CC BY
74
УДК 544.7:556.535.8:614.8
И.В. Михеева, С.И. Трофимов, Ю. С. Харитонова
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНТНЫМ ЭКСПРЕСС-МЕТОДОМ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ РЕКИ СХОДНЯ
В работе приводятся результаты мониторинга микробного загрязнения в черте города воды реки Сходня экспрессным хемилюминесцентным методом. Установлено соответствие результатов измерения хемилюминесценции водных проб величинам концентрации санитарно-показательных групп микробов.
Ключевые слова: люминол, хемилюминесценция, величина световыхода, численность микроорганизмов, посевы проб на питательные среды.
I. Mikheeva, S. Trofimov, Ju. Haritonova
MICROBIOLOGICAL RESEARCH THE SHODNYA RIVER ANTROPOGENIC POLLUTION BY CHEMILUMINESCENT METHOD
The article presents the results of monitoring microbial contamination the Shodnya river by chemiluminescent express method and views the conformity of measuring results chemiluminescence water tests to the concentration of sanitary groups of microbes.
Keywords: luminal, chemiluminescence; light output quantity, number of microorganisms, inoculations.
В последние годы в системе охраны здоровья и санитарно-эпидемиологического благополучия населения страны отмечается заметное обострение ситуации вследствие растущего общего и специфического бактериального загрязнения воздушной среды, питьевой воды, продуктов питания, помещений и мест наибольшего скопления людей.
Весь микромир по своему воздействию на окружающую среду отличается чрезвычайно разной степенью опасности эпидемиологического воздействия. Поэтому основной задачей обеспечения безопасности жизнедеятельности, особенно в зонах чрезвычайных ситуаций в урбанизированных районах, является оперативное определение в очагах заражения допустимого уровня концентрации как опасных патогенных микробных форм, так и всей массы микрофлоры, в том числе относящейся к санитарно-показательной группе КОЕ - колоний образующих форм.
Многие реки России, помимо того, что они имеют важнейшее значение как источник централизованного водоснабжения, относятся к рыбохозяйственным водным объектам.
Ухудшение санитарного качества поверхностных вод происходит интенсивно во многих реках страны. Это особенно относится к небольшим рекам, так называемым малым - длиной до 100 км, которые протекают по густонаселённым территориям. Эти малые реки в силу своей природной уязвимости в первую очередь реагируют на хозяйственную деятельность человека: вырубку лесов, распашку земель, осушение. Они обладают более низкой способностью к самоочищению, быстро заиливаются и загрязняются от поверхностного стока неочищенных вод и нередко от сброса канализационных вод, существенно сокращая свой сток. Большой вред малым рекам наносят животноводческие комплексы и фермы. Так, за один год в Московской области скапливается до 15 миллионов тонн навоза и птичьего помёта, смываемых в водоёмы и водотоки в значительном объёме во время сильных дождей и в весенний период снеготаяния. Большое и вредное влияние на малые реки Подмосковья в последнее десятилетие оказали как распашки пойменных лугов под огороды, так и интенсивное коттеджное градостроительство.
При значительной или продолжительной перегрузке реки загрязнёнными сточными водами в ней прекращаются нормальные процессы жизнедеятельности организмов, расходуется раство-
рённый в воде кислород, развивается огромное количество различной микробиоты, в результате чего водоток превращается в канализационный коллектор.
В Московской области из общего числа всех малых рек (4312) такими коллекторами стали все реки на территории города Москвы, реки Шаловка (приток Клязьмы), Яуза с малыми притоками, Сходня, ручей Чёрный (приток реки Пахра) и многие другие.
В настоящее время состояние малых рек, особенно в европейской части России, оценивается как катастрофическое. Это вызвало необходимость изучения состояния водной среды и микробиоты малых рек для принятия действенных мер по восстановлению их чистоты и полноводности.
Целью выполненных исследований было изучение микробиологических характеристик одной из малых рек ближнего Подмосковья - реки Сходня (притока р. Москвы) с использованием метода люминолозависимой хемилюминесценции для определения общей численности микробио-ты. Пробы воды отбирались с апреля по сентябрь 2009 года на 21 станции на всём протяжении реки (около 47 км) от её истока до впадения в реку Москва. Данная экспресс-методика была многократно опробована в лабораторных условиях при решении различных задач на кафедре химии и материаловедения ФГОУ ВПО «Академия гражданской защиты МЧС России» [2, 6].
Река Сходня начинается у дачного посёлка Алабушево, который входит в черту города Зеленограда - северо-западной части города Москва. Здесь долина Сходни с прудами, парками и городскими садами - главное украшение города. Ниже Зеленограда река течёт по Подмосковью (Химкинский район) по густонаселённым дачным и городским районам, имеет много мостов, мест отдыха, пляжей, различных предприятий и принимает несколько притоков. Затем оказывается в черте города Москвы на протяжении около 7 км. После посёлка Новобратцевский Сходня пересекает Московскую кольцевую дорогу и принимает в себя притоки: речку Братовка, подземную речку Городенку и деривационный канал. Площадь водосбора р. Сходня 259 квадратных километров.
Необходимым условием снижения риска образования инфекционного очага в результате бактериального заражения поверхностных водоёмов является проведение санитарно-бактериологического контроля водных объектов.
Традиционные методы этого контроля, основанные на высевании взятых водных проб на специально подобранные питательные среды, не обеспечивают экспрессность (до 0,1 часа) получения оценки микробного загрязнения на самом объекте, что особенно важно при ликвидации чрезвычайных ситуаций. Классический метод посевов, имеющий свои достоинства и в ряде случаев являющийся единственно необходимым при санитарной оценке объектов по ГОСТу, не учитывает истинное количество микроорганизмов в воде, почве и других субстратах, поскольку известно, что большинство микроорганизмов не растёт на искусственных питательных средах.
В основу экспрессной методики санитарно-бактериологического контроля был положен люминолозависимый хемилюминесцентный метод анализа водной пробы, как взятой непосредственно из массы воды, так и полученной путём смыва чистой водой с поверхности различных образцов. Эта проба сразу после её отбора подавалась на детектор специального прибора-анализатора (люминометра системы ОСЕ-2), который в реальном масштабе времени показывал величину объёмной концентрации всех микробиологических частиц, прореагировавших с люми-нольным рабочим раствором.
Для установления соответствия результатов анализа водной пробы, полученных с помощью экспресс-метода и по общепринятой методике, был параллельно проведён посев проб воды на стандартные питательные среды разного состава: мясопептонный агар (МПА) и эритрит-агар, диагностические и элективные среды: агар Эндо, среда Клиглера, малый «пёстрый ряд».
Выросшие на эритрит-агаре колонии пересевали в пробирки на первично дифференцирующую среду Клингера. По характеру роста и изменению окраски на этой среде провели дифференциацию микроорганизмов до рода. Для определения видовой принадлежности и изучения биоло-
гических свойств микроорганизмов проводили тест на цитохромоксидазу. После этого отобранные культуры для определения видовой принадлежности засевали на «пёстрый ряд» Гиса, содержащий спирты и углеводы.
Идентификацию аэромонад проводили в соответствии с табл. 1 [7].
Таблица 1
Биохимические дифференцирующие свойства подвижных аэромонад
Биовар Тест
Глюкоза Салицин L-арабиноза Эскулин Сероводород
А. caviae К + + + -
А. еисгепорЫ1а КГ + + + -
А. hydropЫla КГ + + + +
А. media КГ d + + -
А. sobria КГ - - - -
А. sp. КГ + - - V
А. sp. 1 КГ - + + V
А. sp.2 КГ - - - V
А. sp.3 КГ - + + V
А. sp.4 (А. veronii) КГ + - - -
А. sp.5 (А. schuberti) К - - - -
А. sp.7 К - + + -
А. sp.8 К - - + V
А. sp.9 К - - - V
А. 8р.10 К + + -
А. sp.11 К + + + -
Примечания: «+» - положительная реакция; «-» - отрицательная реакция; К - образование кислоты; КГ - образование кислоты и газа; V - вариабельно; d - 26 - 75 % штаммов положительно по данному тесту; КТ - не тестировались.
Результаты исследования воды р. Сходня экспресс-методом представлены на рис. 1 и в табл. 2.
г.Москва городе кой округ ХнМКИ Г. М О С К В Э.
123Ь5 В 7 3 9 /О И <213 \к 15 1В П ¡8 1920
Рис. 1. Схема расположения на реке Сходня станций отбора проб воды и численность микроорганизмов (I - измерение хемилюминесцентным методом, II - измерение методом посевов на питательные среды)
Таблица 2
Оценка общего микробиологического загрязнения воды р. Сходня по результатам люминолозависимой хемилюминесценции на приборе ОСЕ-2
Номер пробы, станция Дата отбора Показания прибора Численность бактерий, кл/мл
Множитель Световой эффект
фактический расчётный
1. Исток реки Сходня (Алабушево) 11.08 32 5312 5032 1.05*10'
2. Там же 09.09 32 4480 4200 7.5*106
3. Городское шоссе Алабушево - Зеленоград 09.09 32 5120 4840 1.0*107
4. Стройка, ж.-д. мост 11.08 256 41984 41707 9.0*109
5 Там же 09.09 256 38912 38632 8.0*109
6. Зеленоград. Западный пляж 09.09 32 4928 4648 9.0*106
7. Зеленоград. Восточный пляж 09.09 32 5888 5608 2.0*107
8. Ручей Ржавка 09.09 32 4736 4456 8.5*106
9. Р. Сходня у пос. Назарьево 11.08 32 4480 4200 7.5*106
10. Там же 09.09 32 4416 4136 7.5*106
11.Долина реки у Подрезково 11.08 32 3904 3624 6.0*106
12. Р. Сходня у моста Новосходненского шоссе 11.08 32 4608 4328 8.0*106
13. Там же 09.09 32 4288 4008 7.5*106
14. Пруд Верескино 09.09 16 2144 1864 7.5*105
15. Р. Сходня у моста Машкинского шоссе 30.04 16 2944 2664 2.5*106
16. Там же 10.08 32 4992 4712 9.0*106
17 Там же 09.09 32 5568 5288 1.1*107
18. Устье ручья Машка 30.04 32 3712 3432 5.5*106
19. Река Сходня выше устья ручья Машка 30.04 32 4800 4520 8.5*106
20. Ручей Машка, выше устья 100 м 30.04 32 4106 3880 7.0*106
21. Р. Сходня у моста в Юрово 30.04 32 5376 5096 1.05*107
22. Р. Сходня у моста в Куркино 30.04 32 4928 4648 9.0*106
23. Там же 09.09 32 4992 4712 9.5*106
24. Река Сходня, заповедник 30.04 32 5248 4968 1.0*107
25. Мочажина на пойме реки Сходня (заповедник) 30.04 8 1200 920 9.5*104
26. Там же 09.09 8 1088 808 8.0*104
27. «Трёхструйный родник», заповедник, подножье берега долины реки Сходня 30.04 32 4608 4328 8.0*106
28.Ключ на пойме заповедника 09.09 16 2496 2216 9.0*105
29. Река Сходня у моста в Гаврилково 10.08 32 4672 4392 8.5*106
30. Там же 09.09 32 4608 4328 8.5*106
31. Река Сходня у пос. Путилково 10.08 32 5056 4776 9.5*106
32. Там же 09.09 32 5312 5032 1.05*107
33. Река Сходня, южное Тушино 09.09 32 4608 4328 8.5*106
34. Река Сходня , устье 10.08 32 4736 4456 8.5*106
35. Деривационный канал 10.08 32 5120 4840 1.0*107
36. Там же 09.09 32 4352 4072 7.5*106
37. Река Москва (Строгино) 09.09 32 4224 3944 7.0*106
Численность бактерий, определённая экспресс-методом, на разных участках реки составила от 80 - 95 тыс. кл/мл (пробы 25, 26, заболоченный участок поймы реки) до 9 млрд кл/мл (проба 4 на участке реки в черте города Зеленограда у ж.-д. моста в месте поступления канализационных стоков и свалки бытового и строительного мусора). В верховье пруда Верескино (проба 14), откуда идёт водоснабжение рыбного хозяйства, численность бактерий составила 750 тыс. кл/мл, а уже ниже хозяйства по реке она возросла до 2,5 - 11 млн кл/мл. Менее 1 млн кл бактерий в 1 мл обнаружено в ключевой воде (проба 28), поступающей в русло р. Сходня. Велика обсеменённость воды городских пляжей, где численность бактерий составила в середине сентября от 9 до 20 млн кл/мл. На большинстве станций численность бактерий измерялась величинами 4,5 - 10 млн кл/мл, что характерно для высокоэвтрофированных вод.
Обращает внимание то, что в большинстве случаев на одной и той же станции численность бактерий сохранялась на близком уровне и в весеннее, и в летнее, и в осеннее время (см. табл. 2). Так, в истоке реки в августе было 7,5 млн кл/мл, в сентябре - 10,5 млн кл/мл (пробы 1 и 2), в районе свалки мусора у ж.-д. моста в августе - 9 млрд кл/мл, в сентябре - 8 млрд кл/мл (пробы 5 и 6), на заболоченном участке поймы реки с гуминовыми водами - в конце апреля 95 тыс. кл/мл, в сентябре - 80 тыс. кл/мл (пробы 25 и 26), на пойме р. Сходня в районе Куркино в апреле - 9, в сентябре - 9,5 млн кл/мл (пробы 22 и 23), в районе Гаврилково и в августе, и в сентябре - по 8,5 млн кл/мл (пробы 29 и 30). Таким образом, было установлено, что сезонная динамика чётко не прослеживается, а численность бактерий в воде зависела от степени её высокой загрязнённости. В воде на станциях с большим количеством микроорганизмов (в районе ж.-д. моста, пробы 4) определено и наибольшее содержание аммонийного азота - более 8 мг N-NO3/дм3 , что в 20 раз превышает норматив для рыбохозяйственных водоёмов [4].
Результаты анализов воды путём посевов на питательные среды представлены в табл. 3 и на рис. 1.
Таблица 3
Результаты посевов проб воды из р. Сходня на питательные среды (КОЕ/мл)
№ пробы и название станции МПА Эритрит-агар Агар Эндо
всего в т. ч. кишечная палочка
1. Исток реки Сходня (Алабушево) 1484 4040 1260 800
4. Стройка, ж.-д. мост 1272 6680 7200 200
6. Зеленоград. Западный пляж 162 500 640 0
7. Зеленоград. Восточный пляж 402 1760 2620 0
10. Р. Сходня у пос. Назарьево 524 2560 940 0
12. Р. Сходня у моста Новосходненского шоссе 732 600 500 20
14. Пруд Верескино 142 1080 1820 0
15. Р. Сходня у моста Машкинского шоссе 468 17440 1040 0
30. Река Сходня у моста в Гаврилково 812 1780 3780 140
32. Река Сходня у пос. Путилково 816 4400 6800 110
36. Деривационный канал 768 1800 2880 220
37. Река Москва (Строгино) 1424 5240 4340 80
Численность сапрофитных бактерий на МПА составила на разных станциях от 142 до 1482 КОЕ/мл, на эритрит-агаре - от 600 до 5240 КОЕ/мл, на среде Эндо - от 640 до 7200, в том числе кишечная палочка от 0 до 800 КОЕ/мл. Такие величины характерны для загрязнённых вод и превышают нормативы [5, 3]. Наибольшая численность бактерий отмечена на станциях 4 и 5 в местах поступления в воду большого количества строительного и другого мусора, стоков с берегов, пешеходных мостов. Наибольшие величины общей численности бактерий получены на этой станции и методом люминолозависимой хемилюминесценции.
Посевы проб воды р. Сходня на питательные среды, как и экспресс-анализ общего количества микроорганизмов, выявили её сильную загрязнённость.
Среди выделенных видов бактерий обнаружены условно патогенные: Aeromonas sp., Klebsiella sp., Escherichia coli, Moraxella sp., Acinetobacter baumanii и A. calcoaceticus, а также плесневые грибы и сапрофитные бактерии.
По общей численности бактерий воду в реке Сходня следует отнести к категории грязных вод - пятый класс качества из известных шести для поверхностных вод [1]. Численность бактерий, установленная для некоторых станций на р. Сходня порядка десятков миллионов или десятка миллиардов, характерна для сточных канав.
Сопоставление результатов определения численности бактерий хемилюминесцентным экспресс-методом и методом посевов на питательные среды показало, что прямого соответствия полученных величин нет, что вполне закономерно, поскольку на искусственных питательных средах вырастают только определённые и немногие группы микроорганизмов, а хемилюминесцентным методом учитываются абсолютно все живые бактерии и другая микрофлора в пробе воды. В то же время установлена система синхронного изменения показателей численности микроорганизмов обоими методами с примерно одинаковой амплитудой колебаний вдоль профиля реки, что наглядно прослеживается на рис. 1.
Хемилюминесцентный метод позволил оперативно провести исследование воды реки Сходня на общую численность микробиоты и показал адекватность полученных данных состоянию загрязнённости её участков. При этом были сведены практически к нулю погрешности, вносимые в отбор, транспортировку, хранение, длительности обработки проб и пр. Такого исследования бывает достаточно для установления интенсивности микробного загрязнения на разных участках водного объекта и оценки их экологического состояния по микробиоте. Быстрота и несложность проведения анализа позволяют использовать хемилюминесцентный метод для мониторинговых исследований качества воды разных водных объектов. Метод посевов на санитарно-показательные группы микроорганизмов, для установления видового состава микроорганизмов, требующий длительных и трудоёмких специальных исследований, может быть использован как дополнительный при необходимости получения такого рода данных.
Литература
1. Жукинский В.Н., Оксиюк О.П., Олейник Г.Н., Кошелева С.И. Принципы и опыт построения экологической классификации качества поверхностных вод суши // Гидробиологический журнал. 1981. № 2. С. 38
- 39.
2. Трофимов С.И, Лапик Р.Н. Использование прибора ОСЕ-2 в экспресс-методиках определения общего микробного загрязнения внешней среды в деле предупреждения возникновения очагов инфекционных чрезвычайных ситуаций. Рукопись. Новогорск: АГЗ МЧС России, 2004.
3. Методические указания по санитарно-бактериологической оценке рыбохозяйственных водоёмов. № 13-4-2/1742. М.: Минздрав РФ, 1999.
4. Охрана природы, гидросфера, вода для рыбоводных хозяйств, общие требования и нормы. ОСТ 155 372-87.
5. Требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения: санитар. охрана источников. Санитар. правила (СанПиН 2.1.4.544-96). М.: Информ.- изд. центр Госкомсанэпиднадзора России, 1996.
6. Трофимов С.И. Результаты экспрессного микробиологического контроля загрязнения твёрдых поверхностей и воздуха в помещениях Центральной библиотеки СВАО г. Москвы. Отчёт о НИР: рукопись. Новогорск: АГЗ МЧС России, 2004.
7. Юхименко Л.Н. Биологические свойства аэромонад // Молекулярно-клеточные механизмы патогенного и иммуногенного действия Aeromonas spp.. Сб. науч. трудов Российско-Китайского семинара. М.: Медицина для всех, 2007. С. 33 - 36.
