Влияние биологических факторов на выживаемость микроорганизмов в воде.

Л.В.Григорьева (1975) выделяет следующие пять основных видов действия биологических факторов на патогенную микрофлору, которая в целом характеризу­ется сниженной (по сравнению с сапрофитами) ферментативной активностью и уменьшенной устойчивостью к вредным для биологических объектов факторам внешней среды

1 Антагонистическое действие;

2.

3. Трансмиссивное действие (перенос патогенной микрофлоры сопутствующей микрофлоре, простейшими, гидробионтами);

4. Индифферентное действие;

5. Смешанное действие.

С эпидемиологической точки зрения важнейшее значение имеет антагонисти­ческое действие биологических факторов, являющихся важнейшим компонентом самоочищающей способности водоемов. Термин «бартериальное самоочищение» предложен Phelps - его следует понимать как процесс уменьшения численности бак­терии всех типов и особенно фекального происхождения (Wuhrmann,1976). R.Mitchell (1976) указывает, что связь между организмами живущими в воде осуще­ствляется с помощью сигналов химической тревоги -феромонов, которые выделяют­ся одними организмами и обнаруживаются другими. Химическая связь может быть и между родственными и не родственными организмами. Феромоны обеспечивают и сигналы тревоги. Хотя химическая природа феромонов точно не установлена, изве­стно, что ими могут быть и белковые и небелковые вещества. Ряд химических ве­ществ, например, нефть, угнетают связи между водными организмами. Численность антагонистов увеличивается с ростом популяции организмов, антагонистами кото­рых они являются.

Значение биологических факторов в сохраняемости патогенных, условно­патогенных и санитарно-показательных микроорганизмов в воде доказывается, во- первых, исследованиями, в которых сравнивается выживаемость тех или иных форм в нативных водах разной степени загрязнения и водах подвергавшихся той или иной форме обработки (например, очистке, кипячению и т.д.).

Так, но данным Л.Б.Доливо-Добровольского и В.С.Россовской (1956) шигеллы в загрязненной воде сохранялись хуже, чем в чистой речной воде. Более детальные исследования по этому вопросу были проведены Н.Р.Дядичевым (1959), Д.Н.Лоранским с соавт. (1975). По данным Дядичева в чистой водопроводной воде шигеллы Флекснера и Зонне сохранялись до 11 суток (шигеллы Зонне на 3-5 суток дольше, чем шигеллы Флекснера), возбудители брюшного тифа, паратифов А и В, а также Е.соіі- 29 дней, причем в первые дни даже размножались. В речной воде, не подвергшейся очистке, сохраняемость выше упомянутых микроорганизмов была примерно в 2 раза меньше, причем размножения микробов не происходило. Д.Н.Лоранский с соавт. сравнивали выживаемость возбудителей дизентерии и брюшного тифа в нативной, фильтрованной и стерилизованной морской воде при разных температурах. Сохраняемость отдельных видов возбудителей была различ­ной и более длительной при низких температурах. Во всех случаях четко прослежи­валась такая закономерность: меньше всего патогенные микробы сохранялись в на­тивной воде. дольше в фильтрованной, еще дольше в стерильной. Например, шигел- лы Зонне в стерильной воде сохранялись 39 дней, в необработанной не более 15 дней (обычно не более 7 дней). Сходные закономерности выявлены Aibuguergue a.Bhat (1953) в отношении V.eltor. В стерильной морской воде они сохранялись до 10 дней, в сырой - немногим более суток. По данным Л.В.Альтон и П.Х.Рахно (1978) энтерококки в стерильной морской воде сохранились при различных температурах от 4 до 75 дней, в не стерильной от 3 до 30 дней. Если в отношении бактериальной патогенной микрофлоры всеми исследователями получены однородные материалы - в очищенной воде сохраняемость возбудителей выше, чем в воде не подвергшейся очистке, то в отношении патогенных вирусов данные противоречивы. Г.А.Багдасарьян, Р.М.Абиева (1971) указывают, что энтеровирусы и аденовирусы в загрязненной воде сохраняются лучше, чем в стерильной, объясняется это тем, что

белковые частицы защищают вирусы, а также тем, что энтерококки, фаги, кишечная палочка, имеющиеся в загрязненной воде, тоже оказывают защитное действие.

Приведенные выше исследования не вскрывают, однако, точных механизмов действия биологических факторов на патогенную микрофлору воды. Поэтому необ­ходимо подвернуть анализу взаимодействие патогенной микрофлоры с отдельными группами обитателей водоемов.

Вначале приведем данные о действии на возбудителей заразных заболеваний многоклеточных высокоорганизованных обитателей водоемов. Следует сказать, что на сегодняшний день нет ясности о роли гидробионтов по отношению к патогенной микрофлоре. Как будет видно из приводимых ниже работ, в настоящее время нет сомнения в том, что в организме гидробионтов могут быть обнаружены патогенные микробы и вирусы. Согласно одной концепции патогенная микрофлора может нака­пливаться в организме гидробионтов и они таким образом приравниваются к своего рода источникам инфекции. А.К. Адамов с соавт. (1969), С.М.Мухамедов с соавт. (1970) указывают, что холерные вибрионы сохраняются в организме гидробионтов (до 45 дней) и даже размножаются там.

Патогенные микроорганизмы, которые попали в организм гидробионтов, мо­гут там сохраняться некоторое время, что защищает возбудителей от действия не­благоприятных для них факторов (например, хлорирование). Такой концепции при­держиваются в частности Cagen с соавт. (1959, 1960), которые обнаруживали в не­матодах, в водопроводной воде сальмонеллы, шигеллы, энтеровирусы.

Гидробионтам играют не только роль защитного фактора в отношении пато­генной микрофлоры. Существует противоположная точка зрения - в организме гид­робионтов патогенная микрофлора погибает, и гидробионты, являются ее антагони­стами. Так, по Р^^й с соавт. (1966) устрицы вырабатывают вещество паолин П, имеющие антивирусное действие. Duff (1967) считает, что считает, что ткани мидий обладают способностью инактивировать энтеровирусы.

Вероятно, что все эти концепции в определенных условиях верны, т. е. в одних случаях гидробионты выступают как антагонисты патогенной микрофлоры, в дру­гих, являются местом сохранения последней. Эта последняя концепция опирается как на разнообразие самих гидробионтов, так и на отличия отдельных представите­лей патогенной микрофлоры Л.В.Григорьева (1975).

По Кеїїі с соавт. (1961) сальмонеллы и эшерихии могут длительно (до 49 дней) сохраняться в организме устриц и других моллюсках. Wanderzant с соавт. (1970) на­ходили в креветках корине-бактерии, микрококки, бациллы, V.parahlmoliticus. Эти микроорганизмы, а также лептоспиры, возбудитель туляремии выделяли из орга­низма устриц, крабов, мидиях. Особенно много сообщений о присутствии в орга­низме гидробионтов вирусных агентов. Так, Меtсаlf и Stiles (1965) указывают, что выживаемость энтеровирусов в устрицах зависит от температуры и активности мол­люсков. При низкой температуре, когда моллюски находятся в анабиозе, вирусы сохраняются в них до 2-х месяцев; в летний период энтеровирусы пребывают в уст­рицах менее одной недели. Seraichekas et al. (1968) вирус полиомиелита 1 типа в ор­

ганизме моллюсков М.morcenaria сохраняется не более 72 часов. По І ІоГГ и Васkeг (1969) в первые 24 часа после заражения, концентрация вируса полиомиелита в мол­люсках резко снижается.

Значение водорослей, планктона довольно однозначна; им приписывается анта­гонистическое действие на патогенную микрофлору. Так Р.И. Левина и соавт. (1955) указывают, что протококковые водоросли бактерицидны в отношении эшерихии, шигелл и сальмонелл. Наиболее чувствительны эширихии. М. Л.Новожилов (1957) указывает, что сине-зеленые водоросли во время цветения снижают интенсивность размножения бактерий, и подтверждает данные Разумова, Ванбергера и Брагинского о наличии сине-зеленых водорослей веществ, угнетающих бактерии. О неблагопри­ятном действии водорослей на шигеллы, сальмонеллы, стафилококки сообщают также А.С.Субботина и А.В.Титова (1961), Коргіуік, Вurian (1964), М.М.Гасилипн (1965), К.М.Хаилов (1968), АшЬєЛet al.

Самоочищение воды в загрязненных водоемах в натурных условиях изучил ‰skins (1936). Автор пришел к выводу, что очищение воды производит планктон. Наиболее активно действует планктон, находящийся в виде пленки на поверхности воды, а также планктон прикрепленный к берегам и дну водоема. На роль планктона в очищении воды указывают, также А.А.Ворошилова и Е.В.Дианова (1937), А^єтї et al (1964, 1966), Вrison et al(1988), Д.Н.Лоранский с соавт. (1975).

На роль зоопланктона и зообентоса в самоочищении водоемов указывает РаокШ (1970). Согласно Г.Л.Черниной (1968), водоросли аннистродеемус ускоряли отмирание лептоспир, хлореллы оказывали стимулирующее влияние. Сохранению и размножению лептоспир способствуют некоторые плесневелые грибки. Е.И.Красильников, (1961) считает, что некоторые штаммы грибков (чаще всего ак- тиномицеты) обладают антимикробной активностью.

Таким образом роль водорослей и планктона в отношении патогенных микро­организмов оценивается как антагонистичная, данные о роли простейших противо­речивы. Так, Johannson (1957), Ваumann (1962), Ко\лі^ et al (1967) считают, что в присутствии простейших микробы и вирусы сохраняются в воде дольше, т. к. они могут размножаться в простейших.

Большинство исследований склонны к антагонистическому взаимоотношению между простейшими и патогенными микроорганизмами. На это указывает работа Мosе et al (1970), что J.pyroformis вызывают гибель вирусов гриппа и вакцины, но, не на полиовирус I типа. Простейшие слабо действуют на вирусы гриппа и вакцины и не влияют на полиовирус. КМ^^єИ(1979) считает, что у E.coli хищниками яв­ляются амебы рода Vixillifere и реснитчатые. В обзоре Geldrich (1975) содержится ссылка на работу Gohustone и Ikubinski, согласно которой основным фактором очи­щения от фекальных бактерий, являются реснитчатые и жгутиковые простейшие.

Важное место среди биологических факторов имеют взаимоотношения мик­робных форм сапрофитов и патогенных. Чаще всего они носят антагонистический характер. Многие авторы пытались установить зависимость между сохранением (и

накоплением) тех или иных патогенных видов и общей обсемененностью экспери­ментальной воды микрофлорой. Так Н.Р.Дядичев (1959) указывает, что прибавление к воде мясопептонного бульона или пастеризованных фекалий приводило к интен­сивному накоплению кишечных микроорганизмов особенно тифо-паратифозной, а иногда шигелл. Фаза накопления патогенной микрофлоры сменялся фазой отмира­ния, ввиду, антагонистического действия размножавшихся сапрофитов (Jangley et al, 1959), и обращают внимание на отмирание возбудителя брюшного тифа в сточных водах, что находит объяснение эго ограниченностью питательного материала, кото­рый более успешно усваивается сапрофитными и условно-патогенными видами (Ае- robacter, аогоgenes, Е.соіі,Pseudomonas fruorescens). А.В.Титова (1959). N8kamura et al (1964), Wang et al, (1966), Н.П.Машаринов (1970) и др. указывают на неблагопри­ятное действие сопутствующей сапрофитной микрофлоры на шигелл. Аналогичное явление в отношении эшерихий отмечают Саrlucci et al (1960), Н.Н.Надворный (1966), Маck обнаружил, что размножение колиформных бактерий в пробах речной и озерной воды, зависит от численности бактериальной популяции и ее видового разнообразия, состава природной бактериальной флоры.

В отличие от этих исследований, работа Virstraete et al (1976) показала, что в экосистеме, постоянно загрязнявшейся сточными и канализационными водами (по- лисапробной) сохранение Е.соіімало зависимо от многочисленных популяций мик­роорганизмов в этой системе. Не отмечено также значительного влияния на выжи­ваемость S. typhi и В.рагаїуріїі, а также Sh.sonnei, загрязнения воды различной бак­териальной флорой (Nishio, Nakamori, 1974), а по данным А.В.Титовой (1957), Н.Р.Дядичева (1959) сапрофитная микрофлора даже способствует длительному вы­живанию сальмонелл в воде.

В отношении холерных вибрионов данные о влиянии сапрофитной микрофло­ры противоречивы. Так, Read et al (1939) не установили влияния сапрофитов на воз­будителя холеры, тогда как Е.И.Коробкова (1969) указывает на отрицательное влия­ние сапрофитов на V^holerae. Sobsiy, Cooper (1973), показали, что наибольшая сте­пень инактивации вируса полиомиелита I типа наблюдалась в смешанных культурах бактерий и водорослей. Вибрионы оседали на взвешенных частицах и инактивиро­вались микрофлорой.

В работе Ferro et al. (1971) показано, что бактериологическая активность зави­села от общего числа бактерий в воде. Так, с уменьшением числа бактерий от 62 млн. до 1,6 млн в 1 мл, антистафилококковая активность снижалась в 2 раза, а бакте­риологическая активность в отношении тифозной палочки - более, чем в 3 раза. С уменьшением числа бактерий до 130 тыс. в 1мл антистафилококковая активность снижалась в 7 раз, а активность против тифозной палочки в 2 раза. При концентра­ции микробов 16,7 тыс. в 1мл антистафилококковая активность снижалась еще в 3 раза, а активность против тифозных палочек была равна нулю.

Имеется целая серия исследований показывающих способность автохтонной микрофлоры моря ингибировать аллохтонную микрофлору. (Robinfield а. Zobell, 1947; Ф.И.Копп, 1948; С.С.Речменского, 1951; Мооге, 1954; А.А.Лейбензон и А.Ф.Зак, 1958; О.Ф.Стоянского с соавт. (1961); Frobischer, 1962; Мії^єІІ,1968; Е.М.Маркинович, 1969; Peters, 1970.

Рассматривая вопросы микробного антагонизма (или синергизма) в водной сре­де, мы приводили данные исследований, где не проводилось точной дифференциа­ции микрофлоры действующей на патогенных возбудителей. В нашем распоряже­нии имеется ряд материалов, авторы которых пытались выяснить взаимодействие определенных микробных видов.

Так, Р.И.Пиковская и Н.Д.Соходзе (1946) указывают на антагонистическое действие Е.соїі на возбудителей тифо-паратифозных заболеваний. Подробное иссле­дование по этому вопросу провели Л.Г.Перети, К.Т.Медвинская (1946). Авторы ус­тановили, что Е.соїі при температурах 15-37°C выступала активным антагонистом возбудителей брюшного тифа и дизентерии. При более низких температурах анта­гонистические свойства не проявлялись. Антагонистические признаки различных штаммов кишечной палочки были выражены в разной степени. В.аегоgenes обладал в отношении возбудителей дизентерии и брюшного тифа антагонистическими свойствами.

Данные о действии кишечной палочки на вирусные агенты противоречивы, так Кеїїі и Sanderson (1961) пишут об антагонистичном действии коли-форм и клебси- елл на энтеровирусы; А.Е.Эссель с соавт. (1968) считают, что кишечная палочка ад­сорбирует энтеровирусы, а вирусы оказывают определенное воздействие на бакте­рии. По данным Меtcalf. Stiles (1967) бактериальная микрофлора сточной жидкости способствует выживанию вирусов. Согласно работе Э.В.Рабышко (1977) кишечная палочка увеличивает выживаемость энтеровирусов, тогда как энтерококки оказыва­ли на энтеровирусы и другую кишечную микрофлору антагонистическое действие. О противовирусной активности морской бактерии vibrio marinus сообщает МіїЛєП (1976).

Г.Л.Чернина (1968) указывает на антагонистическое действие на лептоспир микробов кислотообразователей. Напротив, кокки способствовали выживанию леп­тоспир в воде.

Jakashachi (1969) отмечает положительную корреляцию между выделением па- рагемолитических и «железных» бактерий. Раverdy (1973) изучал действие четырех видов микробактерий на 24 вида грамотрицательных и 10 видов грамположитель- ных бактерий. В ряде случаев установлены антагонистические свойства микробак­терий, что позволяет автору рассматривать их как один из факторов самоочищения водоемов.

Значительную работу по выявлению микробных антагонистов к ав­стралийскому (НВбАg) антигену гепатита В провели Gradow et al (1975). Из 22 ис­пытанных разнообразных патогенных и сапрофитных видов только Рsеudomonas fluorescens, Рsеudomonas aeruginosa, Рseudomonas oleorans оказались антагонистами НВв Аg.

Имеются данные ещё об одной стороне воздействия бактериальной микрофло­ры на вирусную: епособностъ трансмиссии энтеровирусов и фагов на бактериях ки­шечной группы и водной микрофлоры (Кокина А.Г. с соавт. 1967).

Приведенные выше материалы дают основание считать наличие сложных взаи­моотношений между отдельными представителями микрофлоры. В 20-х годах наше­го века было начато изучение роли бактериофагов в очищении водоемов от патоген­ной бактериальной микрофлоры. Были найдены фаги к возбудителям всех кишеч­

ных инфекций, установлена мозаичность отдельных патогенных возбудителей в от­ношении фагов (фаговары), доказано присутствие фагов в водоемах - так называе­мые свободные фаги. Классические работы по изучению этих биологических обра­зований были выполнены Ли (1923), Нєгєііє(1926).

Изучался вопрос и рядом отечественных ученых. Так, Н.К.Клемпарская (1939) выделяла бактериофаги из арыков в Средней Азии, А.Е.Крисс и Е.А.Рукина (1947) - из моря. Jonescu et al (1959), Risch et al (1965) указывают на длительное сохранение бактериофагов в воде. В последние десятилетия роль фагов в процессах самоочище­ния вод изучается менее интенсивно. Так, Wang et al (1966) показали, что выживае­мость шигелл в воде, в условиях эксперимента зависела от количества фагов жидко­сти. Было установлено незначительное содержание природных фагов в сточных во­дах. Vjstraete et al. (1976) определили, что в экосистеме, постоянно загрязняемой сточными водами, сохранение Е.соїі помимо прочих факторов зависило от действия бактериофагов.

В последние два десятилетия внимание многих исследователей было привлече­но к изучению Вdellovibrio bacteriovorus, начало чему было положено работами французских исследователей Guelin, Zamblin.

Вdellovibrio bacteriovorus («ВВ») является паразитом многих бактерий. Элемен­тарные частицы «ВВ» прикрепляются к стенке клетки микроба хозяина, внедряются в цитоплазму и размножаются в ней. На искусственных питательных средах «ВВ» не растет (Ф.Х.Ибрагимов, 1970). В какой-то степени действие «ВВ» напоминает действие фагов, но отличается, как указывает Р.М.Абиева (1971), следующим: «ВВ» делится в клетки бинарным путем, тогда как фаг использует продукты клеточного метаболизма для синтеза собственных белков и ДНК. «ВВ» размножается в живых и в убитых клетках. В отличие от фагов, действие которых узко специфично, «ВВ» имеет широкий диапазон действия, вызывая гибель многих бактериальных форм. Вместе с тем следует отметить, что имеются и определенные разновидности «ВВ». Сначала считали, что он действует только на грамотрицательные формы, но в 1968г. Ви rd er and Drens, выделили штамм «ВВ», действовавший на грамположительные формы. Обнаружены штаммы, которые действуют на грамположительные и на гра- мотрицательные формы. Обладает «ВВ» и вирулицидными свойствами. «ВВ» про­ходят через бактериальные фильтры. обладает иммуногенностью.

По данным З.С.Веркловой (1973) патогенные микробы в присутствии «ВВ» претерпевают глубокие изменения (морфологические, биохимические, серологиче­ские). Эти изменения необратимы. Для человека и лабораторных животных «ВВ», видимо, безвреден.

«ВВ» выживает в экспериментальных условиях в воде более 30 дней. Между отдельными штаммами обнаружено различие в устойчивости к физическим влияни­ям, химическим препаратам и антибиотикам (Sidorenko et al. 1975).

По данным Г.И.Сидоренко с соавт. (1973) оптимальная рН для «ВВ» - 7,0-7,2, но он может быть активным в пределах рН - 6,2-7,5.

«ВВ » встречаются в различных водоемах, преимущественно загрязненных. Так из морской воды «ВВ» выделяли МіФЬєіі(1967), РаокШ et al. (1967) ,Varon et al. (1969) , и др. По данным РаокШ et al. (1967), Г.И.Сидоренко с соавт. (1969) «ВВ» в

основном встречается в прибрежных участках моря, вдали от берегов его мало или совсем отсутствует.

«ВВ» обнаруживался в различных пресноводных водоемах, сточных водах. Представляют интерес работы С.Н.Буковской (1974), Г.А.Багдасарьяна с соавт. (1977). С.Н.Буковская обнаруживала «ВВ» в 54,9% проб воды водоема, причем «В В» появлялся в воде не сразу в месте поступления загрязнении, а на некотором от­далении от него. Чаще «ВВ» обнаруживался в пробах, содержащих аэромонас, реже - в пробах, содержащих энтерококк, лактозоположительные кишечные палочки. По данным Г.А.Багдасарьян с соавт. отмечено отсутствие «ВВ» в зоне поступления промышленных стоков и повышения частоты его выделения из воды по мере удале­ния от источника загрязнения (от 16,6% на участке 3-х суточного пробега воды и до 75% к концу 5 суточного пробега). Выявлена четкая зависимость степени влияния химических веществ от возраста исходной популяции «ВВ».

По данным Н.А.Чувильской с соавт. (1976) концентрация «ВВ» пропорцио­нальна температуре воды. Этим авторы объясняют меньшую концентрацию кишеч­ной палочки в жаркое лето. Н.А.Чувильская с соавт. (1979) установила параллели в концентрации микробов хозяев и визирующих их «ВВ».

Э.А.Москвитина с соавт. (1979) выделяли «ВВ» из 48,6% проб открытых водо­емов (Дон, Темерник). Они лизировали холерных вибрионов, лучше всего при тем­пературе 37°С. Гибель холерных вибрионов наступала на 3-4 день.

Г.А.Багдасарян с соавт. (1981), указывают на наличие зависимости между ко­личеством «В В» и бактерий группы кишечной палочки. «ВВ» могут служить инди­каторными микроорганизмами в отношении наличия патогенной микрофлоры и фе­кального загрязнения воды, и это сохраняется при поступлении в водоем нефтепро­дуктов и поверхностно-активных веществ. Данные положения подтверждаются в работе И.Н.Букаевой с соавт. (1984), которые указывают также на наличие прямой связи между содержанием в воде «ВВ» и заболеваемостью кишечных инфекций. Многие авторы, и в частности у нас Ф.Х.Ибрагимов (1979), находили «ВВ» также в почках, кишечнике домашних животных и птиц. Большинство исследователей, изу­чавших «ВВ» придают этому фактору важное значение в самоочищении водоемов. Особняком стоит мнение Fry, Starples (1974), отрицающих сколько-нибудь важную роль «ВВ» в самоочищении вод реки.