CC BY
61
УДК 579.84:54-138(571.1)
Н.А. Соловьянова, В.С. Афонина, И.С. Андреева, Л.И. Пучкова, М.А. Селиванова,
Г.А. Буряк, А.С. Сафатов
ИЗУЧЕНИЕ ПАТОГЕННЫХ СВОЙСТВ ШТАММОВ КОККОВ, ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ ОБРАЗЦОВ АТМОСФЕРНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ ЮГА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
ФГУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора (Новосибирск)
Аэрозольная составляющая атмосферы оказывает значительное влияние на состояние окружающей среды, и здоровье населения, что связано с переносом, различных загрязнений на поверхности, или в объеме частиц и. поступлении их в легкие человека. Особое место среди, атмосферных загрязнений занимают, биоаэрозоли, (споры, растений, грибы, бактерии, вирусы, белковые макромолекулы,, продукты, жизнедеятельности микроорганизмов, частицы с остатками распадающихся, живых организмов). Такие аэрозоли, способны вызывать или. провоцировать аллергические и. инфекционные заболевания [1, 4, 9]. В связи с этим, проведение мониторинга биологической компоненты, атмосферного аэрозоля и. выявление возможного его влияния, на здоровье населения, региона представляется, весьма актуальным.. В настоящей работе представлены, данные по выделению и. изучению свойств жизнеспособных микроорганизмов, выделенных из образцов атмосферных аэрозолей Юга Западной Сибири. Изучению признаков патогенности кокков, обнаруженных в аэрозолях, уделено особое внимание. Показано, что заметное число аэроизолятов, в том. числе кокковые формы, витающие в атмосферном воздухе, обладают, ферментами патогенности и. множественной устойчивостью к антибиотикам.. Ключевые слова: атмосферные аэрозоли, патогенные микроорганизмы, кокки
THE STUDY OF PATHOGENIC PROPERTIES OF COCCAL STRAINS ISOLATED FROM ATMOSPHERIC AEROSOL SAMPLES IN SOUTHWESTERN SIBERIA
N.A. Solovyanova, V.S. Afonina, I.S. Andreeva, L.I. Puchkova, M.A. Selivanova,
G.A. Buryak, A.S. Safatov
FSRI (FBRI) SRC VB Vector Rospotrebnadzor, Novosibirsk
The aerosol component of atmosphere has a great impact on the state of the environment and human health, which is associated, with the transfer of different pollutants on the surface or within the volume of particles and their getting into human lungs. Bioaerosols (plant spores, fungi, bacteria, viruses, protein macromolecules, microbial waste products, particles containing remains of decaying live organisms) take a special place among atmospheric pollutants. Such aerosols can cause or provoke allergic and. infectious diseases [1, 4, 9]. In this connection, monitoring of the biological components of atmospheric aerosol and. revealing its potential impact on the health of the region's population, seem, rather urgent.
This work presents data on the isolation and. study of properties of viable microorganisms isolated, from atmospheric aerosol samples in Southwestern. Siberia. A special attention is paid, to the study of the signs of pathogenicity of cocci found, in aerosols. A large number of aerosol isolates including airborne coccal forms were shown to contain pathogenicity enzymes and. to possess multiple-antibiotic resistance. Key words: atmospheric aerosols, pathogenic microorganisms, cocci
МЕТОДИКА
Пробы атмосферных аэрозолей отбирали на импинджеры [3] с расходом 50 л/мин самолетом-лабораторией на высотах от 7000, 5500, 4000, 3000, 2000, 1500, 1000 и 500 м в дневное время над лесным массивом (80 км к югу от г. Новосибирска). В качестве сорбирующей жидкости в импинджеры заливали 50 мл раствора Хенкса (ICN Biomedicals). Полученные образцы суспензий из импинджеров высевали на агаризованные питательные среды: LB (Difco, США), обедненную среду LB (разбавление 1:10), крахмало-аммиачную среду (КАА), почвенный агар [5]. Высевы инкубировали в термостате при температуре 28 — 30 °С в течение 3—14 суток. Индивидуальные колонии бактерий, выросшие на агаризованных средах, использовали для получения чистых культур и последующего их анализа. Клетки микроорганизмов исследовали методом фазово-контрастной микроскопии с помощью микроскопа Axioskop 40 (Carl Zeiss, Германия). Окраску клеток по Граму определяли методом [8]. Физиологические, биохимические признаки, устойчивость к антибиотикам, патогенность опре-
деляли в соответствии с [2, 6, 7]. Количество антибиотиков в 1 диске составляло: для рифампицина — 5 мкг, пенициллина, оксациллина, ампициллина и гентамицина — 10 мкг, олеандомицина, эритромицина, линкомицина — 15 мкг, стрептомицина, неомицина, канамицина, мономицина, тетрациклина, левомицетина и ристомицина — 30 мкг, карбе-нициллина — 100 мкг, для полимиксина — 300 ед.
Выделенные штаммы микроорганизмов хранили при низкотемпературном замораживании в коллекции природных изолятов ФГУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Кокки являются широко распространенной в природе группе бактерий, включающей в себя как сапрофитные, так и патогенные микроорганизмы. Патогенными для животных являются главным образом бактерии родов Staphylococcus и Streptococcus. Обитают они на коже и слизистых оболочках дыхательных, пищеварительных и мочеполовых путей. Многие кокки являются представителями нормальной микрофлоры организма. Всего из образцов
аэрозолей выделено более двух тысяч микробных изолятов. Число микроорганизмов в разных образцах составляло от < 1 до 1—5 х 103-4 кл/мл пробы. Ранее было показано, что в целом разнообразие и количественное содержание микроорганизмов в аэрозолях менялось от одной высоты к другой, от измерения к измерению и в зависимости от времени года [3]. Выявленные бактериальные аэроизоляты охарактеризованы по морфологическим признакам,
окраске по Граму, на наличие факторов патогенно-сти и ряду других признаков.
В пробах аэрозолей кокки были представлены известными морфологическими группами (рис. 1), относящимися к таким родам как Staphylococcus, Streptococcus, Deinococcus, Micrococcus, Planococcus и ряду других. Обнаружены были также бактерии кокко-бациллярной формы родов Acetobacter, Acinetobacter, Klebsiella и др. Среди выделенных бактерий кокковой формы многие образовывали пигментированные
Az-74 Ах-278 Ах-287
Рис. 1. Разнообразие морфологии клеток штаммов кокков, выделенных из аэрозолей воздуха (фазово-контрастная микроскопия).
колонии различных оттенков розового, желтого, оранжевого цвета. Известно, что наличие такого рода пигментации способствует более высокой выживаемости микроорганизмов под воздействием солнечных лучей. Среди кокков наиболее представлены в пробах аэрозолей были бактерии рода Micrococcus.
Наибольшей патогенностью обладают коагула-зоположительные стафилококки, способные коагулировать плазму крови за счет продукции фермента плазмокоагулазы. Факторами патогенности кокков являются также экзотоксины (гемотоксины, лейкоци-дин, энтеротоксин), ферменты патогенности (гиалу-ронидаза, лецитиназа, протеиназы, ДНК-аза, щелочная фосфатаза). В качестве косвенных тестов на наличие у микробных изолятов факторов патогенности, в настоящей работе определяли плазмокоагулазную, гемолитическую, лецитиназную, фосфатазную, про-теолитическую и липолитическую активности.
Выяснено, что около 50 % из исследованных бактериальных аэроизолятов, продуцируют заметное количество щелочной фосфатазы, 38 % из них, включая кокковые формы, высокоактивны. Около трети проверенных бактерий обладали липазами, от 15 до 30 % штаммов — протеолитической активностью. Липолитическая активность штаммов кокков была выявлена при утилизации таких субстратов как твин-20, твин-40 и твин-80 в разных сочетания. Выяснено также, что от 7 до 40 % от общего числа микробных аэроизолятов, относящихся, прежде всего, к коккам и неспороносным неферментирую-щим бактериям, имели такой фактор патогенности, как гемолитическая активность. В разных пробах от 3 до 5 % штаммов-гемолитиков дополнительно обладали фибринолитической или плазмокоагулазной активностью, свойствами, также представляющими потенциальную опасность для здоровья людей.
Устойчивость к антибиотикам болезнетворных микроорганизмов затрудняет процесс лечения заболевших, инициирует постоянные усилия ученых по поиску новых антимикробных средств. На устойчивость к антибиотикам тестировали около 800 микробных аэроизолятов. Свыше 90 % из них были резистентны к какому-либо из исследованных антибиотиков. Примерно 28 % бактерий проявили устойчивость к действию только одного и 29,8 % — к действию двух антибиотиков. Соответственно, к 3, 4 и 5-ти антибиотикам устойчивы были 13,8, 7,8 и 5,1 % бактерий, 5,5 % изолятов бактерий проявили резистентность к более чем к пяти антибиотикам. Наименьшая доля бактерий была устойчива к ген-тамицину (1,9 %), неомицину (2,9 %) и рифампицину (3,6 %). В разных сочетаниях к действию других тестированных антибиотиков в среднем были устойчивы от 5 до 30 % исследованных бактерий. Среди кокковых форм обнаружены штаммы, относящиеся к роду Streptococcus, устойчивые одновременно к пенициллину, эритромицину и пенициллину,
штаммы рода Staphylococcus, резистентные к лево-мицетину, полимиксину и оксациллину, диплококки, устойчивые одновременно к карбенициллину, канамицину, левомицетину и оксациллину.
Следует учесть, что фосфолипазы, протеазы и щелочные фосфатазы, обнаруженные у значительного числа изолятов, позволяют им участвовать в развитии инфекционного процесса, способствуя проникновению возбудителя в клетки макроорганизмов, что расширяет спектр потенциально опасных микроорганизмов аэрозолей воздуха.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате микробиологического исследования аэрозолей воздуха выделены жизнеспособные микроорганизмы и охарактеризованы по ряду признаков, отражающих их потенциальные патогенные свойства. Выяснено, что заметное число микробных аэроизолятов, в том числе кокковые формы, витающих в атмосферном воздухе, обладают ферментами патогенности и множественной устойчивостью к антибиотикам. Полученные результаты являются основой для дальнейших, более детальных исследований биологических опасностей, содержащихся для человека в аэрозолях воздуха.
Работа частично поддержана грантом МНТЦ № 3275.
ЛИТЕРАТУРА
1. Инфекционная заболеваемость в условиях техногенного загрязнения окружающей среды / Е.Д. Савилов [и др.] // Вестник РАМН. - 1996. -№ 8. - С. 37-40.
2. Методы общей бактериологии // Ф. Герхард [и др.]. - М. : Мир, 1983. - Т. 1. - 536 с.; 1984. -Т. 3. - 264 с.
3. Пашина Е.Н., Васильев О.Д. Роль плесневых грибов и пылевых аэрозолей в заболеваемости органов дыхания у строительных рабочих // Гигиена и санитария. - 1991. - №. 8. - С. 33-35.
4. Покатилов Ю.Г. Биохимия биосферы и медико-биологические проблемы (экологические проблемы химии биосферы и здоровья населения). - Новосибирск: Наука, 1993. - 168 с.
5. Сэги Й. Методы почвенной микробиологии. - М. : Колос, 1983. - 295 с.
6. Хоулт Дж. Определитель бактерий Берги. -1997. - 9-е изд. - 800 с.
7. Bergey's Manual of Systematic Bacteriology // J.G. Holt [et al.]. - Baltimore-London, William & Wilkins, 1986. - 8th ed. - Vol. 1-2. - 1105 p.
8. Gregersen T. // Eur. J. Appl. Microbiol. Bio-technol. - 1978. - Vol. 5. - P. 123-127.
9. Safatov A. [et al.] // Altitude profiles of biogenic components of atmospheric aerosols in southwestern Siberia. Chemical Engineering Transactions. -Vol. 1008, N 16. - P. 225-232.
Сведения об авторах
Соловьянова Надежда Алексеевна - м.н.с., Федеральное Государственное Учреждение науки Государственный научный Центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» Роспотребнадзора (ФГУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора)(630559, пгт. Кольцово Новосибирской области, ФГУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора; телефон: (383) 336-60-10; (383) 363-47-79; E.mail: [email protected])
