CC BY
60
ФАКТОРЫ ПАТОГЕННОСТИ БАКТЕРИИ РОДА PSEUDOMONAS, ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ ВОДЫ И СУДАКА (SANDER LUCIOPERCA) В ДЕЛЬТЕ Р. ВОЛГИ
УДК 579.68:556.551.5
1Л.В. Ларцева, 2О.В. Обухова, 1А.Н. Бармин
'Астраханский государственный университет, [email protected] 2Астраханский государственный технический университет, [email protected]
факторы патогенности бактерий рода PSEUDOMONAS, выделенных из воды и судака (SANDER LUCIOPERCA)
в дельте р. волги
Анализ многолетнего микробиологического материала (1995-2010 гг.) показал частую встречаемость условно-патогенных бактерий рода Pseudomonas в воде и рыбе дельты реки Волги. Установлено, что они обладали набором факторов патогенности: высокой температурной адаптацией, протеазой, лецитиназой, каталазой, гемолизином. Отмечено увеличение этих признаков у бактерий, выделенных из воды и рыбы, в осенний сезон, совпадающий с промыслом, что определяет их эпидемиологическую значимость.
Ключевые слова: дельта Волги; условно-патогенные бактерии; факторы патогенности; сезонная динамика.
Введение
В связи с интенсивным биологическим загрязнением гидросферы открытых водоемов создаются условия, благоприятные для развития и накопления условно-патогенных микроорганизмов, в частности псевдомонад. Их важнейшее биологическое свойство - наличие адаптационного потенциала, отражающегося качественными и количественными проявлениями ферментативной активности. Особое значение имеет свойство этих бактерий продуцировать ферменты защиты и агрессии, участвующие в процессах адгезии и инвазии (Бухарин, 1999; 2012). Как все возбудители сапронозных инфекций людей, псевдомонады способны быстро адаптироваться к постоянно меняющимся условиям окружающей среды и при массовом развитии могут обусловливать различные патологические процессы у людей. Эволюция этих бактерий проявляется в освоении ими новых биотопов в организме человека (ожоговых, операционных ран и др.), поражений кожи, глаз, ушей, мозговых оболочек, органов дыхания. В настоящее время они играют ведущую роль в этиологии внутрибольничных инфекций (Шаги-нян и др., 2005; Покровский и др., 2011; Холодок и др., 2014). Широко распространенные в гидроэкосистемах различные виды псевдомонад могут инициировать заболевания рыб и других гидро-бионтов. Они способны контаминировать рыбу и рыбопродукты и в процессе хранения на холоде превалировать над другой микрофлорой (Долга-нова и др., 2005; Ларцева и др., 2008).
Ранее в Волго-Каспийском бассейне псевдомонады доминировали в микробном пейзаже воды и промысловых видах рыб, уступая по частоте встречаемости только энтеробактериям и аэромонадам (Ларцева, 1998; Обухова, 2004). В Каспий-
ском море бактерии этого рода инфицировали воду, бычков, осетров, желетелых гребневиков (Лисицкая, 2008).
В связи с этим изучение факторов патогенности псевдомонад, циркулирующих в воде и рыбе в условиях антропогенной нагрузки, сегодня является актуальным и своевременным.
Материалы и методы
Материалом для исследований служили 375 проб воды и 447 экз. судака, собранные посезонно с 1995 по 2010 г. в дельте р. Волги (Главный, Ган-дуринский банки, р. Бузан). У рыб анализировали жабры, кровь, кишечник, паренхиматозные органы, мышцы. За этот период проанализировано более трех тысяч бактериальных культур. Из воды было выделено 375, а из рыбы - 720 штаммов, идентифицированных как Pseudomonas (Определитель..., 1997). Персистентные свойства изучали по общепринятым методам (Бухарин, 1999).
Статистическую обработку проводили с использованием компьютерных программ Statistica.
Результаты и их обсуждение
Результаты проведенного анализа показали, что псевдомонады в удельном весе всей выделенной микрофлоры составляли в воде 30.4±0.6; в рыбе - 20.8±0.6 % проб. В структуре рода в обоих эконишах доминировали штаммы Ps. alcaligenes u Ps. fluorescens (табл. 1). Эпидемически значимая Ps. aeruginosa была зарегистрирована в воде жарким летом 2010 г. единичными штаммами.
Основными биотопами выделенных нами псевдомонад были желудочно-кишечный тракт, жабры и почки, в которых содержание этих бактерий было выше (Р < 0.05; r = 0,81), чем в крови и мышцах. Значительное обсеменение желудочно-
60
российский журнал прикладной экологии
кишечного тракта рыб бактериями этого рода отмечено ранее (Ларцева, 1998; Обухова, 2004; Ли-сицкая, 2008).
Существенных различий в микробном пейзаже воды и судака по районам исследований нами не выявлено. Однако эти бактерии имели сезонную цикличность с подъемами своего развития весной и осенью, совпадающие с промысловым периодом в дельте р. Волги.
Таблица 1. Удельный вес псевдомонад, выделенных из воды и рыбы (в структуре рода)
Виды псевдомонад Процент штаммов
вода рыба
Pseudomonas fluorecens 41.1 ± 0.7 36.5 ± 0.6
Ps. alcaligenes 33.2 ± 0.9 36.1 ± 0.7
Ps. syringae 13.7 ± 0.7 16.9 ± 0.9
Ps. putida 10.5 ± 0.9 10.3 ± 0.8
Ps. aeruginosa 1.6 ± 0.9 -
Фактические материалы, приведенные в табл. 2, свидетельствуют о том, что все виды и штаммы, выделенные из воды и рыбы, со значительной долей вариабельности обладали набором факторов патогенности. Однако все тестируемые штам-
мы псевдомонад были инертны по отношению к реакции Фогес-Проскауэра и наличию уреазы, что, по-видимому, обусловлено биохимическими свойствами этих бактерий.
Максимальные значения маркеров патоген-ности отмечены у водных и рыбных штаммов Ps. alcaligenes и Ps. fluorescens; минимальные -у Ps. putida. Штаммы последнего вида были инертны по протеазе, лецитиназе, гемолизину (табл. 2). Во всех случаях у водных штаммов показатели всех тестируемых факторов патогенности в среднем были в 1.1-1.2 раза выше, чем у рыбных (Р < 0.05; г=0.89), что согласуется с ранее проведенными исследованиями в этом регионе (Ларцева, 1998; Обухова, 2004; Лисицкая,2008).
Фактические материалы, приведенные в табл. 3 и 4, показали существенную гетерогенность всех испытуемых маркеров патогенности у бактерий этого рода.
Возможность роста условно-патогенных микроорганизмов при +37°С свидетельствует о высокой экологической пластичности псевдомонад и их эпидемической опасности для людей. Именно этим биологическим свойством, по-видимому, можно объяснить
Таблица 2. Средние данные по факторам патогенности у тестируемых псевдомонад
Тестируемые микроорганизмы Биотоп Рост при +37°С Процент позитивных штаммов
протеаза лецитиназа гемолизин каталаза
Pseudomonas spp. рыба 28.6 27.0 57.8 37.1 59.6
вода 33.7 30.6 67.5 38.8 81.4
Ps. alcaligenes рыба 73.9 93.7 16.7 70.1 77.3
вода 79.8 98.2 20.8 83.4 89.6
Ps. fluorecens рыба 54.6 96.3 46.6 16.7 55.6
вода 69.6 100.0 54.2 17.3 73.5
Ps. putida рыба 10.6 - - - 26.1
вода 14.0 - - - 28.4
Средние значения рыба 42.0 54.3 30.3 31.0 54.7
вода 48.3 57.2 35.6 34.9 68.2
Таблица 3. Сезонная динамика факторов патогенности псевдомонад, выделенных из воды
Тестируемые микроорганизмы Сезон года Рост при +37°C Процент позитивных штаммов
протеаза лецитиназа гемолизин каталаза
весна 21.7 - 65.3 32.9 89.0
Pseudomonas spp. лето 50.0 30.1 71.2 41.8 58.5
осень 29.4 61.7 66.0 41.6 96.6
весна 60.7 94.6 - 70.3 100.0
Ps. alcaligenes лето 93.4 100.0 - 83.6 68.9
осень 85.2 100.0 62.4 96.2 100.0
весна 57.8 100.0 58.7 - 84.2
Ps. fluorecens лето 85.5 100.0 44.0 21.4 60.1
осень 65.5 100.0 59.8 30.4 76.2
весна 10.0 - - - 34.1
Ps. putida лето 32.0 - - - -
осень - - - - 51.2
весна 21.7 - 65.3 32.9 89.0
Средние значения лето 50.0 30.1 71.2 41.8 58.5
осень 29.4 61.7 66.0 41.6 96.6
«уход» и «приход» водных сапронозов в разные сезоны года (Бухарин, 1999; 2012; Яковлев, 2011).
Цифровые значения, приведенные в табл. 3 и 4, свидетельствуют о том, что у водных штаммов псевдомонад способность роста при +37°С в среднем была выше, чем у рыбных в 1.2 раза (Р < 0.05; г=0.91). Максимальные значения этого признака были отмечены у Ps. alcaligenes и Ps. Fluorescens, минимальные - у Ps. putida. Анализ полученных данных показал обратную зависимость общего вегетирования бактерий этого рода в воде и рыбе по сезонам года и способности их роста при
ФАКТОРЫ ПАТОГЕННОСТИ БАКТЕРИЙ РОДА PSEUDOMONAS, ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ ВОДЫ И СУДАКА (SANDER LUCIOPERCA) В ДЕЛЬТЕ Р. ВОЛГИ
Таблица 4. Сезонная динамика факторов патогенности псевдомонад, выделенных из рыбы
Тестируемые микроорганизмы Сезон года Рост при +37°C Процент позитивных штаммов
протеаза лецитиназа гемолизин каталаза
Pseudomonas spp. весна 16.5 - 54.4 30.6 68.8
лето 49.1 25.0 59.0 40.6 41.4
осень 20.3 56.1 60.1 40.1 69.0
Ps. alcaligenes весна 50.6 81.0 - 54.1 88.4
лето 90.7 100.0 - 76.2 57.4
осень 80.4 100.0 50.1 80.0 86.1
Ps. fluorecens весна 48.1 88.8 48.8 - 64.8
лето 65.8 100.0 41.1 20.1 43.3
осень 50.0 100.0 50.0 30.0 58.6
Ps. putida весна - - - - 28.4
лето 31.8 - - - -
осень - - - - 50.0
Средние значения весна 28.8 42.6 25.8 21.2 62.6
лето 59.4 56.3 25.0 34.2 35.5
осень 37.7 64.0 40.1 37.5 65.9
+37°С (табл. 3, 4). На фоне снижения их встречаемости в этих биотопах летом отмечен подъем их роста при +37°С. В связи с этим возможно предположить наличие у псевдомонад различных биоваров с повышенной ферментативной активностью, что придает им определенную эпидемиологическую значимость.
В пользу этого свидетельствуют данные по протеолитической и лецитиназной активности, которые обуславливают расщепление белков, лизис мышечной ткани, автолиз и порчу рыбы вследствие проникновения псевдомонад в ее организм (Долганова и др., 2005). Показатели этих признаков у анализируемых бактерий имели динамичный рост от весны к осени (табл. 3, 4). Исключением были водные и рыбные штаммы Ps. putida, которые были инертны в отношении протеазы и лецитиназы.
Гемолитическая активность бактерий (феномен Канагава) - показатель способности гемолизиро-вать эритроциты человека. Является важным фактором патогенности многих микроорганизмов. Гемолизин обуславливает продукцию цитолизина, который оказывает повреждающее действие на клеточные мембраны, поэтому может служить критерием эпидемиологического благополучия исследуемого биоценоза. Этот персистентный признак был зарегистрирован у всех выделенных нами псевдомонад, за исключением штаммов Ps. putida (табл. 2, 3, 4). Средние данные без учета сезонной динамики свидетельствуют о небольших различиях наличия гемолизина у рыбных и водных штаммов (Р < 0.05; г=0.82). При этом максимальные показатели этого признака отмечены у водных и рыбных штаммов Ps. Alcaligenes, минимальные - у Ps. fluorescens. Сезонная динамика гемолитической активности по своим значениям
показала динамичный рост от весны к осени как у водных, так и у рыбных штаммов. Ps. aeruginosa, зарегистрированная нами единичными штаммами только летом 2010 г. в воде, во всех случаях обладала гемолизином. Ранее существенных различий у ге-молитически активных штаммов псевдомонад, выделенных из воды и судака, не было отмечено (Обухова, 2004). Следовательно, полученные данные по наличию гемолизина у псевдомонад, пер-систирущих в гидроэкосистеме дельты р. Волги, свидетельствуют о ее эпидемиологическом неблагополучии.
Каталазная активность как защитная функция бактерий, весьма зависимая от растворенного в воде кислорода и температурного режима гидроэкосистем, была зарегистрирована практически у всех анализируемых видов и штаммов псевдомонад, за исключением изолятов Ps. putida в летний сезон (табл. 3, 4). Максимальными значениями этого признака в обоих биотопах обладали штаммы Pseudomonas spp, а минимальными - Ps. putida. Сезонная периодичность каталазной активности у всех видов и штаммов псевдомонад характеризовалась значительными подъемами в весенний и особенно в осенний сезоны и резким спадом в летний период. Так, в исследуемых биотопах у анализируемых бактерий каталаза присутствовала весной и осенью в 100%, снижаясь летом до 75.0% случаев. У штаммов Ps. putida (водных и рыбных) летом этот признак отсутствовал. Наиболее четко выраженными сезонными колебаниями каталазы характеризовались водные и рыбные штаммы Pseudomonas spp. Отмечена прямая зависимость встречаемости всех видов псевдомонад в обоих биотопах; увеличения или ослабления экспрессии каталазы в зависимости от таких абиотических факторов среды, как температурный и кислородный показатели, которые определяют детоксикацию перекиси водорода. Видимо, поэтому показатели каталазы у псевдомонад значительно снижались в летний сезон в обоих биотопах. В связи с этим можно предпо-
62
российский журнал прикладной экологии
ложить, что сезонная летняя «депрессия» этих бактерий связана в определенной мере с падением их каталазной активности, которая играет существенную роль в саморегуляции микробных сообществ.
Заключение
Результаты многолетнего микробиологического мониторинга, проведенного с 1995 по 2010 г. в гидроэкосистеме дельты р. Волги, показали доминирование в микробиоценозе бактерий рода Pseudomonas, которые по частоте встречаемости уступали только энтеробактериям и аэромонадам. Среди выделенных бактерий этого рода в воде и рыбе (судаке) доминировали Ps. alcaligenes и Ps. fluorescens. Основными биотопами выделенных псевдомонад были желудочно-кишечный тракт, жабры и почки, а пики их вегетирования приходились на весну и осень - периоды промысла в дельте р. Волги.
Условно-патогенные псевдомонады, как возбудители сапронозных инфекций людей, весьма адаптивны к различным экологическим нишам благодаря своим персистентным свойствам. При смене биотопов: вода - фито-, зоопланктон -рыба - человек у микроорганизмов будут появляться или усиливаться биологические свойства (факторы патогенности/персистенции), облегчающие им адаптацию к новым условиям обитания.
Анализ фактического материала показал, что обитающие в воде и рыбе псевдомонады обладали определенным набором факторов патогенно-сти: способностью роста при +37°C, протеазой, лецитиназой, гемолизином и каталазой. Во всех случаях штаммы этих бактерий, выделенных из воды, имели патогенные признаки в среднем в 1.2 раза выше, чем изолированные из рыбы. Как правило, грамнегативные неферментирующие псевдомонады показали обратную зависимость их встречаемости в воде и рыбе с показателями факторов патогенности, за исключением экспрессии каталазы. Наиболее четко и выражено они проявлялись у штаммов Ps. alcaligenes и Ps. fluorescens. Способность роста при +37°C у анализируемых псевдомонад с максимальными значениями отмечена летом, с небольшим спадом осенью. По другим тестируемым факторам патогенности отмечен динамичный рост цифровых показателей от весны к осени.
Таким образом, приведенные данные многолетнего фактического материала свидетельствуют о широком распространении псевдомонад в дельте р. Волги и о наличии у них важных перси-стентных/патогенных свойств, обуславливающих
экологическую и эпидемиологическую напряженность гидроэкосистемы, особенно в летне-осенний сезон.
Список литературы
1. Бухарин О.В. От персистенции к симбиозу // Микробиология. 2012. № 4. С. 4-9.
2. Бухарин О.В. Персистенция патогенных бактерий. М.: Медицина, 1999. 336 с.
3. Долганова Н.В., Першина Е.В., Хасанова З.К. Микробиология рыбы и рыбных продуктов. М.: Мир, 2005. 224 с.
4. Ларцева Л.В. Гигиеническая оценка по микробиологическим показателям рыбы и рыбных продуктов Волго-Ка-спийского региона: Автореф. дис. ... докт. биол. наук, М., 1998. 44 с.
5. Ларцева Л.В., Обухова О.В., Лисицкая И.А. Микрофлора рыб и других гидробионтов: учеб. пособие // Астрахань: Астраханский гос. ун-т, 2008. 108 с.
6. Лисицкая И.А. Бактериальные сообщества некоторых компонентов экосистемы дельты Волги и Северного Каспия: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Астрахань, 2008. 23 с.
7. Обухова О.В. Бактериоценоз воды и судака (Stizostedion 1исюрегса) в дельте Волги: Автореф. дис. .канд. биол. наук. М., 2004. 23 с.
8. Определитель бактерий Берджи. В 2 т. / Ред. Дж. Хоулт и др. М.: Мир, 1997. Т.2. 799 с.
9. Покровский В.И., Акимкин В.Г., Брико Н.И., Брусина Е.Б. Внутрибольничные инфекции: новые горизонты профилактики // Эпидемиол. и инфекц. болезни. 2011. №1. С. 4-8.
10. Холодок Г.Н., Алексеева И.Н., Стрельников Н.В., Козлов В.К. Колонизационные свойства условно-патогенных бактерий, изолированных при пневмониях детей // Микробиология, эпидемиология и иммунология. 2014. № 2. С. 17-25.
11. Шагинян И.А., Чернуха М.Ю. Неферментирующие грамотрицательные бактерии в этиологии внутрибольнич-ных инфекций: клинические, микробиологические и эпидемиологические особенности // Клин. микробиол. и антимикроб. химиотерапия. 2005. Т. 7. № 3. С. 271-285.
12. Яковлев А.А. Экологическое направление в эпидемиологии // Эпидемиол. и инфекц. болезни. 2011. № 3. С. 58-62.
L.V. Lartseva, O.V. Obuhova, A.N. Barmin. Pathogenicity factors of Pseudomonas bacteria, isolated from water and perch (Sander lucioperca) in the Volga river delta.
Analysis of long-term microbiological material (1995-2010) showed frequent incidence of conditionally-pathogenic bacteria of the genus Pseudomonas in water and fish of the Volga River delta. It was found that they had a set of pathogenicity factors: high temperature adaptation, protease, lecithin-ase, catalase, hemolysin. Increase of these traits in bacteria isolated from water and fish was revealed in the fall season, which coincides with the fishery, which determines their epidemiological significance is marked.
Keywords: Volga delta; opportunistic pathogenic bacteria; pathogenicity factors; seasonal dynamics.
