cwiczenie 4 i 5

ĆWICZENIA Z GOSPODARKI ENERGETYCZNEJ, WODNEJ I ŚCIEKOWEJ; CZĘŚĆ MIKROBIOLOGICZNA
Ćwiczenie 4-5
Mikrobiologiczne kryteria oceny sanitarnej wody
Podczas analizy mikrobiologicznej wody niemożliwe jest badanie wszystkich
organizmów chorobotwórczych, dużo łatwiej jest analizować mikroorganizmy wskaźnikowe.
Badania
mikroflory
jelitowej
ustaliły
stałe
występowanie
trzech
rodzajów
bakterii
wskaźnikowych, świadczących o kontakcie wody z fekaliami lub ściekami. Są to:
•
pałeczki okrężnicy (Escherichia coli),
•
paciorkowce kałowe z typowym gatunkiem Enterococcus faecalis,
•
beztlenowce przetrwalnikujące Clostridium perfringens
Escherichia coli jest najbardziej wiarygodnym wskaźnikiem, ponieważ jej obecność wskazuje
na
świeże
zanieczyszczenie
i
możliwość
wystąpienia
towarzyszących
jej
bakterii
chorobotwórczych pochodzenia jelitowego. Escherichia coli należy do bakterii tzw. grupy coli.
W jej skład wchodzą drobnoustroje z rodzaju Escherichia, Enterobacter, Citrobacter i
Klebsiella. Wykrywa się je na podłożach z laktozą po inkubacji w temperaturze 37°C. Bakterie
grupy coli typu kałowego (termotolerancyjne) to głównie szczepy Escherichia coli i tylko
nieliczne szczepy z rodzajów Enterobacter, Citrobacter i Klebsiella, które mają zdolność do
fermentacji laktozy w temperaturze 44°C. Paciorkowce kałowe (enterokoki) żyją w środowisku
wodnym dłużej w stosunku do Escherichia, są bardziej odporne na działanie chloru, zdają
egzamin jako wskaźniki czystości kąpielisk. Obecność Clostridium perfringens, z uwagi na
przetrwalnikowanie tych bakterii jest wskazówką, że zanieczyszczenie fekaliami miało
miejsce pewien czas wcześniej. Uważa się, że gatunek ten może być dobrym wskaźnikiem
zanieczyszczenia wód pierwotniakami Giardia i Cryptosporidium. Bakterie wskaźnikowe
spełniają rolę ostrzegawczą przed zakażeniami, ponieważ występuje istotna zależność
pomiędzy ich liczebnością w wodzie a ilością mikroorganizmów chorobotwórczych.
Bakterie pełniące rolę wskaźników sanitarnych powinny spełniać następujące warunki:
•
muszą być stale obecne w przewodzie pokarmowym człowieka, co zawsze pozwala
wykrywać zanieczyszczenia wody,
•
liczebność bakterii wskaźnikowych w jelicie człowieka musi być duża,
1
do grupy organizmów wskaźnikowych powinny należeć formy nieprzetrwalnikujące, co
•
umożliwia wykrycie świeżego fekalnego zanieczyszczenia wody,
•
ich identyfikacja musi być możliwa przy użyciu łatwo dostępnych metod,
•
długość życia bakterii wskaźnikowych w środowisku zewnętrznym musi być większa
niż długość życia gatunków chorobotwórczych,
nie powinny się one rozmnażać w środowisku wodnym
•
Wymagania bakteriologiczne, jakie powinna spełniać woda przeznaczona do spożycia
przez ludzi
Lp.
1)
Wskaźnik jakości wody
Najwyższa dopuszczalna wartość wskaźnika
w próbce wody pobranej w miejscu czerpania
przez konsumentów i/lub podawania wody do
sieci
Liczba bakterii
Objętość próbki [ml]
1
Escherichia coli lub bakterie grupy coli
typu kałowego (termotolerancyjne)
0
100
2
Bakterie grupy coli1)
0
100
3
Paciorkowce kałowe
0
100
4
Clostridia redukujące siarczyny2)
(Clostridium perfringens)
0
100
5
Ogólna liczba bakterii w 37°C po 24h
20
1
6
Ogólna liczba bakterii w 22°C po 72h
100
1
Dopuszcza się pojedyncze bakterie wykrywane sporadycznie, nie w kolejnych próbkach; do 5 % próbek w
ciągu roku
2)
Należy badać w wodzie pochodzącej z ujęć powierzchniowych
Jakość bakteriologiczna wody do picia oceniana jest w Polsce na podstawie liczebności
czterech grup wskaźnikowych: bakterii grupy coli, bakterii grupy coli typu fekalnego,
2
paciorkowców kałowych oraz clostridiów redukujących siarczyny. Według stosowanych w
Polsce kryteriów w 100 ml wody podawanej do sieci wodociągowej nie może być ani jednej
komórki bakterii uznanych za wskaźnikowe. Podobne normy jakości wody obowiązują w Unii
Europejskiej.
Drugim ważnym kryterium jakości wody przeznaczonej do spożycia jest ogólna liczba
bakterii psychrofilnych i mezofilnych w 1ml wody. Według stosowanych w Polsce kryteriów w
wodzie do picia liczebność bakterii psychrofilnych nie powinna przekraczać 100 komórek w
1 ml, natomiast bakterii mezofilnych 20 komórek w 1 ml wody. W przypadku psychrofili
hodowle inkubuje się w temperaturze 22°C przez 72 h, a mezofili w 37°C przez 24 h. W
niższej temperaturze rosną przede wszystkim nie chorobotwórcze bakterie wodne. Gramujemne bakterie wodne wytwarzają jednak lipopolisacharydy ściany komórkowej, które mogą
działać toksycznie, tak jak enterotoksyny bakterii chorobotwórczych. Z tego powodu ich liczba
powinna być również monitorowana. Ze względów zdrowotnych, bardziej niebezpieczna jest
ponad normatywna liczba bakterii rosnących w 37°C, ponieważ mogą być wśród nich również
bakterie chorobotwórcze. Duża ich liczba w badanej próbce wody może świadczyć o źle
przebiegających procesach uzdatniania.
Jakość bakteriologiczną wód rekreacyjnych (woda w pływalni) ocenia się na podstawie
liczebności bakterii z grupy coli, bakterii z grupy coli typu fekalnego, gronkowców
koagulazododatnich oraz bakterii mezofilnych. Według stosowanych w Polsce kryteriów w
100 ml wody tego typu nie może być ani jednej komórki bakterii grupy coli, bakterii z grupy
coli typu fekalnego oraz gronkowców koagulazododatnich. Liczebność bakterii mezofilnych w
1 ml nie może przekraczać 100 komórek.
Drobnoustroje chorobotwórcze przenoszone drogą wodną
Bakterie
Bezwzględnie chorobotwórcze:
•
Gram-ujemne pałeczki z rodzaju Salmonella np. pałeczka duru brzusznego Salmonella
typhi, duru rzekomego Salmonella paratyphi
•
Gram-ujemne pałeczki z rodzaju Shigella, wywołujące czerwonkę bakteryjną
•
Przecinkowiec cholery Vibrio cholerae (Vibrio comma)
•
Prątki gruźlicy Mycobacterium tuberculosis
•
Krętki z rodzaju Leptospira wywołujące żółtaczkę bakteryjną
3
Oportunistyczne (względnie chorobotwórcze):
•
Z rodzaju Pseudomonas, Aeromonas, Klebsiella, Flavobacterium, Enterobacter,
Proteus
Pałeczki te wchodzą w skład normalnej flory jelitowej i nie są w zasadzie chorobotwórcze, o
ile bytują w przewodzie pokarmowym ludzi i zwierząt. W pewnych przypadkach jednak
bakterie te przedostają się z przewodu pokarmowego do innych narządów i wówczas mogą
się stać przyczyną wielu chorób, np. zapalenia układu moczowego, zapalenia dróg
oddechowych, a także posocznicy.
Wirusy
Np. wirus polio wywołujący porażenie dziecięce, enterowirusy wywołujące schorzenia jelit.
Pierwotniaki
Np. Giardia lamblia wywołuje chorobę giardiozę, Entamoeba histolytica wywołuje amebozę
itd. Większość pasożytniczych pierwotniaków produkuje cysty, które nie są w stanie
przetrwać poza organizmem gospodarza w niekorzystnych warunkach środowiskowych. Gdy
warunki te ulegają poprawie z cyst rozwijają się tzw. trofozoity, postacie wegetatywne
występujące u człowieka.
Robaki pasożytnicze
Np. glista ludzka, tasiemce, przywry. Pasożyty ludzkie w zasadzie nie wchodzą w zakres
badań mikrobiologicznych, jednakże z innymi patogenami stanowią poważne zagrożenie
zdrowia człowieka. Infekcyjną postacią robaków pasożytniczych są jaja. Są one bardzo
odporne na działanie czynników zewnętrznych oraz trudno je wyeliminować ze ścieków przez
chlorowanie.
Bakterie chorobotwórcze i potencjalnie chorobotwórcze występujące w wodach
powierzchniowych
Woda nie jest dla bakterii chorobotwórczych naturalnym środowiskiem. Trafiają one
bezpośrednio do wody z chorego organizmu ludzi lub zwierząt, lub pośrednio przez ścieki, a
także z gleby skażonej bakteriami patogennymi. Woda jest jedynie przenośnikiem bakterii i to
tylko w okresie, w jakim organizmy te mogą przetrwać. Jednak dane epidemiologiczne
wskazują, że woda może być nadal przyczyną wielu zachorowań o charakterze jelitowożoładkoiwym. Zachorowanie może nastąpić przez picie nieuzdatnionej lub zanieczyszczonej
wody, ale również na skutek kąpieli. Bakteriami patogennymi, które wraz z odchodami i
4
ściekami, a także spływami z pól, mogą się dostać do wody, są głównie mikroorganizmy
związane z chorobami przewodu pokarmowego ludzi i zwierząt, jak również bakterie
występujące u nosicieli, szczególnie dotyczy to nosicielstwa stwierdzonego u zwierząt.
Rodzaj Escherichia
Rodzaj Escherichia należy do Enterobacteriaceae tzn. rodziny pałeczek
jelitowych. E. coli to bakterie gram-ujemne, nie zarodnikujące, na ogół
ruchliwe, typowi mieszkańcy jelita grubego ludzi i zwierząt. Ich
fizjologiczna rola polega na wykorzystaniu resztek pokarmowych,
syntetyzowaniu witamin z grupy B i K, oraz antagonistycznym wpływie
na inne, obce pod względem ekologicznym drobnoustroje. Escherichia
coli to bakteria potencjalnie chorobotwórcza chociaż zamieszkuje jelito
grube przez cały okres życia osobniczego człowieka. Dostając się do organizmu, pałeczki
okrężnicy wywołują zapalenie dróg moczowych, dróg żółciowych, otrzewnej i opon
mózgowych. Wyróżnia się 5 głównych grup serologicznych szczepów E. coli wywołujących
biegunki przenoszone przez żywność i wodę. Są wśród nich szczepy enteropatogenne
(EPEC), enterotoksyczne (ETEC) powodujące 90% zakażeń dróg moczowych i tzw. biegunkę
podróżną; enteroinwazyjne (EIEC) oraz enterokrwotoczne (EHEC).
Enterococcus faecalis
Paciorkowce kałowe należą do grupy ziarniaków gram-dodatnich.
Bakterie tego gatunku są kuliste lub owalne, na ogół nieruchome,
występują w postaci pojedynczych komórek, dwoinek lub krótkich
łańcuszków. Na ogół nie są chorobotwórcze, jednak niektóre
szczepy mogą wywołać zakażenia dróg moczowych, zapalenie
otrzewnej oraz zakażenie ran. Charakteryzują się większą
opornością na środki
dezynfekcyjne (np. chlor) niż bakterie grupy coli, oraz dłuższą przeżywalnością w wodzie niż
np. Salmonella.
5
Clostridium perfringens
Są
to
beztlenowe
laseczki
przetrwalnikujące,
gram-dodatnie.
Bakterie tego gatunku są bardzo rozpowszechnione w przyrodzie,
wykrywa się je w glebie, w wodzie, ściekach, kurzu, mleku oraz
przewodzie pokarmowym człowieka i zwierząt. Poza jelitem
występują w postaci przetrwalników, a ich czas przeżycia jest
nieporównywalnie dłuższy od innych bakterii chorobotwórczych. Clostridium perfringens to
tzw. laseczka zgorzeli gazowej, produkująca w warunkach beztlenowych silną egzotoksynę.
Gatunek Clostridium perfringens jest też odpowiedzialny za liczne zatrucia pokarmowe.
Pseudomonas aeruginosa
Są
to
pałeczki
gram-ujemne,
urzęsione,
oksydazododatnie,
nieprzetrwalnikujące, wytwarzają żółto- lub niebieskozielony barwnik
– fluoresceinę oraz niebieski niefluoryzujący barwnik fenazynowy –
piocyjaninę.
Z
uwagi
na
zabarwienie
materiału
ropnego,
zasiedlonego przez te bakterie, nadano im nazwę „pałeczki ropy
błękitnej”. Bakterie Pseudomonas aeruginosa są chorobotwórcze dla roślin, owadów, ludzi i
zwierząt. Są bardzo często przyczyną tzw. zakażeń szpitalnych, szczególnie na oddziałach
intensywnej terapii i chirurgii. Są czynnikiem etiologicznym schorzeń oczu, uszu i zakażeń
przyrannych u ludzi kąpiących się w wodach śródlądowych. Za chorobotwórczość
odpowiedzialne są wytwarzane przez nie egzotoksyny i toksyczne enzymy, takie jak
enterotoksyna, leukocydyna oraz enzymy proteolityczne.
Rodzaj Aeromonas
Bakterie z rodzaju Aeromonas to pałeczki gram-ujemne, fermentujące, oksydazododatnie,
urzęsione. Aeromonas hydrophila występuje głównie w środowisku, w naturalnych
zbiornikach wodnych, u ujścia rzek do morza lub w wodach morskich, przebywają również w
zlewach, wannach i innych wilgotnych miejscach, a także w wodzie destylowanej. Bakterie te
izolowane są często z ryb, mleka i produktów mlecznych, warzyw, a nawet butelkowanej
wody mineralnej. Mogą się rozwijać w szerokim zakresie temperatury od 5 do 42ºC.
6
Obserwowane są 4 typy zakażeń powodowanych przez te pałeczki: zapalenie tkanki łącznej,
posocznica, ostra choroba biegunkowa podobna do cholery oraz różne zakażenia ran, układu
moczowego i inne.
Rodzaj Vibrio
Przecinkowce
gram-ujemne,
fermentujące,
oksydazododatnie,
urzęsione. Do rodzaju tego należy 20 gatunków, z czego 10
chorobotwórczych dla człowieka. Vibrio cholerae jest czynnikiem
etiologicznym epidemii cholery. Występuje w wodzie. Objawy
(biegunka) pojawiają się czasem już po 15-30 min od zakażenia,
najczęściej po spożyciu zanieczyszczonej wody. Niektóre gatunki z rodzaju Vibrio wywołują
także zakażenia pozajelitowe, do których dochodzi podczas kąpieli w skażonej wodzie.
Rodzaj Mycobacterium
Rodzaj Mycobacterium obejmuje gatunki chorobotwórcze dla ludzi i
zwierząt, jak również drobnoustroje saprofityczne występujące w glebie i
wodzie. Należą tu promieniowce wydłużone, pręcikowate (prątki), proste
lub lekko wygięte, gram-dodatnie, kwasoodporne, zawierające w ścianie
duże ilości lipidów i woski. Wyróżnia się prątki odpowiedzialne za
klasyczną typową postać gruźlicy płucnej człowieka (Mycobacterium
tuberculosis). Gatunki Mycobacterium bovis (typ bydlęcy) mogą być
przyczyną gruźlicy odzwierzęcej u ludzi. Mycobacterium avium (prątki gruźlicy ptasiej) na ogół
były uważane za niechorobotwórcze dla ludzi. Obecnie zakażenia wywołane przez gatunki
należące do grupy MAIC (Mycobacterium avium intracellulare complex) należą są
najczęstszych zakażeń u chorych z AIDS i innych pacjentów z obniżoną odpornością.
Staphylococcus aureus
Gronkowce są szeroko rozpowszechnionymi w środowisku, gram-dodatnimi ziarniakami.
Występują na skórze ludzi i zwierząt, w powietrzu, wodzie i ściekach. Wchodzą w skład
naturalnej mikroflory bakteryjnej skóry, błon śluzowych jamy ustnej, nosa i górnych dróg
oddechowych.
Są
względnymi
beztlenowcami.
Najbardziej
chorobotwórczy
spośród
7
gronkowców Staphylococcus aureus – gronkowiec złocisty,
wytwarza pozakomórkowe toksyny i czynniki zjadliwości, takie jak
np.: hialuronidaza, enterotoksyny, koagulaza, białko A.
Rodzaj Francisella
Są to gram-ujemne drobne pałeczki. Rezerwuarem są gryzonie
(myszy i szczury) głównie bytujące w pobliżu wód. Epidemie mogą
wystąpić
w
wyniku
zanieczyszczenia
studni
lub
wód
powierzchniowych wydalinami lub rozkładem padłych zwierząt.
Pałeczki te są chorobotwórcze dla zwierząt domowych i dzikich,
ptaków, a także dla ludzi, jako choroby odzwierzęce. Tularemię wywołuje Francisella
tularensis. W warunkach naturalnych choroba ta przenoszona jest przez owady kłujące
(kleszcze)
oraz
drogą
pokarmową.
Zakażenie
następuje
najczęściej
przez
picie
zanieczyszczonej wody studziennej lub nieuzdatnionych wód powierzchniowych. Stwierdzono
możliwość zakażenia w czasie kąpieli. Bakterie te mogą przetrwać w wodzie ponad 3
miesiące. Zakażenia tularemią może wywołać nawet 50 komórek bakteryjnych jeśli
przeniknęły przez uszkodzoną skórę, błony śluzowe lub wskutek inhalacji.
Rodzaj Legionella
Bakterie z rodzaju Legionella to tlenowe, gram-ujemne, małe
pałeczki występujące powszechnie w naturalnym środowisku
wodnym
i
w
glebie.
Pałeczki
Legionella
stanowią
grupę
drobnoustrojów, która od kilku lat brana jest pod uwagę jako czynnik
chorobotwórczy w badaniach sanitarno-epidemiologicznych wody.
Nazwa legioneloza obejmuje klasyczne postacie płucne „choroby legionistów” i „gorączki
Pontiac” oraz pozapłucne zakażenia wywołane przez bakterie należące do rodziny
Legionellaceae. Zachorowania te związane są zwykle z systemami wodociągowymi,
grzewczymi oraz klimatyzacyjnymi, które w postaci aerozoli rozpylają bakterie. Stanowią one
główne źródła zakażenia ludzi (zakażenie następuje jedynie przez wdychanie aerozolu).
8
Pałeczki Legionella izolowane są z różnych zbiorników wody, zwłaszcza z wody stojącej
zawierającej muł i osad denny. Bakterie te stwierdzono również w wodzie bieżącej, zwłaszcza
prowadzonej przez stare wodociągi, zbudowane z żeliwnych rur. Bakterie z rodzaju
Legionella wykazują dużą zdolność adaptacji do zmiennych warunków środowiska. Nie
należą one do sanitarnych bakterii wskaźnikowych.
Rodzaj Listeria
Pałeczki gram-dodatnie, dość rozpowszechnione w środowisku
naturalnym. Występują powszechnie w glebie, wodzie i na roślinach,
zasiedlają
ścieki
oczyszczone
biologicznie.
Pałeczki
listerii
występują powszechnie u zwierząt dziko żyjących i hodowlanych.
Źródłem tych bakterii są często krowy, owce, króliki, psy, ptaki,
drobne gryzonie i owady, niewłaściwej jakości kiszonki. Również woda morska oraz osady
denne są bardzo często zanieczyszczone tą pałeczką. Bakterie te występują również u ludzi
zdrowych, w przewodzie pokarmowym, w układzie oddechowym, bez żadnych objawów
chorobowych. Szczepy z gatunku Listeria monocytogenes wywołują objawy zakażenia u ludzi
i zwierząt, które niezależnie od lokalizacji są określane nazwą – listerioza. Pałeczki listerii
mogą powodować liczne choroby jak: poronienia, zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych,
zmiany skórne, zapalenie spojówek, węzłów chłonnych, szpiku i kości, płuc oraz zapalenie
żołądkowo-jelitowe. W ciągu ostatniej dekady Listeria monocytogenes, obok takich
drobnoustrojów jak Escherichia coli, Salmonella lub Shigella, została uznana za jeden z
najgroźniejszych patogenów żywności. Zachorowania na listeriozę są powodowane
zanieczyszczeniem żywności i bezpośrednią transmisją bakterii ze środowiska naturalnego
do człowieka. Bakterie te w glebie przeżywają 295 dni. Mogą kolonizować układ pokarmowy
po spożyciu zanieczyszczonych glebą jarzyn, zanieczyszczonego mleka lub sera.
Rodzaj Salmonella
Bakterie Salmonella to należące do rodziny Enterobacteriaceae pałeczki gram-ujemne,
zwykle ruchliwe, nieprzetrwalnikujące. Są chorobotwórcze dla ludzi i niektórych zwierząt. U
człowieka pałeczki Salmonella mogą powodować ostre choroby zakaźne takie jak: dur
brzuszny wywołany przez Salmonella typhi oraz dur rzekomy wywołany przez Salmonella
9
paratyphi A, B i C, oraz zatrucia pokarmowe typu zakaźnego
(salmonellozy). Rezerwuarem zarazka jest chory człowiek lub
nosiciel, materiałem zakaźnym wydaliny, ścieki lub zakażona
żywność, głównie jaja, drób i mięso.
Rodzaj Shigella
Do rodzaju Shigella zalicza się nieruchliwe pałeczki gram-ujemne,
chorobotwórcze dla ludzi; stanowią czynnik etiologiczny epidemii
czerwonki
bakteryjnej
i
innych
zaburzeń
o
charakterze
zatruć
pokarmowych. Pałeczki Shigella, które dostają się do gleby, mogą
przedostać się do wody, szczególnie studziennej. W wodzie przeżywają
od 6 do 39 dni. Najwięcej zachorowań, często o charakterze sezonowym
(czerwiec, lipiec) dotyczy dzieci najmłodszej grupy wiekowej (1-4 lat).
Zakażenia może się przenosić drogą bezpośrednią (ręce) lub pośrednio poprzez
zanieczyszczoną wodę czy żywność.
Rodzaj Yersinia
Bakterie z rodzaju Yersinia to gram-ujemne, małe ziarniakopałeczki,
szeroko
rozpowszechnione
w
środowisku
lądowym
i
wodnym.
Rezerwuarem jest człowiek, zwierzęta hodowlane i domowe oraz ścieki
zawierające bakterie pochodzące od chorych i nosicieli. Jersinioza jest
zaliczana do chorób zakaźnych człowieka i zwierząt. Do zakażenia
najczęściej dochodzi drogą pokarmową. Dane z niektórych krajów
wskazują, że częstość zachorowań żołądkowo-jelitowych wywołanych
przez pałeczki Yersinia przekracza, zwłaszcza w okresie zimowym, liczbę zachorowań
wywołanych przez pałeczki Shigella i Salmonella. Yersinia enterocolitica charakteryzuje się
wysoką przeżywalnością w wodzie. Czas przeżycia tych bakterii w wodzie powierzchniowej i
wodzie wodociągowej zależy od pory roku i stopnia zanieczyszczenia innymi bakteriami i
wynosi 87 dni. Dotychczas obowiązujące w Polsce normy czystości wody wodociągowej i
wód powierzchniowych nie przewiduje badań w kierunku pałeczek Yersinia.
10