Введение

Бактериологический анализ воды – это метод анализа воды для оценки количества присутствующих бактерий и, при необходимости, для определения их вида. Он является одним из аспектов оценки качества воды. Это микробиологическая процедура, использующая пробы воды для определения концентрации бактерий в них. На основании этих концентраций можно сделать выводы о пригодности воды для конкретного использования. Эта процедура, например, регулярно используется для подтверждения безопасности воды для питья или для купания и рекреационных целей. Интерпретация результатов и пороговые значения для различных типов воды варьируются в зависимости от ее назначения. В то время как для питьевой воды установлены очень строгие требования, для морских вод, используемых для купания, они более мягкие, поскольку предполагается, что пользователи проглатывают гораздо меньшее количество воды.

Подход

Общей чертой всех этих стандартных процедур контроля является то, что первичный анализ проводится на индикаторные организмы, а не на патогены, которые могут вызывать опасения. Индикаторными организмами являются бактерии, такие как неспецифические колиформы, Escherichia coli и Pseudomonas aeruginosa, которые очень часто встречаются в кишечнике человека или животных и обнаружение которых может указывать на загрязнение сточными водами. Индикаторные организмы используются, поскольку даже при заражении человека более патогенными бактериями, он все равно выделяет их в миллионы раз меньше, чем индикаторных организмов. Следовательно, обоснованно полагать, что при низком уровне индикаторных организмов уровень патогенов будет значительно ниже или отсутствовать вовсе. Оценка пригодности воды для использования основывается на обширной практике и связана с вероятностью того, что любая проба бактериальной популяции может быть инфекционной с приемлемым уровнем статистической достоверности. Анализ обычно выполняется с использованием культивирования, биохимических и иногда оптических методов. Если уровень индикаторных организмов превышает установленные пороговые значения, проводится специфический анализ на патогены, которые могут быть быстро обнаружены (при подозрении) с помощью специальных методов культивирования или молекулярной биологии.

Методологии

Наиболее надежными методами являются метод прямого подсчета на чашках Петри и метод мембранной фильтрации. mEndo Agar используется в методе мембранной фильтрации, а VRBA Agar – в методе прямого подсчета на чашках Петри. VRBA расшифровывается как фиолетово-красный желчный агар. Это среда, содержащая желчные соли, которые стимулируют рост грамотрицательных бактерий и обладают ингибирующими свойствами по отношению к грамположительным, хотя и не обеспечивают полной ингибции. Эти среды содержат лактозу, которая обычно ферментируется лактозоположительными бактериями, образуя колонии, которые можно идентифицировать и характеризовать. Лактозоположительные бактерии образуют окрашенные колонии, а лактозоотрицательные – бесцветные. Поскольку анализ всегда основан на очень маленьком объеме образца, взятом из большого объема воды, все методы опираются на принципы статистики.

Метод с множественными трубками

Один из старейших методов называется методом множественных пробирок. В этом методе измеренный субпробный образец (например, 10 мл) разбавляется 100 мл стерильной питательной среды, после чего аликвота объемом 10 мл переносится в каждую из десяти пробирок. Оставшиеся 10 мл затем снова разбавляются, и процесс повторяется. После 5 последовательных разведений получается 50 пробирок, охватывающих диапазон разведений от 1:10 до 1:10000. Затем пробирки инкубируют при заданной температуре в течение определенного времени, и в конце процесса подсчитывается количество пробирок с ростом для каждого разведения. Для определения концентрации микроорганизмов в исходном образце используются статистические таблицы. Этот метод можно улучшить, используя индикаторную среду, которая меняет цвет при наличии кислотообразующих видов, а также добавляя крошечную перевернутую пробирку, называемую трубкой Дурхама, в каждую пробирку с образцом. Трубка Дурхама служит для улавливания образующихся газов. Образование газа при 37 градусах Цельсия является надежным признаком присутствия Escherichia coli.

Испытание АТФ

АТФ-тест – это процесс быстрого измерения активных микроорганизмов в воде путем обнаружения аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ – это молекула, содержащаяся только в живых клетках и вокруг них, и поэтому она является прямым показателем биологической концентрации и жизнеспособности. Количество АТФ определяется путем измерения света, образующегося в результате реакции с природным ферментом люциферазой светлячков с помощью люминометра. Интенсивность излучаемого света прямо пропорциональна количеству биологической энергии в образце. АТФ-тесты второго поколения специально разработаны для применения в сфере водоснабжения, очистки сточных вод и в промышленности, где образцы, как правило, содержат различные компоненты, способные мешать проведению АТФ-анализа.

Количество пластинок

Метод подсчета колоний основан на росте бактерий в колонии на питательной среде, чтобы колония стала видимой невооруженным глазом и можно было подсчитать количество колоний на чашке Петри. Для достижения эффективности необходимо подобрать разведение исходного образца таким образом, чтобы в среднем вырастало от 30 до 300 колоний целевой бактерии. Менее 30 колоний делает интерпретацию статистически необоснованной, а более 300 колоний часто приводит к перекрытию колоний и неточности подсчета. Для обеспечения получения подходящего количества колоний обычно культивируют несколько разведений. Этот подход широко используется для оценки эффективности обработки воды путем инактивации типичных микробных загрязнителей, таких как E. coli, в соответствии со стандартом ASTM D5465. Лабораторная процедура включает последовательные разведения образца (1:10, 1:100, 1:1000 и т.д.) в стерильной воде и культивирование этих разведений на питательном агаре в чашке Петри, которую затем герметизируют и инкубируют. Типичные среды включают агар для общего подсчета колоний или агар МакКонки для подсчета грамотрицательных бактерий, таких как E. coli. Обычно один набор чашек Петри инкубируют при 22 °C в течение 24 часов, а второй набор – при 37 °C в течение 24 часов. Состав питательной среды обычно включает реагенты, подавляющие рост нецелевых организмов и облегчающие идентификацию целевого организма, часто посредством изменения цвета среды. Некоторые современные методы включают флуоресцентный агент для автоматизации подсчета колоний. В конце периода инкубации колонии подсчитывают визуально, что занимает несколько минут и не требует микроскопа, поскольку колонии обычно имеют диаметр в несколько миллиметров.

Мембранная фильтрация

Большинство современных лабораторий используют усовершенствованный метод подсчёта общего числа колониеобразующих единиц, при котором серийные разведения образца вакуумно фильтруются через специальные мембранные фильтры, которые затем помещают на питательную среду в герметичных чашках Петри. Методология в остальном аналогична традиционному подсчёту общего числа колоний. На мембранах нанесена миллиметровая сетка, позволяющая надежно подсчитывать количество колоний под бинокулярным микроскопом.

Метод литья на пластине

Когда анализ направлен на выявление бактериальных видов, плохо растущих на воздухе, первоначальный анализ проводится путем смешивания серийных разведений образца в жидком питательном агаре, который затем разливают в бутылки, герметично закрывают и укладывают на бок для создания наклонной агаровой поверхности. После инкубации колонии, выросшие в теле среды, можно подсчитать визуально. Общее количество колоний называется общим количеством жизнеспособных клеток (TVC). Единицей измерения является КОЕ/мл (колониеобразующие единицы на миллилитр) и относится к исходному образцу. Расчет производится путем умножения подсчитанного количества колоний на коэффициент разведения.

Анализ патогенов

Когда в образцах обнаруживается повышенный уровень бактерий-индикаторов, часто проводят дополнительный анализ для выявления конкретных патогенных бактерий. К видам, которые обычно исследуются в умеренном климатическом поясе, относятся Salmonella typhi и Salmonella Typhimurium. В зависимости от предполагаемого источника загрязнения, исследование может быть расширено и на такие организмы, как Cryptosporidium spp. В тропических регионах также регулярно проводят анализ на наличие Vibrio cholerae.