CC BY
109
БИОЛОГИЯ
УДК 579
ПОИСК НОВЫХ РЕЗЕРВУАРОВ ДЛЯ ПЕРСИСТЕНЦИИ И УЧАСТНИКОВ ЦИРКУЛЯЦИИ ЭНТЕРОБАКТЕРИЙ В ЕСТЕСТВЕННЫХ ЭКОСИСТЕМАХ
© 2007 г. А.И. Речкин, Н.И. Евтеева
Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского
Nadya-micro@yandex.ru
Поотупиок воодккцию 23.11.2007
В силу высокой этиологической значимости энтеробактерий поиск мест их резервации и возможных участников циркуляции в природе представляется особенно актуальным. В данной работе представлены результаты поиска новых резервуаров энтеробактерий в природе: среди общественных насекомых (пчелы, муравьи) и субстратов, с которыми они активно контактируют, а также среди дождевых червей, аккумулирующих почвенную микрофлору. Показана возможность данных объектов быть резервуарами для персистенции и участниками циркуляции энтеробактерий в естественных экосистемах.
Введение
Инфекции, вызываемые представителями семейства Е^егоЬа^ейасеае, занимают в группе условно-патогенных возбудителей одно из главенствующих мест. Причем, наряду с хорошо известными патогенными энтеробактериями (сальмонеллы, шигеллы, энтеропатогенные кишечные палочки и др.), все чаще в инфекционной патологии человека встречаются заболевания, обусловленные такими представителями семейства, как клебсиеллы, серрации, протеи, бактерии родов НаСма, СйгоЬа^ег, Providencia и др. [1].
Этиологическая значимость энтеробактерий обусловливает более тщательное изучение биологии данной группы возбудителей, и прежде всего путей циркуляции во внешней среде, условий формирования и длительности существования их резервуаров [2].
Сложившиеся сегодня представления о новой группе инфекционных заболеваний - са-пронозах - включают в свой круг и инфекционные процессы, обусловленные разными представителями семейства кишечных.
Характерной чертой типичных возбудителей сапронозов, по мнению В.Ю. Литвина, является возможность их накопления во внешней среде, поскольку темпы размножения бактерий и сохранения жизнеспособности превалируют над темпами отмирания клеток [3]. В связи с этим внешняя среда обоснованно может быть при-
знана благоприятной средой обитания этой группы микроорганизмов.
Закономерное обитание возбудителей са-пронозов в почве и воде, разнообразные симбиотические связи с почвенными и водными организмами наряду с циркуляцией среди наземных животных делают их равными сочленами естественных экосистем. Некоторые авторы, дифференцируя группу возбудителей сапроно-зов, отмечают ее гетерогенность относительно соотношения внеорганизменной и организмен-ной частей популяции микроба [4].
В настоящее время постоянно пополняются сведения о независимом от человека и даже теплокровных животных существовании в природе ряда патогенных бактерий - легионелл, иер-синий, лептоспир, холерных вибрионов, сибиреязвенного микроба, листерий, а также грибов
- возбудителей висцеральных микозов [1]. В то же время другая группа - условно-патогенных бактерий - в этом отношении изучена крайне слабо: имеются лишь разрозненные, хотя и многочисленные факты изоляции культур из внешней среды.
Вопрос о потенциальных резервуарах энтеробактерий в природе интересовал ученых уже несколько десятков лет и к настоящему моменту установлена возможность их существования в почве, воде, растительном материале, на поверхности и в тканях овощей и фруктов и т.д. [5-7].
Почва, по мнению авторов современной концепции, - первичный резервуар для всех возбудителей сапронозов. Почва является главным резервуаром и естественной средой обитания микроорганизмов, в том числе и для представителей семейства Enterobacteriaceae [2].
Беспозвоночные животные активно участвуют в формировании почвенного слоя и его микрофлоры. Один из наиболее ярких примеров воздействия животных на сообщество почвенных микроорганизмов - образование ходов дождевыми червями (Lumbricus terrestris L.) или так называемой дрилосферы. В дрилосфере сосредоточено своеобразное микробное сообщество. На глубине 6-15 см в стенках нор червей количество бактериальных клеток в 3.5-10 раз выше, чем в окружающей почве [8]. Ходы дождевых червей представляют собой специфическое и стабильное место обитания почвенной биоты. Они играют важную роль в регулировании микробных процессов в почвах.
Показано, что при прохождении через кишечник червя сильно меняется сообщество микроорганизмов [9]. В результате пассажа происходит не только перемещение органического вещества в профиле, но и смена доминан-тов в микробном комплексе. Таким образом, дождевые черви не только влияют на структуру почвы, но и могут определять состав микроорганизмов в почве. Вопрос о том, могут ли дождевые черви быть резервуаром энтеробактерий в почве и обеспечивать их циркуляцию, остаётся открытым. В связи с этим одним из объектов нашего исследования явилось содержимое кишечника дождевых червей.
По мнению В.Ю. Литвина, «почва и растения - единый резервуар, где растения служат звеном, выносящим возбудителя из почвы». Ряд исследователей показали важность резер-вуарной роли растений и растительного материала [5]. Ю.А. Маркова и А.С. Романенко предполагают, что энтеробактерии могут проникать в растительные ткани из почвы или из атмосферы [10]. Они выделяли из тканей древесных и травянистых растений энтеробактерии таких представителей семейства кишечных, как Enterobacter aerogenes, Serratia marcescens, Providencia stuartii. В тканях подорожника Ю.А. Марковой обнаружены энтеробактерии рода Salmonella.
Актуальными являются работы по изучению лесных биоценозов. Американские исследователи изолировали энтеробактерии из коры, хвои и древесины голосеменных пород деревьев - в частности, широко выделяли бактерии р. Klebsiella и р. Enterobacter [11].
Одним из возможных резервуаров, на наш взгляд, могут служить субстраты муравейников, в состав массы которых входит растительный материал хвойных и лиственных пород, почва, останки животных и насекомых и другие субстраты. До сих пор исследования, посвященные микрофлоре муравейников, касались лишь ми-ко- и альгофлоры [12, 13]. Условия, формирующиеся в муравейниках, позволяют предположить существование энтерофлоры. Поиск энтеробактерий в компонентах муравейников осуществляется нами впервые.
Другие общественные насекомые - пчелы наиболее приближены к человеку в силу своей полезной жизнедеятельности. Еще Штейнхауз, исследуя микрофлору насекомых, упоминает о бактериях р. Klebsiella, р. Enterobacter и Escherichia, обнаруживающихся у пчел [14].
По последним данным, в состав микрофлоры пчел могут входить как минимум 10 родов энтеробактерий [15]. Таким образом, пчелы рассматриваются нами как резервуар энтеробактерий и связующее звено между человеком и природными экосистемами.
Медоносные растения изучены нами в качестве резервуара энтеробактерий и возможных поставщиков их пчелам.
Таким образом, в ходе нашего исследования проводился поиск новых резервуаров и возможных участников циркуляции энтеробактерий во внешней среде по цепочке почва - растения - насекомые - окружение человека.
Объекты и методы исследования
Для поиска энтеробактерий были выбраны пчела медоносная (Apis mellifera) - 74 пробы, субстрат компонентов муравейников (Formica (s.str.) aquilonia Yarr., Formica (s.str.) pratensis Retz.) - 57 проб, а в качестве аккумулятора почвенных микроорганизмов исследовали содержимое кишечника дождевого червя (Lumbricus terrestris L.) - 105 проб. Кроме того, мы исследовали кипрей узколистный (Chamaenerium angustifolium (L) Scop.) - 9 проб, липу сердцевидную (Tilia cordata. Mill.)
- 50 проб, клевер луговой (Trifolium pretense L.) - 45 проб, одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale Wigg.) - 23 пробы, малину обыкновенную (Rubus idaeus L.) - 35 проб -типичные для нашей области медоносы. Исследовалась поверхностная и внутритканевая микрофлора стеблей и листьев, общая микрофлора цветов в период посещения их насекомыми. Исследования были направлены на выделение бактерий сем. Enterobacteriaceae.
Подготовка проб: пчел растирали в ступке со стерильным физраствором; растворяли субстрат из муравейника в количестве 1 г на 100 мл стерильного физраствора; в лабораторных условиях червей промывали водой, затем помещали их в спирт для фиксации и извлекали содержимое кишечника в физраствор, из которого в последующем готовили суспензию.
Пробы листьев помещали в стерильные пробирки с физраствором, в лаборатории готовился смыв адгезированной на поверхности микрофлоры. Для получения внутритканевой микрофлоры пробы стеблей и листья помещали в 96% спирт и 3% перекись водорода, а затем отмывали в физрастворе, измельчали в стерильных условиях для получения исследуемой суспензии. Цветы гомогенизировали с физраствором.
Все полученные суспензии рассевали на дифференциально-диагностические среды Эндо и Плоскирева. Пробы инкубировали при 37?C. У типичных для энтеробактерий колоний исследовали морфологические признаки с помощью окраски по Граму. Грамотрицательные, оксидазаотрицательные и каталазаположитель-ные культуры относили к семейству Enterobac-teriaceae. Дальнейшую идентификацию проводили с помощью ПБДЭ, СИБ.
Результаты и их обсуждение
В результате исследований обнаружены представители энтеробактерий практически во всех исследуемых субстратах. Изолированные культуры идентифицировали как бактерии родов Serratia, Hafnia, Klebsiella, Enterobacter, Citrobacter, Proteus, Morganella, Providencia, Escherichia, Erwinia.
Доминирующими видами энтеробактерий в содержимом кишечника дождевых червей были Klebsiella spp. (37%) и Citrobacter spp. (40%). Обнаружение клебсиелл и цитробактеров в субстрате кишечника может объясняться обогащением почвенных частиц органическим веществом, повышением процессов денитрификации и аммонификации. Ряд авторов изолировали бактерии этих родов при анализе ризосферы некоторых растений, зоны с повышенным содержанием органических кислот и гуминовых веществ [7, 16]. При анализе дождевых червей нами изолированы Hafnia spp., Enterobacter spp., Providencia spp., Proteus spp., Serratia spp., Erwinia spp., Escherichia spp.
Интересно отметить, что пейзаж субстратов муравейников оказался во многом сходным с энтерофлорой содержимого кишечника дождевых червей. Так, и там, и здесь обнаруживались
K^siella spp., CitroЪacter spp., EnteroЪacter spp., Providencia spp., Serratia spp., Erwinia spp., Escherichia spp.
Исследование энтерофлоры субстратов муравейников показало их массивную обсеменен-ность бактериями р. EnteroЪacter (44%), этот же род доминирует в составе поверхностной микрофлоры соседствующих с муравейником растений (67%), зачастую несущих на своей поверхности тлей. Другой группой энтеробактерий, наиболее часто обнаруживаемых в субстрате муравейников, являются бактерии КЬЪ-siella spp. (l8.5%).
Обнаружение K^siella pneumoniae л En-teroЪacter cloacae в компонентах муравейников, на наш взгляд, не случайно. В муравейниках идут важные в биогеоценотическом плане процессы, в том числе и процесс азотфикса-ции, в котором эти микроорганизмы принимают непосредственное участие [18]. Именно благодаря способности фиксировать атмосферный азот клебсиеллы получили широкое распространение в природе; и такие богатые в углеводном плане места обитания, как ткани растений, муравейники, являются для них вполне подходящими. Кроме того, известна изоляция клебсиелл и энтеробактеров из хвои, коры и тканей голосеменных растений [1l], которые составляют основную массу субстратов исследуемых нами муравейников. Кроме вышеназванных бактерий нами обнаруживались представители еще пяти родов (табл.). Муравейники, по нашему мнению, можно рассматривать как резервуары для персистенции энтеробактерий в природе и уделять особое внимание их исследованию.
Пейзаж энтерофлоры пчел оказался наиболее разнообразным и включал представителей 1O родов семейства Enterobacteriaceae. Мы объясняем это способностью пчел в процессе медосбора посещать большие территории, контактируя с различными медоносными растениями, микрофлора которых весьма разнообразна, что подтверждают и наши исследования. Чаще других от пчел изолировали эрвиний (3O%) (табл.). Эти же бактерии превалируют в энтерофлоре цветов медоносных растений: одуванчик (78%), малина (57%), липа (42%). Показано, что общими для энтерофлоры цветов и пчел являются бактерии родов Hafnia spp., K^siella spp., CitroЪacter spp., EnteroЪacter spp., Erwinia spp.. Серрации обнаружены у малины и липы, а протей, эшерихии и провиденции - у малины.
Частота изоляции и разнообразие энтеробактерий выше на цветах, чем на вегетативной части медоносных растений (табл.).
Таблица
Частота встречаемости энтеробактерий в исследуемых объектах (в % от числа проб)
Объект исследования Количество проб p s ai Klebsiella spp. .p p s et tc a b borti Q Enterobacter spp. Providencia spp. Proteus spp. .p p s -2 le n Serratia spp. Erwinia spp. .p p s .« ci ir e c s E
Муравейник 57 - 18.5 2 44 2 - - 2 1З 11
Растения вблизи муравейников 24 - 8 - б7 - - - 4 29 -
Пчелы 74 8 22 14 19 8 15 1 14 30 2
Дождевые черви 1Q5 8 З7 4Q 19 1 2 - 7 1б 9
Одуванчик 2З 17 22 З9 17 - - - - 78 -
Цветы Малина З5 З 14 б З 9 З - 17 57 б
Липа 5Q 4 12 1Q 8 - - - 12 42 -
Вегетативная часть Липа 18 5.5 - 5.5 11 - - - - 22 11
Кипрей 1б б - б б - - - - 12 19
Клевер 45 - - 2 - - - - - б7 -
Таким образом, в ходе исследования показано, что дождевые черви, субстраты муравейников, пчелы и медоносные растения могу служить резервуаром энтеробактерий во внешней среде и выступать в качестве звеньев в цепи циркуляции этих бактерий в естественных экосистемах.
Список литературы
1. Покровский В.И., Малеев В.В. Актуальные проблемы инфекционной патологии // Эпидемиология и инфекционные болезни. 1999. № 2. С. 17-20.
2. Супотницкий М.В. Микроорганизмы, токсины и эпидемии. М., 2000. 275 с.
3. Литвин В.Ю. Потенциальная патогенность и случайный паразитизм микроорганизмов // Сб. науч. тр. «Потенциально патогенные бактерии в природе». М., 1991. С. 9-30.
4. Бухарин О.В., Литвин В.Ю. Патогенные бактерии в природных экосистемах. Екатеринбург, 1997. 128 с.
5. Литвин В.Ю., Емельяненко Е.Н., Пушкаре-ва В.И. Патогенные бактерии общие для человека и растений: проблема и факты // Микробиология. 1996. № 2. С. 101-104.
6. Шустрова Н.М., Дубровский Ю.А. Природные резервуары условно-патогенных бактерий // Сб. науч. тр. НИИЭМ им. Н.Ф. Гамалеи «Потенциальнопатогенные бактерии в природе». М., 1991. С. 30-42.
7. Chelius M.K. Immunolocalization of dinitro-genase reductase produced by Klebsiella pneumoniae in association with Zea mays L. // Applied and environmental Microbiology. Feb. 2000. Р. 783-787.
8. Тиунов А.В., Добровольская Т.Г., Полянская Л.М. Микробные комплексы в стенках жилых и покинутых нор дождевых червей Lumbricus terrestris L. в дерново-подзолистой почве // Почвоведение. 2001. № 5. С. 594-599.
9. Tiunov A.V., Scheu S. Microfungal communities in soil, litter and casts of Lumbricus terrestris L. (Lum-bricidae): a laboratory experiment // Appl. Soil. Ecol. 2000. V.14. Р. 17-26.
10. Маркова Ю.А., Романенко А.С., Духанина А.В. Выделение бактерий семейства Enterobacteri-aceae из растительных тканей // Микробиология. 2005. Т. 74, № 5. С. 663-666.
11. Duncan D.W. Klebsiella biotypes among coli-forms isolated from forest environments and farm produce // Applied and environmental Microbiology. Dec. 1972. Р. 933-938.
12. Голиченков М. В., Нейматов А. Л. Сезонная динамика микробиологической активности серых лесных почв под муравейниками Lasius niger // Матер. XII Всеросс. мирмекол. симп. «Муравьи и защита леса». Новосибирск, 2005. С. 218-220.
13. Коганова Г.А., Рахлеева А.А. Ценотические отношения в муравейниках: разнообразие и распределение раковинных амеб (Protista, Testacea) // Матер. XII Всеросс. мирмекол. симп. «Муравьи и защита леса». Новосибирск, 2005. С. 106-110.
14. Штейнхауз Э. Микробиология насекомых. М.: Иностранная литература, 1950. 767 с.
15. Евтеева Н.И., Речкин А.И. Экологические аспекты существования энтеробактерий // Сборник материалов всеросс. научн. конференции «Современные проблемы медицинской микробиологии». СПб., 2007. С. 75-76.
16. Knittel M.D. Colonization of botanical environment by Klebsiella isolates of pathogenic origin // Applied and environmental Microbiology. Nov. 1977. Р. 557-563.
17. Mercier J. Role of surface sugars in colonization of plants by bacterial epiphites // Applied and environmental Microbiology. Jan. 2000. Р. 369-374.
18. Домарадский И.В. Некоторые проблемы адаптации патогенных бактерий к окружающей среде // Микробиология. 1997. № 4. С. 29-34.
THE SEARCHING OF THE NEW PLACES OF RESERVATION AND THE PARTICIPANTS OF CIRCULATION ENTEROBACTERIAE IN NATURAL SISTEMS
A.I. Rechkin, N.I. Evteeva
The searching of reservation places and participants of enterobacteriae circulation is very actual problem because enterobacteriae can induct human deceases. In this article we present the results of searching of new reservation places of enterobacteriae in natural systems: community insects (bees, ants) and substracts they contacts actively; Lumbricus terrestris, which accumulats microflora of soil. We present opportunity of this subjects to be places of reservation and circulation of enterobacteriae in natural systems.
