CC BY-ND
17
18
ЗНиСО Февраль №2 (22/)
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ
(НА ПРИМЕРЕ РЕКИ ЛЕНЫ)
Е.В. Анганова1,2
SOME FEATURES OF MICROBIOLOGICAL MONITORING OF AQUATIC ECOSYSTEMS (ON AN EXAMPLE OF THE LENA RIVER)
E.V. Anganova
'ГОУ ДПО «Иркутский государственный институт усовершенствования врачей», 2Учреждение РАМН «Научный центр проблем здоровья семьи и репродукции человека» СО РАМН, г. Иркутск
В статье приведены результаты изучения некоторых аспектов состояния микробиоценоза р. Лена — крупнейшего источника водоснабжения Сибири. Показано, что в районе г. Якутск, в условиях антропогенного загрязнения, происходит перестройка микробиоценоза реки, изменяются параметры системы «лизоцим-антилизоцим», увеличивается доля антилизоцимактивных штаммов, наблюдается изменение биологической активности микроорганизмов.
Ключевые слова: мониторинг, водные экосистемы, антропогенное загрязнение, биологические свойства микроорганизмов, система «лизоцим-антилизоцим».
In article results of studying of some aspects of the of the states microbial community river Lena, the largest source of water supply in Siberia, are presented. It is shown that in the area of Yakutsk in the conditions of anthropogenic pollution of the river is changing microbial community, change the settings of the system «lysozyme-antilysozyme», increasing proportion antilizotsimaktivning strains, change is observed in biological activity of microorganisms.
Keywords: monitoring, water's ecosystems, anthropogenic pollution, biological activity of microorganisms, system «lysozyme-anti lysozyme»
Актуальность. Важнейший аспект в системе микробиологического мониторинга водных объектов — комплексное изучение их санитарного и экологического состояния, т. к. в настоящее время накоплено достаточно данных, свидетельствующих о том, что активное антропогенное загрязнение вод открытых водоемов приводит к нарушению эволюционно сложившихся водных биоценозов, представленных микроорганизмами различных таксономических групп [3; 5]. В связи с этим при биомониторинге водных объектов особого внимания заслуживает изучение структуры микробиоценозов водных экосистем и биологической активности их штаммов. Микроорганизмы, выделенные из вод в районах антропогенного загрязнения, продуцируют ДНК-азу, проявляют гемолитическую, адгезивную, персистентную активность, что свидетельствует об усилении антропогенной нагрузки на водоем. Кроме того, показано существование в водных объектах особой функциональной системы «лизоцим-антилизоцим» всех компонентов биоценоза, в т. ч. бактериального, отражающей как санитарное, так и экологическое состояние водоема [2].
Цель данной работы — изучение биологи -ческой активности и персистентного потенциала представителей аллохтонной и аутохтон-ной микрофлоры, а также параметров системы «лизоцим-антилизоцим» бактериального компонента биоценоза одного из крупнейших водоемов Восточной Сибири и Севера — р. Лена.
Материалы и методы. Отбор проб воды проводился согласно ГОСТ 51592—2000. Всего было
исследовано 880 штаммов, в т. ч. 378 представителей семейства Enterobacteriaceae и 502 штамма аутохтонного происхождения. Идентификация выделенных граммотрицательных бактерий осуществлялась с использованием коммерческих тест-систем «Enterotest» фирмы Lachema (Чехия). Определение биологических свойств микроорганизмов (продукция ДНК-азы, щелочной фос-фатазы, адгезивная, гемолитическая (ГА) и про-теолитическая (ПА) активность) проводилось по общепринятым методикам [4]. Для оценки функционального состояния микробиоценоза р. Лена изучалась распространенность антилизоцимной (АЛА) и лизоцимной (ЛА) активности среди микроорганизмов аллохтонного и аутохтонного происхождения. Данные свойства определялись по методике О.В. Бухарина с соавт. [1]. Показатель «Л», характеризующий состояние системы «лизоцим-антилизоцим», подсчитывался как соотношение числа лизоцимактивных и антилизоцимактивных микроорганизмов. Результаты интерпретировались следующим образом: если «Л» > 2, прогнозируется благополучное экологическое состояние биоценоза, «Л» < 2 — неблагополучное [2]. Для определения значимости различий полученных показателей использовался критерий Стьюдента, при сравнении связанных выборок — парный критерий Вилкоксона.
Результаты и их обсуждение. Среди выделенных энтеробактерий были идентифицированы E. coli, Enterobacter spp., Klebsiella spp., Proteus spp., Citrobacter spp., M. morganii, P. agglomerans. Аутох-тонная микрофлора была представлена грамм-положительными кокками. Учитывая большую
февраль №2 (227) ЗНСО
АЛА
ГА
продукция щелочной фосфатазы
ПА
продукция ДНКазы
адгезивная активность
□ «опытный» участок □ контрольный участок
Рис. 1. Сравнительная характеристика фенотипических признаков бактерий семейства ЕШегоЬаМепасеае микробного сообщества р. Лена на «опытном» и контрольном участках реки, %
протяженность р. Лена (4 400 км), сравнивалось состояние биоценоза водоема на разных участках. Было проведено сравнение исследуемых показателей в районе г. Якутск («опытный» район), характеризующегося выраженной антропогенной нагрузкой, с р. Лена (без г. Якутск) на всей ее протяженности (контрольный район).
Проведенные исследования показали, что у микроорганизмов, выделенных в районе Якутска, по сравнению со штаммами контрольного участка, значимо чаще отмечалась продукция ДНК-азы: 25,0 ± 2,9 % и 3,7 ± 1,4 % соответственно (р < 0,01), щелочной фосфатазы: 41,7 ± 3,3 % и 29,5 ± 3,5 % соответственно (р < 0,05) и адгезивная активность: 22,2 ± 2,8 % и 11,1 ±2 ,4 % соответственно (р < 0,01). Также следует отметить, что практически все штаммы, обладающие гемолитической активностью, были выявлены на «опытном» участке (р < 0,05). Изучение вариабельности частоты встречаемости антили-зоцимной активности бактерий аллохтонного происхождения показало, что у энтеробактерий микробиоценоза р. Лена в районе г. Якутск, по сравнению с контрольным районом, чаще выявлялись штаммы, обладающие персистентными свойствами (52,8 ± 3,1 % и 18,5 ± 3,0 % соответственно). Данные различия также носили статистически значимый характер (р < 0,01). В то же время при изучении распространенности про-теолитической активности у микроорганизмов двух сравниваемых участков было установлено, что на «опытном» участке количество штаммов с наличием данного свойства было ниже, чем на контрольном: 8,3 ± 1,8 % и 14,8 ± 2,7 % соответственно (р < 0,05) (рис. 1).
По критерию Вилкоксона (сравнение двух связанных выборок) направленность изменений фенотипических признаков бактерий на «опытном» и контрольном участках носила статистически значимый характер (Т = 1 при п = 6; р < 0,05).
Изучение функционального состояния биоценоза р. Лена в рамках системы «лизоцим— антилизоцим» показало, что соотношение штам-
мов, продуцирующих лизоцим и обладающих ан-тилизоцимной активностью, в целом по р. Лена (без учета г. Якутск) свидетельствует о нормальном экологическом состоянии биоценоза. Так, из 234 представителей микрофлоры аутохтон-ного происхождения продукция лизоцима была выявлена у 201 штамма. Антилизоцимной активностью данные микроорганизмы не обладали. Среди бактерий семейства ЕМегоЬа^епасеае ли-зоцимактивными оказались только пять штаммов, а персистентный потенциал выявлен, как указано выше, у 18,5 ± 3,0 % штаммов. Таким образом, соотношение лизоцим- и антилизоцим-активных штаммов составило 6,87.
В районе г. Якутск данное соотношение уменьшилось, что, согласно данным литературы, свидетельствует о перестройке микробиоценоза в связи с повышением доли антилизоци-мактивных штаммов. Так, из 268 представителей аутохтонной микрофлоры, выделенных на данном участке реки, лизоцимактивными были 197 штаммов. Из 216 энтеробактерий антилизоци-мактивными оказались 114. Показатель «Л», характеризующий состояние системы «лизоцим-антилизоцим», составил 1,73.
Проведенные исследования показали, что количество лизоцимактивных представителей аутохтонной микрофлоры биоценоза р. Лена составило 85,9 ± 2,2 %, антилизоцимактив-ных условно патогенных микроорганизмов — 18,5 ± 3,0 %. В районе г. Якутск («опытный» район) количество штаммов с ЛА уменьшилось до 73,5 ± 2,6 % (р < 0,01), а доля микроорганизмов с АЛА возросла до 52,8 ± 3,3 % (р < 0,01) (рис. 2).
Как видно из представленных на рисунке данных, внутри бактериального сообщества микробиоценоза р. Лена (среди микроорганизмов аутохтонного происхожения и представителей семейства ЕМегоЬа^епасеае) на разных участках реки отмечены существенные отличия в содержании лизоцимактивных и антилизоцим-активных штаммов.
20
ЗНиСО Февраль №2 (22/)
100 90 -80 -70 -60 -50 40 -30 -20 10 0
□ ЛА
2
□ АЛА
□ отсутствие ЛА и АЛА
Рис. 2. Частота встречаемости лизоцимной и антилизоцимной активности среди микроорганизмов аутохтонного происхождения и бактерий семейства Enterobacteriaceae, % (1, 2 — микроорганизмы аутохтонного происхождения; 3, 4 — Enterobacteriaceae; 1, 3 — «опытный» район; 2, 4 — контрольный район)
Таким образом, проведенные исследования показали, что в районах антропогенного воздействия на водные объекты происходят существенные качественные изменения микробиоценозов водных экосистем: наблюдается их перестройка, повышается доля биологически активных штаммов, что определяет целесообразность использования дополнительных методов, позволяющих оценить не только санитарное, но также и экологическое состояние водных экосистем. В связи с этим, при биотестировании водных объектов возрастает значение изучения содержания различных групп микроорганизмов, биопрофилей условно патогенных представителей водных биоценозов, в т. ч. их персистентного потенциала. Антилизоцимная активность присуща в основном аллохтонной микрофлоре, в связи с чем, при антропогенном загрязнении доля антилизоцимактивных штаммов возрастает. Выявленные изменения параметров системы «лизоцим-антилизоцим» бактериального компонента биоценоза свидетельствуют, что данный показатель является информативным критерием оценки состояния водных экосистем.
Работа выполнена на базе лаборатории эпидемиологии антропонозных инфекций Учреждения Российской Академии медицинских наук «Научный центр проблем здоровья семьи и репродукции человека» СО РАМН, г. Иркутск.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бухарин О.В., Усвяцов Б.Я., Малышкин А.П., Немцева Н.В. Метод определения антилизоцимной активности микроорганизмов. ЖМЭИ. 1984. № 2. С. 27—29.
2. Плотников А.О., Шабанов С.В., Мисетов И.А., Немцева Н.В. Видовое разнообразие планктонных сообществ и их значение для экологии водоема / Биосфера и человечество: Материалы конф. памяти Н.В. Тимофеева-Ресовского. 24—28 апреля 2000 г. Екатеринбург: Изд-во «Екатеринбург», 2000. С. 201—211.
3. Савилов Е.Д., Долженко Ю.А., Протодьяконов А.П. и др. Эколого-эпидемиологическая оценка качества вод реки Лены. Новосибирск: Наука, 2006. 136 с.
4. Частная медицинская микробиология с техникой микробиологических исследований: Учебное пособие / Под. ред. А.С. Лабинской, Л.П. Блинко-вой, А.С. Ещиной. М.: ОАО «Издательство «Медицина», 2005. 600 с.
5. Шорникова Е.А. Диагностика состояния экосистем водотоков по гидрохимическим и микробиологическим показателям: Автореф. дисс...канд. биол. наук. Петрозаводск, 2007. 23 с.
Контактная информация:
Анганова Елена Витальевна, тел.: 8 (3952) 33-34-25, e-mail: [email protected]
Contact information:
Anganova Elena Vital'evna, phone.: 8 (3952) 33-34-25, e-mail: [email protected]
