Научная статья на тему 'Способность водных изолятов к формированию биопленочных сообществ в различных условиях культивирования'

Способность водных изолятов к формированию биопленочных сообществ в различных условиях культивирования Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
81
27
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МИКРООРГАНИЗМЫ / ВОДНЫЕ ИЗОЛЯТЫ / АДАПТАЦИОННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ / ФОРМИРОВАНИЕ БАКТЕРИАЛЬНЫХ БИОПЛЕНОК / УСЛОВИЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ / МЯСО-ПЕПТОННЫЙ БУЛЬОН / ТЕМПЕРАТУРА / MICROORGANISMS / AQUATIC ISOLATES / FORMATION OF BACTERIAL BIOFILMS / CONDITIONS OF CULTIVATION / MEAT-PEPTONE BROTH / TEMPERATURE / ADAPTATION

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Ушкарева Ольга Антоновна, Анганова Елена Витальевна, Духанина Алла Владимировна, Верхозина Елена Владимировна

В статье приведены результаты изучения способности водных штаммов к формированию биопленок. Биопленкообразование определяли по способности к адсорбции кристалвиолета этанолом в единицах оптической плотности. Различали пленкообразование трех степеней: хорошая степень, умеренная и фоновая. Протестирован 31 изолят (Escherichia coli, Enterobacter spp., Pantoea agglomerans, Acinetobacter spp.), проведено 186 исследований. Установлено, что у штаммов, изолированных из воды, формирование биопленок при культивировании на мясопептонном бульоне более активно (р<0,01) идет при 24оС, чем при 37оС (67,7% и 6,5% соответственно). Водные изоляты в 58,1% случаев характеризовались пленкообразованием умеренной степени. Пленкообразование хорошей степени при культивировании на мясо-пептонном бульоне было выявлено у десятой части микроорганизмов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Ушкарева Ольга Антоновна, Анганова Елена Витальевна, Духанина Алла Владимировна, Верхозина Елена Владимировна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The ability of aquatic isolates to formation of biofilm in various conditions of cultivation

The results of the study of the ability of aquatic isolates to formation of biofilm are presented in article. The ability to adsorb crystalviolet by ethanol in units of optical density was defined. The filmforming of three degrees (a good degree, moderate and background) was revealed. 31 isolates were studied ( E.coli, Enterobacter spp., Pantoea agglomerans, Acinetobacter spp. ), 186 investigations were conducted. The aquatic isolates forming of biofilms in cultivation on meatpeptone broth is more active (р<0.01) at 24оC than at 37оC (67,7% and 6,5%). Water isolates were characterized by a moderate degree of biofilm forming in 58,1% cases. Flmforming of good degree when cultured on meat-peptone broth was revealed in tenth part of microorganisms.

Текст научной работы на тему «Способность водных изолятов к формированию биопленочных сообществ в различных условиях культивирования»

ОБРАЗ ЖИЗНИ. ЭКОЛОГИЯ

© УШКАРЕВА О.А., АНГАНОВА Е.В., ДУХАНИНА А.В., ВЕРХОЗИНА Е.В. - 2014 УДК 579.22.017.3

СПОСОБНОСТЬ ВОДНЫХ ИЗОЛЯТОВ К ФОРМИРОВАНИЮ БИОПЛЕНОЧНЫХ СООБЩЕСТВ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ

Ольга Антоновна Ушкарева1, Елена Витальевна Анганова2,3, Алла Владимировна Духанина3, Елена Владимировна Верхозина4 ('Центр гигиены и эпидемиологии в Республике Саха (Якутия), гл. врач - О.А. Ушкарева, бактериологическая лаборатория, зав. - Л.И. Голомарева; 2Иркутская государственная медицинская академия последипломного образования, ректор - д.м.н., проф. В.В. Шпрах, кафедра эпидемиологии и микробиологии, зав. - д.м.н., проф. Е.Д. Савилов; 3Научный центр проблем здоровья семьи и репродукции человека СО РАМН, директор - д.м.н., член-корр. РАН, проф. Л.И. Колесникова, лаборатория эпидемиологически и социально-значимых инфекций, зав. - к.б.н. О.Б. Огарков; 4Институт земной коры СО РАН, директор - д.г-м.н., проф. Д.П. Гладкочуб,

лаборатория кайнозоя, зав. - д.г-м.н. К.Г. Леви)

Резюме. В статье приведены результаты изучения способности водных штаммов к формированию биопленок. Биопленкообразование определяли по способности к адсорбции кристалвиолета этанолом в единицах оптической плотности. Различали пленкообразование трех степеней: хорошая степень, умеренная и фоновая. Протестирован 31 изолят (Escherichia coli, Enterobacter spp., Pantoea agglomerans, Acinetobacter spp.), проведено 186 исследований. Установлено, что у штаммов, изолированных из воды, формирование биопленок при культивировании на мясо-пептонном бульоне более активно (р<0,01) идет при 24оС, чем при 37оС (67,7% и 6,5% соответственно). Водные изо-ляты в 58,1% случаев характеризовались пленкообразованием умеренной степени. Пленкообразование хорошей степени при культивировании на мясо-пептонном бульоне было выявлено у десятой части микроорганизмов.

Ключевые слова: микроорганизмы, водные изоляты, адаптационные возможности, формирование бактериальных биопленок, условия культивирования, мясо-пептонный бульон, температура.

THE ABILITY OF AQUATIC ISOLATES TO FORMATION OF BIOFILM IN VARIOUS CONDITIONS OF CULTIVATION

O.A. Ushkareva1, E.V. Anganova2,3, A.V. Dukhanina3, E.V. Verkhozina4

('Center of Hygiene and Epidemiology in the Republic of Sakha (Yakutia), Yakutsk; 2Irkutsk State Medical Academy of Continuing Education; 3Scientific Centre of the Problems of Family Health and Human Reproduction Siberian Branch Russian Academy of Medical Sciences; 4Institute of the Earth's Crust Siberian Branch Russian Academy of Sciences, Russia)

Summary. The results of the study of the ability of aquatic isolates to formation of biofilm are presented in article. The ability to adsorb crystalviolet by ethanol in units of optical density was defined. The filmforming of three degrees (a good degree, moderate and background) was revealed. 31 isolates were studied (E.coli, Enterobacter spp., Pantoea agglomerans, Acinetobacter spp.), 186 investigations were conducted. The aquatic isolates forming of biofilms in cultivation on meat-peptone broth is more active (р<0.01) at 24°C than at 37°C (67,7% and 6,5%). Water isolates were characterized by a moderate degree of biofilm forming in 58,1% cases. Flmforming of good degree when cultured on meat-peptone broth was revealed in tenth part of microorganisms.

Key words: microorganisms, aquatic isolates, adaptation, formation of bacterial biofilms, conditions of cultivation, meat-peptone broth, temperature.

Одним из механизмов формирования фенотипической устойчивости микроорганизмов к факторам внешней среды является их способность к образованию биопленок. Такое сообщество микроорганизмов обеспечивает их физиологическую и функциональную стабильность и является основой конкурентного выживания в экологической нише [4,5,6]. В связи с этим, роли биопленок в окружающей среде в последнее время уделяется особое внимание [1,4].

Цель: изучение способности к формированию биопленочных сообществ водных штаммов микроорганизмов при их культивировании на мясо-пептонном бульоне.

Материалы и методы

Исследовали водные штаммы, представленные бактериями семейства Е^егоЬайеиасеае и неферментирующими грамотрицательным бактериями (АстеМа^ег 5рр.). Указанные штаммы были изолированы из вод реки Лены. Их идентификацию проводили в соответствии с общепринятыми методиками [3], определение способности к формирования биопленок - по методу G.A. О'Тоо1е и соавт. [7]. Степень пленкообразования измеряли в единицах оптической плотности (ОП). При определении пленкообразования микроорганизмы культивировали на мясо-пептонном бу-

100 so 60 40 20 о

льоне (МПБ) при двух температурах (24оС и 37оС). Всего протестирован 31 изолят (в т.ч. E.coli, Enterobacter spp., Pantoea agglomerans, Acinetobacter spp.), проведено 186 исследований.

Значимость различий между показателями оценивали с помощью непараметрического критерия х2 [2]. Различия считали статистически значимыми при p < 0,05.

Результаты и обсуждение

Свойство биопленкообразования было выявлено у 67,7%

87,5

I

66,7

66,7

67,7

ЯШ» ILL

E.coli

Enterobacter spp. P. agglomerans Acinetobacter spp.

Итого

■ 24С 37С температ>ра культивирования

Рис. 1. Способность водных изолятов к биопленкообразованию при культивировании в различных температурных условиях на МПБ (удельный вес в %).

протестированных водных изолятов. При этом все микроорганизмы значимо чаще (х2=24,9; р<0,01) формировали биопленку при температуре 24оС (67,7%) по сравнению с 37оС (6,5%) (рис. 1).

При культивировании при температуре 24оС наиболее часто способность к пленкообразованию отмечалась у E. coli. По степени пленкообразования при температуре 24оС самый высокий уровень адсорбции кристалвиолета этанолом в единицах оптической плотности отмечен у Acinetobacter spp. (изолят №6) - 0,133 ед. ОП, P. agglomerans (№ 297) - 0,109 ед. ОП и E. coli (№ 45) - 0,103 ед. ОП.

Исследование биопленкообразование у водных штаммов бактерий при 37оС показало, что при более высокой температуре способность штаммов энтеробактерий образовывать биопленки снижалась. При указанной температуре только две культуры обладали изучаемым свойством: E.aerogenes №29 (0,036 ед. ОП) и Acinetobacter spp. №3 (0,032 ед. ОП). У всех других протестированных при температуре 37оС уровень адсорбции кристалвиолета этанолом в единицах оптической плотности соответствовал фону. Сравнение степени пленкообразования у E.aerogenes и Acinetobacter spp. при культивировании в разных температурных условиях показало, что при более низкой температуре (24оС) уровень адсорбции кристалвиолета этанолом был выше, чем при более высокой температуре (37оС).

На основании различий в оптической плотности протестированные штаммы были условно разделены на три группы: I группа - хорошая степень пленкообразования, в которую входили штаммы, размер биопленки у которых был наибольшим (ОП>0,100 ед.); II группа - умеренная способность образовывать биопленки (ОП<0,100 ед.); III группа -фоновая степень, в эту группу вошли штаммы, не способные образовывать биопленки (ОП=0,00).

Установлено, что для микроорганизмов при культивировании на МПБ преимущественно была характерна умеренная степень пленкообразования (ОП<0,100). Так, при культивировании водных изолятов на мясо-пептонном бульоне при температуре 24оС умеренной степенью пленкообразова-ния обладала более половины протестированных штаммов

- 58,1%. У каждого десятого штамма при указанной температуре была выявлена хорошая степень (ОП>0,100 ед.) пленко-образования. У третьей части протестированных изолятов способность к биопленкообразованию не выявлена (рис. 2).

Преобладание пленкообразования умеренной степени

ЛИТЕРАТУРА

1. Анганова Е.В. Условно-патогенные энтеробактерии: доминирующие популяции, биологические свойства, медико-экологическая значимость: Автореф. дисс. ... д-ра биол. наук.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

- Иркутск, 2012. - 46 с.

2. Гланц С. Медико-биологическая статистика. - Пер. с англ. - М.: Практика, 1999. - 459 с.

3. Определитель бактерий Берджи / Под. ред. Дж. Хоулта,

H. Крига, П. Снита, Дж. Стейли, С. Уилльямса. - В 2-х т.: Т.

I. - Пер. с англ. - М.: Мир, 1997. - 432 с.

4. Романова Ю.М., Гинцбург А.Л. Бактериальные биопленки как естественная форма существования бактерий в окружающей среде и организме хозяина // Журнал эпидемиологии, микробиологии и иммунобиологии. - 2011. - №3.

- С.99-109.

5. Chambless J.D., Hunt S.M., Philip S.S. A three-dimensional computer model of four hypothetical mechanisms protecting biofilms from antimicrobials // Appl. and Environmental Microbiology. - 2006. - Vol. 72. - P.2005-2013.

6. Costerton J.W., Stewart P.S., Greenberg E.P. Bacterial biofilms: a common cause of persistent infections // Science. -1999. - Vol. 284. - P.1318-1322.

7. O'Took G.A., Kaplan H.B., Kolter R. Biofilm formation as microbial development // Ann. Rev. Microbiol. - 2000. - Vol. 54.

- P.49-79.

9,7

58,1

El хорошая (1) И умеренная (2) В фоновая (3)

Рис. 2. Характеристика степени пленкообразования водных изолятов при культивировании на МПБ при 24оС (удельный вес в %).

было выявлено у исследованных водных изолятов всех таксономических групп. Сравнение степени пленкообразования у водных бактерий разных видов показало, что E. coli в 75,0% случаев обладали умеренной степенью пленкообразования. У микроорганизмов других видов количество штаммов с умеренной степенью пленкообразования составило около 50%. Хорошее биопленкообразование было выявлено у энте-робактерий двух видов: E. coli и P.agglomerans (12,5% и 16,7% соответственно) и представителей неферментирующих гра-мотрицательных бактерий Acinetobacter spp. (11,1%).

Как было отмечено выше, при культивировании водных изолятов на мясо-пептонном бульоне при температуре 37оС только у некоторых культур (E. aerogenes и Acinetobacter spp.) было выявлено изучаемое свойство (6,5%); данные штаммы обладали умеренной степенью пленкообразования (ОП<0,100). У большей части водных микроорганизмов при повышении температуры до 37оС свойство биопленкобразо-вания отсутствовало (ОП=0,00).

Таким образом, проведенные исследования показали, что у штаммов, изолированных из воды, формирование биопленок при культивировании на мясо-пептонном бульоне более активно (р<0,01) идет при 24оС по сравнению с 37оС. При указанных температурах данной свойство выявлено у 67,7% и 6,5% штаммов соответственно. Для водных изолятов в 58,1% случаев было характерно пленкообразование умеренной степени.

REFERENCES

1. Anganova E. V. Opportunistic Enterobacteriaceae: dominant populations, biological properties, medical and ecological significance: Authorref. diss. ... doct. biol. Sciences. - Irkutsk, 2012. - 46 p. (in Russian)

2. Glantz S. Biomedical Statistics. - New York: McGRAW-HILL, 1999. - 459 p.

3. Bergey's Manual of Determinative bacteriology / J.Holt, N. Krieg, P. Sneath, J. Staley, S. Williams. - In 2 v. Vol. 1. -Williams&Wilkins, 1997. - 432 р.

4. Romanova Y.M., Gunzburg A.L. Bacterial biofilms as a natural form of existence of bacteria in the environment and the host organism // Zurnal of Microbiologii, Epidemiologii and Immunobiologii. - 2011. - №3. - Р.99-109 (in Russian)

5. Chambless J.D., Hunt S.M., Philip S.S. A three-dimensional computer model of four hypothetical mechanisms protecting biofilms from antimicrobials // Appl. and Environmental Microbiology. - 2006. - Vol. 72. - P.2005-2013.

6. Costerton J.W., Stewart P.S., Greenberg E.P. Bacterial biofilms: a common cause of persistent infections // Science. -1999. - Vol. 284. - P.1318-1322.

7. O'Took G.A., Kaplan H.B., Kolter R. Biofilm formation as microbial development // Ann. Rev. Microbiol. - 2000. - Vol. 54. - P.49-79.

Информация об авторах:

Ушкарева Ольга Антоновна - главный врач, г. Якутск, ул. П. Алексеева, 60/2, тел. (4112) 226370, e-mail: uho_75@mail.ru; Анганова Елена Витальевна - профессор кафедры, с.н.с., д.б.н., 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 3, тел. (3952) 333425, e-mail: eva.irk@mail.ru; Духанина Алла Владимировна - с.н.с., к.б.н.; Верхозина Елена Владимировна - с.н.с., к.б.н., г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, тел. (3952) 424562, e-mail: verhel@crust.irk.ru.

Information about the Authors:

Ushkareva Olga A. - Head doctor, Yakutsk, P.Alekseev str., 60/2, tel. (4112)226 370, e-mail: uho_75@mail.ru; Anganova Elena V. - Professor of the Department, Senior Scientist, Ph.D., 664003, Irkutsk, Karla Marksa str., 3, tel.(3952) 333425, e-mail: eva.irk @mail.ru; Dukhanina Alla V. - Senior Researcher, PhD, Irkutsk, Karla Marksa str., 3; tel.(3952) 333425; Verkhozina Elena V. - Senior Researcher, PhD, Irkutsk, Lermontov str.,128; tel. (3952) 424562, e-mail: verhel@crust.irk.ru.

© АНГАНОВАЕ.В., УШКАРЕВАО.А., ДУХАНИНА А.В., КИЧИГИНА Е.Л. - 2014 УДК 614.777(571.56)

КАЧЕСТВО ВОДЫ ИСТОЧНИКОВ НЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ В АЛДАНСКОМ, ХАНГАЛАССКОМ И МЕГИНО-КАНГАЛАССКОМ РАЙОНАХ ЯКУТИИ

Елена Витальевна Анганова1-3, Ольга Антоновна Ушкарева2, Алла Владимировна Духанина3, Елена Леонидовна Кичигина1 ('Иркутская государственная медицинская академия последипломного образования, ректор - д.м.н., проф. В.В. Шпрах, кафедра эпидемиологии и микробиологии, зав. - д.м.н., проф. Е.Д. Савилов; 2Центр гигиены и эпидемиологии в Республике Саха (Якутия), гл. врач - О.А. Ушкарева, бактериологическая лаборатория, зав. - Л.И. Голомарева;3Научный центр проблем здоровья семьи и репродукции человека СО РАМН, директор- д.м.н., член-корр. РАН, проф. Л.И. Колесникова, лаборатория эпидемиологически и социально-значимых инфекций, зав. -к.б.н. О.Б. Огарков)

Резюме. В статье приведены результаты исследования в течение 2006-2013 гг. состояния воды источников нецентрализованной системы питьевого водоснабжения (колодцы, каптажи родников) в трех районах Якутии: Алданском, Хангаласском и Мегино-Кангаласском. Для проведения анализа использованы статистические учетные формы Центра гигиены и эпидемиологии в Республике Саха (Якутия). Всего проанализировано 8354 пробы воды. Наименьшее (p<0,05) количество нестандартных проб воды источников нецентрализованного водоснабжения было зарегистрировано в Алданском районе (около 18%). В Хангаласском районе гигиеническим нормативам не соответствовала каждая третья проба воды. При этом количество нестандартных по микробиологическим параметрам проб воды значимо превышало аналогичный показатель по Республике Саха (Якутия). Мегино-Кангаласский район характеризовался значимо (p<0,05) более высокой частотой встречаемости проб воды, не отвечающих требованиям по санитарно-химическим нормативам (51,2±3,9%). В многолетнем аспекте значимая динамика снижения удельного веса неудовлетворительных проб воды установлена в Хангаласском районе, что отражает ситуацию в целом по Республике Саха (Якутия). В Алданском и Мегино-Кангаласском районах значимой динамики изменения удельного веса нестандартных проб воды в многолетнем аспекте не выявлено.

Ключевые слова: источники нецентрализованного водоснабжения, качество воды, гигиенические нормативы, микробиологические показатели, санитарно-химические показатели, Республика Саха (Якутия).

THE QUALITY OF WATER OF SOURCES DECENTRALIZED WATER SUPPLY SYSTEMS INALDANSKY, HANGALASSKY AND MEGINO-KANGALASSKY DISTRICTS OF YAKUTIA

E.V. Anganova1-3, O.A.Ushkareva2, A.V. Dukhanina3, E.L.Kichigina1 (1Irkutsk State Medical Academy of Continuing Education; 2Centerof Hygiene and Epidemiology in the Republic of Sakha (Yakutia), Yakutsk; 3Scientific Centre of the Problems of Family Health and Human Reproduction Siberian Branch Russian Academy of Medical Sciences, Irkutsk, Russia)

Summary. The article the results of research during 2006-2013 years of condition water sources decentralized water supply systems are presents (wells, water springs) in the three districts of Yakutia: Aldansky, Hangalassky and Megino-Kangalassky. The statistical registration forms of Hygiene and Epidemiology Center in the Republic of Sakha (Yakutia) used for analysis.8354 water samples were analyzed. The least amount (p<0,05) of non-standard water samples of sources of decentralized water supply have been reported in Aldan region (about 18%). Every third water sample did not correspond hygienic standards in Khangalassky district. The number non-standard for microbiological parameters of water samples was significantly higher than the same indicator for Yakutia. The water samples that do not correspond sanitary and chemical standards, the most frequently (p <0,05) have met in Megino-Kangalassky district (51,2±3,9%). The dynamics of reducing the percentage of unsatisfactory samples of water of sources in the decentralized water supply in Khangalassky district was revealed. This reflects the situation in the Republic of Sakha (Yakutia). Meaningful dynamics of changes of the share of nonstandard water samples during the study period is not revealed in the Aldan and Megino-Kangalassky district.

Key words: sources of decentralized water supply, quality of water, hygienic standards, microbiological indicators, sanitary-chemical indicators, Republic of Sakha (Yakutia).

Водный фактор оказывает существенное воздействие на жизнедеятельность человеческой популяции [3].Особо важную роль в оценке риска водного фактора для здоровья населения играет микробиологическое загрязнение питьевой воды [1,4,5,6,7]. Следует отметить, что в результате сброса контаминированных стоков происходит загрязнение не только поверхностных, но также и подземных водоисточников. В ряде регионов России, в т.ч. и в Республике Саха (Якутия) помимо источников централизованного водоснабжения используется(особенно в сельской местности) нецентрализованная система питьевого водоснабжения [8,9].

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Цель: изучение качества воды источников нецентрализованного водоснабжения по микробиологическим и санитарно-химическим показателям в Алданском,

Хангаласском и Мегино-Кангаласском районах Республики Саха (Якутия).

Материалы и методы

Оценка качество воды источников нецентрализованного водоснабжения в Алданском, Хангаласском и Мегино-Кангаласском районах Республики Саха (Якутия) за период 2006-2013 гг. проведена по статистическим учетным формам №18. Статистическую обработку результатов исследований проводили с использованием общепринятых критериев статистики [2].

Для оценки различий полученных результатов применяли критерии Стьюдента; определение многолетней динамики проводили с использованием уравнения прямой линии.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.