FC , и инкубируют в течение 24 часов при температуре 44,5 °C (112,1 градуса F). Эта повышенная температура вызывает тепловой шок у нефекальных бактерий и подавляет их рост. По мере роста фекальных колиформных колоний они вырабатывают кислоту (путем ферментации лактозы), которая реагирует с анилиновым красителем в агаре, придавая колониям синий цвет.
Более новые методы обнаружения колиформ основаны на специфических субстратах ферментов в качестве индикаторов колиформ. Эти анализы используют сахар, связанный с красителем, который при воздействии фермента бета-галактозидазы производит характерный цвет. Фермент бета-галактозидаза является маркером колиформ в целом и может быть проанализирован путем гидролиза фермент-специфических гликозидов, таких как о-нитрофенил-бета-D-галактоза. Анализы обычно включают второй сахар, связанный с другим красителем, который при воздействии фермента бета-глюкуронидаза производит флуоресцентный продукт. Поскольку E. coli производит как бета-галактозидазу, так и бета-глюкуронидазу , комбинация двух красителей позволяет дифференцировать и количественно определять колиформы и E. coli в одном и том же горшке.
Совсем недавно химия, лежащая в основе ферментативных детектирующих соединений, была обновлена таким образом, что индицирующий компонент стал 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 какой-либо предварительной обработки образца. Поскольку цвет детектирующего соединения не имеет значения, это позволяет проводить обнаружение в глубоко окрашенных матрицах. [5]
В 1989 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) опубликовало свое Правило по общему количеству кишечных палочек (TCR), которое ввело серьезные изменения в мониторинг для общественных систем водоснабжения по всей стране. [6] Требования к тестированию в соответствии с TCR 1989 года были более тщательными, чем предыдущие требования. Количество рутинных тестов на кишечную палочку было увеличено, особенно для небольших водопроводных компаний. Положение также требовало автоматического повторного тестирования из всех источников, которые показывают положительный результат на общую кишечную палочку (известный как мониторинг воды из источника срабатывания). В 2013 году EPA пересмотрело TCR, [7] с небольшими исправлениями в 2014 году. [8]