Mikrobiologia wody
Czy wiesz co pijesz?
Na wyprodukowanie jednej sztuki pojemnika na colę zużywa się prawie 3 litry wody, na wyprodukowanie jednego samochodu osobowego ok. 3000 litrów wody. To ogromne ilości i powinniśmy o tym pamiętać. Jednak woda wykorzystywana w celach przemysłowych nie musi spełniać tak restrykcyjnych wymogów jak woda pitna. Jaką wodę pijemy? Czy pijąc wodę coś nam grozi?
Obecnie przenoszenie się mikroorganizmów chorobotwórczych następuje przez wody powierzchniowe, podziemne, systemy dystrybucji wody pitnej, sieć ciepłowniczą, baseny, kąpieliska. Dlatego tak ważne jest stosowanie technik analitycznych w celu wykrycia i późniejszego usunięcia zagrożenia mikrobiologicznego. Metodą stosowaną do koncentracji czynników biologicznych (bakterii, wirusów, pierwotniaków chorobotwórczych) jest filtracja. Pozwalająca na jednoczesne frakcjonowanie i zagęszczanie wybranych składników cieczy w zależności od wielkości użytych porów w membranie filtra. Filtry cząsteczkowe - do usuwania makrocząsteczek. Mikrofiltracja - średnica porów 0,2 - 10µm.Ultrafiltracja - 0,005 - 0,1 µm (5-100nm). Istnieją oczywiście również tradycyjne metody mikroskopowe uważane do dziś za złoty standard wykrywania, izolacji i identyfikacji czynników biologicznych. Inną tradycyjną metodą są testy immunofluorescencyjne. Reakcja serologiczna pośrednia lub bezpośrednia. W reakcji pośredniej za pomocą znakowanych fluoresceiną antyludzkich przeciwciał wykrywa się ludzkie przeciwciała związane z danym mikroorganizmem. W reakcji bezpośredniej antygen reagując ze znakowanym przeciwciałem daje znakowany kompleks antygen - przeciwciało. Inną metodą są oczywiście hodowle, na podłożach wybiórczych, wybiórczo-różnicujących, testy identyfikacyjne. Jednakże istnieją już nowoczesne metody molekularne takie jak np. ilościowa reakcja łańcuchowa polimerazy (qPCR) - czuła i szybka. Zasadniczo nie różni się od dobrze znanej nam reakcji PCR, ma podobny przebieg, jedyną nowością jest ilościowe oznaczenie produktu w odniesieniu do początkowej wartości (detekcja ilości przez analizę ekspresji genów, ilości mikroRNA) Może być stosowana do oznaczania dużych ilości wody ale po uprzednim zagęszczeniu za pomocą ultrafiltracji. Metoda ta wymaga jednak kontroli za pomocą tradycyjnych metod. Inną metodą służącą do identyfikacji i porównania składu gatunkowego bakterii obecnych w sieci wodociągowej jest pirosekwencjonowanie - sekwencjonowanie z wykorzystaniem kwantów światła, przez syntezę DNA w czasie rzeczywistym. Bazuje na szeregu reakcji enzymatycznych. Rozpoczyna się od pomiaru ilości pirofosforanu PPi uwalnianego w momencie włączenia komplementarnej zasady do nowopowstałej nici. W następnej reakcji powstaje ATP który jest substratem dla lucyferazy która odpowiada za utlenienie lucyferyny do oksylucyferyny - która emituje strumień fotonów (hv) -chemiluminescencja. Światło rejestrowane jest przez kamerę CCD w postaci serii pików (pirogram). Wysokość piku wskazuje na ilość wbudowanych nukleotydów tego samego rodzaju. Zalety- wysoka czułość, wiarygodność, powtarzalność wyników, specyficzność, czas -10min. Ma wady - niewielka długość odczytywanych fragmentów DNA, niemożność sekwencjonowania rejonów homopolimerycznych dłuższych niż 7-8 nukleotydów - sygnał świetlny traci proporcjonalną zależność.
Analizować możemy albo wodę albo Biofilm - czyli zagregowane bakterie, grzyby, mikroorganizmy w postaci cienkich osadów tworzących się na różnych powierzchniach (wilgotne powierzchnie stałe). Formowanie się biofilmu ma na celu ochronę mikroorganizmów (tworzących biofilm) przed degradacyjną działalnością czynników środowiskowych, fizycznych, chemicznych. Ich skład zależy od materiału z którego wykonane są rury, składu mineralnego wody, oddziaływania z innymi bakteriami, pory roku (temperatury wody). Problemy sieciach wodociągowych: a) zatykanie się biofiltrów wiosną - niska temperatura powoduje rozwój bakterii produkujących zewnętrzne polimery, spowalniające przepływ wody. b) nitryfikatory - nitryfikują chloraminy (bioodkażacze) - powodując wzrost populacji mikroorganizmów. Specjalne preparaty używane do przygotowywania wody w akwarium zawierają bakterie nitryfikujące - powodujące usuwanie chloramin i wzrost biofilmu). c) patogeny- Nawet środki dezynfekujące nie powodują całkowitej eliminacji, konieczne -monitorowanie.
Jednak jakimi sposobami możemy pozbyć się największej ilości patogenów? Sposoby Fizyczne: gotowanie, pasteryzacja (sposoby domowe), naświetlanie promieniowaniem UV, ultradźwięki, promieniowanie gamma, wspominana ultrafiltracja. Chemiczne: najczęściej stosowane chlorowanie (chlorem, podchlorynem sodu, dwutlenkiem chloru, chloraminami), bromowanie, jodowanie, ozonowanie. Chemiczne metody wiążą się z powstawaniem produktów ubocznych, dlatego zaczęto rozważać alternatywne rozwiązania.
Promieniowane UV- brak skutków ubocznych, bardzo skuteczne wobec Cryptosporidium sp. (choroby układu pokarmowego, brak DNA w mitochondriach) i Giardia lamblia. Przy stosowaniu UV należy zoptymalizować długość fali, dawki, intensywność, sposób i czas ekspozycji na promieniowanie UV oraz parametry środowiskowe. Unieszkodliwianie zależy od długości fali które DNA jest w stanie absorbować.
Metoda chemiczna- ozon - silny utleniacz i dezynfekant, jednak mała trwałość więc po ozonowaniu woda musi być dodatkowo chlorowana (co wiąże się z możliwym powstawaniem szkodliwych chlorynów i chloranów).
Jakie wiec patogenne mikroorganizmy możemy spotkać w wodzie i jakie są związane z tym zagrożenia? Istnieją dowody, że wolno żyjące ameby (FLA) mogą powodować wzrost liczby oraz stopnia zjadliwości patogenów człowieka tzw. amebo-odpornych mikroorganizmów (ARM) np. Legionella, Mycobacterium. FLA mogą być infekowane przez szereg chorobotwórczych ARM, FLA mogą działać jako gospodarze transportu skutecznie ułatwiając chorobotwórczym ARM w infekowaniu ludzi, niektóre FLA są same w sobie patogenami człowieka. Bakteria Legionella jest w stanie zainfekować różnorodne FLA oraz inne pierwotniaki w tym orzęski. Legionella (Legionella pneumophila) pierwszy raz została wyizolowana w 1976r. podczas epidemii zachorowań w Filadelfii, podczas zjazdu weteranów wojennych w rocznicę podpisania Deklaracji Niepodległości Stanów Zjednoczonych. Zachorowało 221 osób, 34 zmarły. Rozwój bakterii nastąpił w hotelowym systemie klimatyzacji. Objawy: gorączka, dreszcze, osłabienie, zapalenie płuc, objawy neurologiczne i ze strony układu pokarmowego. Łagodną postacią zakażenia jest gorączka Pontiac - bez zapalenia płuc i tendencją do samoistnego ustępowania. Wykryta w 1968r w budynku departamentu zdrowia w Pontiak w stanie Michigan w USA. Innym ARM jest Mycobacterium. Mycobactrium tuberculosis -Prątek gruźlicy - powoduje gruźlicę (Koch 1882r). Objawy u 5-10% zarażonych. Choroby wywołane przez prątki inne (atypowe) niż prątek gruźlicy to Mykobakteriozy - zachorowania o przebiegu podobnym do gruźlicy (kaszel, gorączka, osłabienie) - nie zakaźne. FLA która sama w sobie jest patogenem to Naegleria fowleri powodująca bardzo groźne amebiczne zapalenie mózgu i opon mózgowych (PAM). Naegleria występuje w słodkowodnych i termalnych jeziorach i stawach. Niechlorowanych źródłach wody pitnej lub słabo chlorowanych basenach. Biofilmy są źródłem pokarmu dla tych ameb. Zakażenie przez rozprysk wody, która dostaje się do przewodu nosowego z którego migruje do mózgu przez nerw węchowy gdzie niszczy komórki gospodarza. Śmierć następuje do 14 dni.
Tak ważne jest poznanie ekologii mikroorganizmów patogennych, alby możliwe były działania prewencyjne - świadomość konstruktorów instalacji wodnych, dobór temperatury wody, materiałów. Identyfikacja i usuwanie patogenów.
Źródła:
http://lab-all.com/artykul-czytaj/56/pirosekwencjonowanie-sekwencjonowanie-w-czasie-rzeczywistym
Wikipedia: Neglerioza, Naegleria fowleri, Prątek gruźlicy, Mykobakterioza,Choroba legionistów, Legionella, Test immunofluorescencyjne, Filtracja, Mikrofiltracja, Ultrafiltracja
Streszczenia artykułów otrzymanych od pozostałych osób z grupy.