Факторы выживания популяций сальмонелл в водной среде и их взаимоотношения с некоторыми гидробионтами: Электронно-микроскопическое исследование

Актуальность проблемы. Ухудшение эпидемиологической обстановки в России по кишечным инфекциям в последние годы указывает на необходимость усиления контроля качества водных источников. # Эффективность санитарно-эпидемиологического контроля водных объектов должна базироваться не только на соблюдении существующих микробиологических критериев оценки качества воды, изложенных в документах санитарного законодательства, но и на фундаментальных исследованиях, способствующих совершенствованию индикации патогенных и потенциально патогенных микроорганизмов в водных экосистемах. Особенно это важно в свете новой концепции о возможности сапрофитического существования в окружающей среде микроорганизмов, патогенных для человека и животных.

Данная концепция построена на изучении поведения микроорганизмов на ^ популяционном уровне, то есть в сообществах. Это является основополагающим подходом при изучении экологии бактерий как в организме человека и животных, так и во внешней среде.

Экология бактерий является одним из фундаментальных разделов биологии, изучающих взаимодействие микроорганизмов с окружающей средой. Водные экосистемы по богатству и разнообразию микроорганизмов патогенных и потенциально-патогенных для человека и животных не уступают почвенным и наземным. Так, по данным литературы известно, что микрофлора озерной и прудовой воды представлена всеми основными родами энтеробактерий [67], однако, наиболее устойчивыми из них являются сальмонеллы [70].

Факторы, способствующие длительной персистенции сальмонелл в водных экосистемах сложны, изменчивы и мало изучены. По данным литературы известно, что выживаемость сальмонелл в воде сопровождается изменением их биологических свойств.

В этой связи актуальным является изучение факторов выживания популяций сальмонелл в среде обитания. Помимо этого, важным является изучение возможных путей для сохранения и выживания сальмонелл в водной среде, благодаря их взаимодействию с различными гидробионтами, которое проявляется не только в виде модели «хищник-жертва», а имеют сложную симбиотическую природу. По данным литературы известно, что именно симбиотическое взаимодействие патогенных микроорганизмов с представителями биоценоза различных естественных экосистем позволяет им выживать в среде обитания в межэпидемические периоды [42].

Цель работы. Изучить факторы выживания популяций сальмонелл, способствующие их длительной персистенции в водных экосистемах.

Для решения этой проблемы были поставлены следующие задачи:

1. Разработать методические подходы к исследованию существования популяции S. typhimurium в воде in vitro;

2. Разработать методические подходы к исследованию взаимоотношений популяции S. typhimurium в воде с некоторыми гидробионтами (водорослями, инфузориями, червями и дафниями) in vitro;

3. Изучить морфологические свойства популяции S. typhimurium из проб воды in vitro с использованием методов сканирующей электронной микроскопии при различных температурных режимах;

4. Провести исследование биохимических свойств S. typhimurium из проб воды in vitro при различных температурных режимах;

5. Провести сравнительный анализ биологических свойств музейной культуры S. typhimurium из проб воды in vitro и сальмонелл, выделенных из воды поверхностных водоемов;

6. Изучить морфологические свойства популяции S. typhimurium при их взаимоотношении с гидробионтами in vitro.

Научная новизна. Разработаны методические подходы к исследованию биологических свойств популяции 8.1урЫтигшт в воде как изолировано, так и при взаимодействии с водорослями, инфузориями, червями, дафниями с применением методов сканирующей электронной микроскопии и биохимической идентификации в микротестсистеме.

Экспериментальными исследованиями показано, что основным фактором выживания популяций сальмонелл в водной среде является их популяционная изменчивость, обеспечивающая им жизнеспособность и устойчивость к воздействию абиотических и биотических факторов в условиях их сапрофитического существования в водной среде.

Популяционная изменчивость сальмонелл в водной среде независимо от влияния абиотических факторов обеспечивает персистенцию в популяциях как в микроколониях, закрытых покровами, так и в виде клеток сферопластного типа и Ь-форм, объединенных общими чехлами, что способствует защите клеток от воздействия абиотических факторов среды обитания.

Установлена корреляция между морфологическими изменениями клеток сальмонелл и изменением их биохимических свойств по ряду ферментов.

Другим фактором выживания популяций сальмонелл в водной среде является их способность к симбиотическим взаимоотношениям с одноклеточными водорослями, инфузориями, червями и дафниями, о чем свидетельствовали процессы адгезии и колонизации бактерий к поверхностям гидробионтов. Показана способность клеток сальмонелл к размножению на хитиновом покрове дафний при низких температурах, что указывает на возможность длительной персистенции сальмонелл на поверхностях низших ракообразных.

Практическая значимость работы. Разработана методика подготовки препаратов для сканирующей электронной микроскопии, позволяющая изучать популяции бактерий при их взаимоотношениях с гидробионтами.

На основании результатов исследований разработаны и утверждены «Методические рекомендации по изучению морфологических и ферментативных свойств популяций сальмонелл, выделенных из воды», утвержденные РАСХН 06.04.2004. Данная методика предназначена для совершенствования методов идентификации сальмонелл при выделении их из проб различных водных источников.

Исследования по теме данной диссертационной работы были проведены в лаборатории санитарной микробиологии ВНИИВСГЭ. За помощь в работе приношу глубокую благодарность всем сотрудникам лаборатории.

По характеру работы мы были связаны с сотрудниками лаборатории санитарной микробиологии и паразитологии НИИЭЧиГОС им. А. Н. Сысина РАМН, а также лаборатории микробных сообществ Института микробиологии РАН. За помощь в работе приношу глубокую благодарность кандидату биологических наук Артемовой Т. З., кандидату биологических наук Ивановой JI.B., а также кандидату биологических наук Лысенко A.M.

Приношу сердечную благодарность своему научному руководителю доктору биологических наук, профессору Павловой Инне Борисовне за помощь и внимательное руководство к нашей работе.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ГЛАВА 1.

САПРОФИТИЧЕСКОЕ СУЩЕСТВОВАНИЕ ПАТОГЕННЫХ БАКТЕРИЙ В РАЗЛИЧНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ.

Процесс существования патогенных бактерий в естественных экосистемах в настоящее время мало изучен. На самом деле автономное обитание в почве или воде многих патогенных бактерий и грибов, вызывающих инфекционные болезни человека и животных, закономерные и многообразные связи с почвенными и водными организмами делают их полноправными сочленами естественных экосистем — главным образом, почвенных и водных. Данная сапрофитическая фаза существования патогенных бактерий (сапронозы) осуществляется благодаря одним и тем же биологическим законам, но менее изучена, чем антропонозы и зоонозы.

Одним из первых идею «внечеловеческого» существования возбудителей инфекционных заболеваний высказал Д. К. Заболотный: в 1899 году он писал, что «различные породы грызунов, по всей вероятности, представляют в природе ту среду, на которой сохраняются различные бактерии» [29]. Как итог обобщения накопленных фактов E.H. Павловский [56] сформулировал учение о природной очаговости болезней человека. Поначалу, учение E.H. Павловского охватывало трансмиссивные инфекции с наземными паразитарными системами замкнутого типа, представленными обязательной триадой «возбудитель-переносчик-носитель». В дальнейшем, развитие учения привело к пониманию того, что «патобиоценоз» может включать как два компонента паразитарной системы, обеспечивающие циркуляцию возбудителя (теплокровные носители и членистоногие переносчики), так и лишь один компонент — только теплокровных животных [57, 58].

Новый этап развития учения о природной очаговости болезней исторически связан с работой Терских В. И. [81] о сапронозах, природными резервуарами возбудителей которых служат субстраты внешней среды. Бурное развитие исследований по экологии патогенных микроорганизмов в окружающей среде в 70−90-е годы прошлого столетия и до наших дней укрепило учение о сапронозах, одновременно соединив его с концепцией природной очаговости болезней.

В настоящее время имеются работы отечественных и зарубежных исследователей, изучающих способность некоторых патогенных бактерий выживать в окружающей среде в составе почвенных и водных экосистем, в растениях и на различных субстратах, способствующих сохранению и, нередко, размножению патогенных микроорганизмов [3, 13, 42, 54, 66, 80 и многих других]. Однако, стратегия адаптации возбудителей инфекционных заболеваний человека и животных в среде обитания остается недостаточно изученной.

В этой связи, значительный интерес представляет концепция адаптивной саморегуляции бактериальных популяций за счет их гетерогенности и способности переходить в Ь-формы. Кроме того, особый интерес представляет вопрос изучения биоценотических взаимоотношений патогенных бактерий с гидробионтами водных, а также представителями биоценоза почвенных экосистем, играющих, по-видимому, важную роль в выживании бактерий в условиях окружающей среды.

7.

Заключение

129.