Организм-индикатор
Организмы-индикаторы используются в качестве посредника для мониторинга условий в конкретной среде, экосистеме, районе, среде обитания или потребительском продукте. Определенные бактерии , грибы и яйца гельминтов используются в различных целях.
Типы
[ редактировать ]Индикаторные бактерии
[ редактировать ]Определенные бактерии могут использоваться в качестве индикаторных организмов в определенных ситуациях, например, когда они присутствуют в водоемах. Бактерии-индикаторы сами по себе могут быть непатогенными, 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 колиформы, фекальные колиформы, кишечная палочка 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 попасть в рекреационные водоемы, 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 отбор проб воды или пропускание большого количества воды через фильтр для отбора проб бактерий, а затем тестирование, чтобы увидеть, растут ли бактерии из этой воды на селективной среде, такой как агар МакКонки . Агар МакКонки допускает рост только грамотрицательных бактерий, и бактерии будут расти по-разному в зависимости от того, как они метаболизируют лактозу или от отсутствия способности метаболизировать ее. [3] Альтернативно, образец можно проверить, чтобы увидеть, использует ли он различные питательные вещества способами, характерными для бактерий группы кишечной палочки. [4]
Колиформные бактерии, выбранные в качестве индикаторов фекального загрязнения, не должны сохраняться в окружающей среде в течение длительного периода времени после выхода из кишечника, и их присутствие должно тесно коррелировать 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 индикатора фекального загрязнения. [6]
Присутствие индикаторных бактерий измеряется в различных экосистемах, а иногда и параллельно с другими измерениями. В районе Великих озер было проведено исследование по определению концентраций фекальных индикаторных бактерий (FIB) и маркеров генов патогенов. [7] FIB, измеренный в этом исследовании, включал фекальные колиформные бактерии, E. coli и энтерококки. [7] FIB собирали с помощью мембранной фильтрации и методов серийного разведения, получая образцы, которые можно было культивировать и использовать для проведения ПЦР и амплификации рассматриваемых патогенных генов. [7] Среди 22 мест отбора проб было проанализировано 165 образцов, и было обнаружено, что концентрации E. coli варьируются 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/100мл. [7]
Еще один пример измерения индикаторных бактерий в целях безопасности находится в Малибу, Калифорния. Штат Калифорния требует, чтобы пляжи, которые посещают более 50 000 человек в год, проверялись на предмет FIB. [8] Высокие концентрации FIB, превышающие допустимые нормы Агентства по охране окружающей среды, наблюдались в лагуне Малибу и на других пляжах Малибу. [8] Измерение высоких уровней FIB приводит к поиску источника (источников). Потенциальные источники FIB в районе Малибу включают отходы систем очистки сточных вод, стоки с местных застроек и отходы дикой природы. [8] Были измерены распространенные FIB, включая энтерококки, уровень которых достигал 242 000 MPN/100 мл в локальных системах очистки сточных вод. [8] Измерение FIB широко распространено и используется с целью обеспечения безопасной воды.
В Техасе возникновение и распространение FIB, в частности фекальных колиформ и кишечной палочки, измерялось в ручьях, сбрасываемых из международного аэропорта Даллас-Форт-Уэрт и его окрестностей. [9] Эти ручьи, куда попадают отходы, являются домом для водных обитателей, используются в рекреационных целях и в качестве мест для рыбалки. [9] Существуют различные стандарты для обеспечения безопасности всех организмов, присутствующих в экосистеме, включая человека. Кишечная палочка используется в Техасе как индикатор небезопасного или некачественного качества воды для использования в рекреационных целях. [10] Стандарты уровней E. coli, которые объявляют контактный отдых небезопасным, составляют среднее геометрическое значение более 126 КОЕ/100 мл или более четверти образцов, измеряющих уровни выше 394 КОЕ/100 мл. [10] Были протестированы различные сайты, в некоторых из них было обнаружено превышение допустимых уровней кишечной палочки и, следовательно, их использование в рекреационных целях не поддерживалось. [9] Это еще один пример того, как тестирование на индикаторные бактерии используется для определения того, безопасны ли водоемы для различных видов использования, особенно в рекреационных целях.
Функция индикатора
[ редактировать ]Penicillium Виды , Aspergillus niger и Candida albicans используются в фармацевтической промышленности для тестирования лимита микробов, оценки бионагрузки, валидации метода, тестов на противомикробное воздействие и тестирования контроля качества. [11] При использовании в этом качестве Penicillium и A. niger являются компендиальными организмами-индикаторами плесени. [11]
такие плесневые грибы, как Trichoderma , Exophiala , Stachybotrys , Aspergillus fumigatus , Aspergillus versicolor , Phialophora , Fusarium , Ulocladium используются В качестве индикаторов качества воздуха в помещении и некоторые дрожжи . [12] [13] [14]
Метагеномные методы позволяют секвенировать целые популяции микроорганизмов за одну операцию. С помощью метагеномного секвенирования можно использовать все сообщество грибных организмов или микобиом в почве или воде данной территории в качестве биологического индикатора. [15] антропогенной деятельности, такой как сброс сточных вод из городских территорий или стоки удобрений и пестицидов из сельскохозяйственных территорий.
Было обнаружено, что состав грибковых сообществ является хорошим индикатором свойств окружающей среды, таких как pH, высота над уровнем моря и температура воды. Шове [16] использовали этот подход для измерения этих переменных в масштабах всей экосистемы, используя сеть станций мониторинга на 27 ручьях на юго-западе Франции.
Кудовски и др . [17] отбирали пробы грибов в воде Августовского канала на востоке Польши. Они приняли множество стандартных мер качества воды — температуру, насыщение кислородом, pH, а также уровень растворенного азота, органического углерода и серы. Они идентифицировали виды с помощью микроскопических методов и RFLP-анализа. Они обнаружили 38 видов грибов, в том числе 12 гифомицетиев и 13 потенциальных возбудителей, принадлежащих либо к дерматофитам, либо к родственникам C. albicans. Кудовски и др. обнаружили, что они могут определить, был ли взят образец воды из естественной (похожей на озеро) или искусственной части канала. Они также обнаружили, что три основные группы обнаруженных ими грибов — гифомицеты, дерматофиты и родственники Candida — могут предсказать многие из показателей качества воды, которые сформировали два кластера в анализе избыточности.
Буффанд и др . [18] использовали Arbuscular Mycorhizzal Fungi (AMF), бесполую группу грибов, которые образуют симбиотические отношения с корневой системой 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 (пашня, пастбища, лесное хозяйство) и секвенировали ДНК грибов, содержащихся в почве. Они обнаружили восемь видов-индикаторов pH почвы: четыре, которые присутствовали только тогда, когда pH был меньше 5, три - для pH> 5 и один - для pH> 7. Они обнаружили восемь индикаторов землепользования: два для лесов, пять для сельскохозяйственных и сельскохозяйственных земель. луга, и один для обоих. Они также обнаружили один гриб-индикатор, который присутствовал, когда в почве было много органического углерода, и другой, когда он был низким.
Индикаторные яйца гельминтов
[ редактировать ]
Яйца гельминтов (паразитических червей) являются широко используемым индикаторным организмом для оценки безопасности систем санитарии и повторного использования сточных вод (такие схемы также называют повторным использованием человеческих экскрементов ). [19] : 55 Это связано с тем, что они являются наиболее устойчивыми возбудителями из всех видов возбудителей (возбудителями могут быть вирусы , бактерии , простейшие и гельминты). [20] Это означает, что их относительно трудно уничтожить традиционными методами лечения. Они могут выжить в течение 10–12 месяцев в тропическом климате. [20] еще называют яйцеклетками . Эти яйца в литературе [21]
Яйца гельминтов, обнаруженные в сточных водах и иле, происходят от гельминтов, передающихся через почву (СТГ), к которым относятся Ascaris lumbricoides (Ascaris), Anclostoma duodenale и Necator americanus (анкилостомы) и Trichuris trichiura (власоглав). [22] Аскариды и власоглавы, обнаруженные в многоразовых системах сточных вод, могут вызывать определенные заболевания и осложнения при попадании в организм человека и свиней. [23] Анкилостомы высаживают и высиживают свои личинки в почву, где они растут до зрелости. Как только яйца анкилостомы полностью разовьются, они заражают организмы, проникая через кожу. [24]
Наличие или отсутствие жизнеспособных яиц гельминтов («жизнеспособные» означает, что личинка сможет вылупиться из яйца) в образце высушенных фекалий, компоста или фекального осадка часто используется для оценки эффективности различных методов очистки сточных вод и осадка. процессы удаления патогенов. [19] : 55 В частности, количество жизнеспособных яиц аскарид часто используют в качестве индикатора всех яиц гельминтов в процессах лечения, 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]
Методика, используемая для тестирования, зависит от типа образца. [21] Когда яйца гельминтов находятся в иле, такие процессы, как постщелочная стабилизация, кислотная обработка и анаэробное сбраживание для уменьшения количества яиц гельминтов в областях, где их большое количество, используются . Эти методы позволяют поддерживать уровень яиц гельминтов в пределах здоровой потребности — менее 1 яйца гельминтов на литр. Обезвоживание используется для инактивации яиц гельминтов в фекальном осадке. Этот тип инактивации происходит, когда фекалии хранятся в течение 1-2 лет, присутствуют высокие общие содержания твердых веществ (>50-60%), добавляются такие предметы, как листья, известь, земля и т. д., а также при температуре 30°С. °С или выше. [24]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Благородный, RT; Мур, DF; Ликастер, МК; МакГи, компакт-диск; Вайсберг, С.Б. (апрель 2003 г.). «Сравнение общей реакции колиформных, фекальных колиформных и энтерококковых бактериальных индикаторов при тестировании качества океанской рекреационной воды» . Исследования воды . 37 (7): 1637–1643. дои : 10.1016/s0043-1354(02)00496-7 . ISSN 0043-1354 . ПМИД 12600392 .
- ^ Jump up to: а б Глава 17: Бактерии-индикаторы потенциальных патогенов. Добровольческий мониторинг эстуариев: Методическое пособие . Агентство по охране окружающей среды США. 2006.
- ^ Юнг, Бенджамин; Хойлат, Жиль Дж. (2021), «MacConkey Medium» , StatPearls , Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing, PMID 32491326 , получено 26 апреля 2021 г.
- ^ Эшболт, Нью-Джерси, Грабов, В.О., Сноцци М. «13: Индикаторы микробного качества воды». Оценка микробной безопасности питьевой воды (PDF) . Всемирная организация здравоохранения. стр. 293–295 . Проверено 16 июля 2016 г.
- ^ «Фекальные колиформы как организм-индикатор» (PDF) . Экологический информационный бюллетень по очистке сточных вод . Департамент экологических служб Нью-Гэмпшира. 2003 . Проверено 30 ноября 2007 г.
- ^ Джерарди, Майкл Х.; Мел С. Циммерман (январь 2005 г.). Майкл Х. Джерарди (ред.). Патогены сточных вод . Серия по микробиологии сточных вод. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., с. 147. ИСБН 978-0-471-20692-7 .
- ^ Jump up to: а б с д Бреннан, А.К., Джонсон, Х.Э., Тоттен, А.Р., Дурис, Дж.В., Геологическая служба (США) и Инициатива по восстановлению Великих озер (США). (2015). Встречаемость и распространение фекальных бактерий-индикаторов и генных маркеров патогенных бактерий в притоках Великих озер, март-октябрь 2011 г. (сер. Открытый отчет, 2015-1013). Министерство внутренних дел США, Геологическая служба США. https://permanent.fdlp.gov/gpo55630/ofr2015-1013.pdf
- ^ Jump up to: а б с д Избицкий Дж., Геологическая служба (США) и Малибу (Калифорния). (2011). Распространение фекальных индикаторных бактерий вдоль береговой линии Малибу, Калифорния (сер. Открытый отчет, 2011–1091). Министерство внутренних дел США, Геологическая служба США. https://permanent.fdlp.gov/gpo138800/ofr20111091.pdf
- ^ Jump up to: а б с Харвелл, Греция, Мобли, Калифорния, Мобли, Калифорния, Международный аэропорт Даллас-Форт-Уэрт, Геологическая служба (США), Международный аэропорт Даллас-Форт-Уэрт и Геологическая служба (США). (2009). Наличие и распространение фекальных индикаторных бактерий, а также физические и химические показатели качества воды в ручьях, сбрасываемых из международного аэропорта Даллас/Форт-Уорт и его окрестностей, северо-центральный Техас, 2008 г. (Отчет о научных исследованиях, 2009-5103). Геологическая служба США. https://pubs.usgs.gov/sir/2009/5103/pdf/sir2009-5103.pdf
- ^ Jump up to: а б Техасская комиссия по качеству окружающей среды, 2008a, Стандарты качества поверхностных вод Техаса 2000 г.: по состоянию на 4 ноября 2008 г., по адресу http://www.tceq.state.tx.us/permitting/water_quality/wq_assessment/standards/WQ_standards_2000.html .
- ^ Jump up to: а б Клонц, Люсия (2009). «Микроорганизмы, представляющие интерес». Тесты на микробный лимит и бионагрузку: подходы к валидации и глобальные требования, второе издание (2-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. стр. 31–33 . ISBN 9781420053494 .
- ^ Янтунен, Матти; Яаккола, Йоуни Дж.К.; Кшижановский М., ред. (1997). «20: Бактерии и грибы». Оценка воздействия загрязнителей воздуха внутри помещений, Европейская серия региональных публикаций ВОЗ, № 78 . Копенгаген: Европейское региональное бюро ВОЗ. стр. 101–102. ISBN 9289013427 .
- ^ Коул, Юджин К.; Дулани, Памела Д.; Лиз, Кейт Э.; Холл, Ричард М.; Фоард, Карин К.; Франке, Дебора Л.; Майерс, Фрэнк М.; Берри, Майкл А. (1996). «Отбор проб биозагрязнителей и анализ поверхностной пыли внутри помещений: характеристика потенциальных источников и поглотителей». В Тиченоре, Брюс А. (ред.). Характеристика источников загрязнения воздуха внутри помещений и связанных с ними поглотительных эффектов, том 1287 . Вест-Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International. п. 164. ИСБН 9780803120303 .
- ^ Хейккинен, MSA; Хьельмроос-Коски, депутат Кнессета; Хаггблом, ММ; Махер, Дж. М. (2004). «Глава 13: Биоаэрозоли». В Рузере, Лос-Анджелес; Харли, Нью-Хэмпшир (ред.). Справочник по аэрозолям: измерение, дозиметрия и воздействие на здоровье . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. стр. 377–378. ISBN 9780203493182 .
- ^ Бай, Яохуэй; Ван, Цяоцзюань; Ляо, Кайлинли; Цзянь, Чжию; Чжао, Чен; Цюй, Цзюхуэй (21 декабря 2018 г.). «Грибное сообщество как биоиндикатор, отражающий антропогенную деятельность в речной экосистеме» . Границы микробиологии . 9 : 3152. дои : 10.3389/fmicb.2018.03152 . ISSN 1664-302X . ПМК 6308625 . ПМИД 30622523 .
- ^ Шове Э, (1991). «Распространение водных гифомицетов на юго-западе Франции». Журнал биогеографии . 18 : 699–706.
- ^ Кудовски, А.; Петричук А.; Хаушильд, Т. (1 февраля 2015 г.). «Водные грибы в связи с физико-химическими показателями качества воды Августовского канала» . Грибная экология . 13 : 193–204. дои : 10.1016/j.funeco.2014.10.002 . ISSN 1754-5048 .
- ^ Буффо, Мари-Лара; Кример, Рэйчел Э.; Стоун, Доте; Плассар, Пьер; Ван Туйнен, Дидерик; Лемансо, Филипп; Випф, Дэниел; Редекер, Дирк (1 декабря 2016 г.). «Виды-индикаторы и совместная встречаемость в сообществах арбускулярных микоризных грибов в европейском масштабе» . Биология и биохимия почвы . 103 : 464–470. doi : 10.1016/j.soilbio.2016.09.022 . ISSN 0038-0717 .
- ^ Jump up to: а б Фон Сперлинг, М. (2015). «Характеристика, очистка и утилизация сточных вод» . Водная разведка онлайн . 6 : 9781780402086. дои : 10.2166/9781780402086 . ISSN 1476-1777 .
- ^ Jump up to: а б Коне, Дулай; Кофи, Олуфанке; Зурбрюгг, Кристиан; Галлицци, Катарина; Мозер, Дайя; Дрешер, Силке; Штраус, Мартин (2007). «Эффективность инактивации яиц гельминтов путем обезвоживания фекального осадка и совместного компостирования в тропическом климате» . Исследования воды . 41 (19): 4397–4402. дои : 10.1016/j.watres.2007.06.024 .
- ^ Jump up to: а б Майя, К.; Хименес, Б.; Шварцброд, Дж. (2006). «Сравнение методов обнаружения яиц гельминтов в питьевой воде и сточных водах» . Исследования водной среды . 78 (2): 118–124. дои : 10.2175/106143005X89571 . ISSN 1554-7531 . ПМИД 16566519 . S2CID 46046758 .
- ^ Профилактика, Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC) и (13 января 2021 г.). «CDC – Гельминты, передающиеся через почву» . www.cdc.gov . Проверено 27 апреля 2021 г.
- ^ 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 осадка в развивающихся странах» . Водные науки и технологии . 63 (7): 1499–1505. дои : 10.2166/wst.2011.394 . ISSN 0273-1223 . ПМИД 21508556 .
- ^ Jump up to: а б Хименес, Б.; Майя, К.; Гальван, М. (1 сентября 2007 г.). «Контроль яиц гельминтов в сточных водах и осадке для современных и традиционных санитарных условий» . Водные науки и технологии . 56 (5): 43–51. дои : 10.2166/wst.2007.555 . ISSN 0273-1223 . ПМИД 17881836 .
- ^ Майя К., Торнер-Моралес Ф.Дж., Лукарио Э.С., Эрнандес Э., Хименес Б. (2012). «Жизнеспособность шести видов личинок и неличиночных яиц гельминтов в различных условиях температуры, рН и сухости». Исследования воды . 46 (15): 4770–4782. дои : 10.1016/j.watres.2012.06.014 . ПМИД 22794801 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )