Введение
Бактерия
Фекальный колиформ (англ. fecal coliform) – факультативно анаэробная, палочковидная, грамотрицательная, не образующая спор бактерия. Колиформные бактерии обычно встречаются в кишечнике теплокровных животных. Фекальные колиформы способны расти в присутствии желчных солей или подобных поверхностно-активных веществ, не проявляют активности в реакции оксидазы и образуют кислоту и газ из лактозы в течение 48 часов при 44 ± 0,5°C. Термин «термотолерантный колиформ» является более точным и постепенно заменяет термин «фекальный колиформ». Колиформные бактерии включают роды, происходящие из фекалий (например, Escherichia), а также роды, не имеющие фекального происхождения (например, Enterobacter, Klebsiella, Citrobacter). Данный анализ предназначен для индикации фекального загрязнения, в частности, для выявления E. coli, который служит индикаторным микроорганизмом для других патогенов, потенциально присутствующих в фекалиях. Обнаружение фекальных колиформ в воде не обязательно является прямым признаком вреда и не всегда свидетельствует о наличии фекалий. Некоторые заболевания, передающиеся через воду, которые могут сопровождаться фекальным колиформным загрязнением, включают инфекции уха, дизентерию, брюшной тиф, вирусный и бактериальный гастроэнтерит и гепатит А.
Влияние на окружающую среду
Необработанные органические вещества, содержащие фекальные колиформы, могут нанести вред окружающей среде. Аэробное разложение этих веществ может привести к снижению уровня растворенного кислорода при сбросе в реки или водоемы. Это может снизить содержание кислорода до уровня, смертельного для рыб и других водных организмов. Для снижения концентрации фекальных колиформ в сточных водах может потребоваться использование хлора и других дезинфицирующих химикатов или УФ-обеззараживание. Эти вещества уничтожают фекальные колиформы и болезнетворные бактерии, но также убивают бактерии, необходимые для поддержания баланса в водной среде, что ставит под угрозу выживание видов, зависящих от них. Таким образом, более высокий уровень фекальных колиформ требует применения более высоких доз хлора, что представляет угрозу для водных организмов.
Удаление и обработка
Фекальные колиформы, как и другие бактерии, обычно подавляются кипячением воды, обработкой хлором или УФ-дезинфекцией. Тщательное мытье с мылом после контакта с загрязненной водой также может помочь предотвратить инфекции. При тестировании на фекальные колиформы всегда следует надевать перчатки. Коммунальные службы, обеспечивающие общественное водоснабжение, как правило, осуществляют мониторинг и обработку воды для удаления фекальных колиформ. Их также можно удалить с помощью йода.
Мониторинг рисков для общественного здоровья
В водах США, Канады и других стран ведется мониторинг качества воды для защиты здоровья населения. Загрязнение бактериями – один из контролируемых показателей. В США определение фекальных колиформ является одним из девяти тестов качества воды, формирующих общую оценку качества воды в рамках процедуры, используемой Агентством по охране окружающей среды США (EPA). Анализ на фекальные колиформы следует применять только для оценки присутствия фекальных масс в ситуациях, когда колиформы нефекального происхождения встречаются редко.
Анализ
Если для роста созданы подходящие условия, бактерии быстро размножаются. Большинство бактерий лучше всего растут в темной, теплой и влажной среде с наличием питательных веществ. При культивировании на твердой среде некоторые бактерии образуют колонии, которые могут вырасти до размеров, видимых невооруженным глазом. Выращивая и подсчитывая колонии фекальных колиформ из образца воды, можно определить исходное количество бактерий в этом образце. Мембранная фильтрация является предпочтительным методом анализа фекальных колиформ в воде. Образцы для анализа пропускают через фильтр с определенным размером пор (обычно 0,45 микрометра). Микроорганизмы, присутствующие в воде, остаются на поверхности фильтра. Фильтр помещают в стерильную чашку Петри с селективной средой, способствуя росту целевых организмов и подавляя рост нецелевых. Каждая клетка развивается в отдельную колонию, которую можно непосредственно подсчитать, что позволяет определить исходную концентрацию посевного материала. Обычно для анализа воды используют объемы проб 100 мл, которые фильтруются с целью достижения желаемого диапазона плотности колоний от 20 до 60 колоний на фильтр. Загрязненные образцы могут потребовать разбавления для получения "счетной" мембраны. Фильтр помещают в чашку Петри, содержащую агар МФК, и инкубируют в течение 24 часов при 44,5 °C (112,1 °F). Эта повышенная температура оказывает тепловой шок на нефекальные бактерии и подавляет их рост. По мере роста колоний фекальных колиформ они производят кислоту (в результате ферментации лактозы), которая реагирует с анилиновым красителем в агаре, придавая колониям синий цвет. Новые методы обнаружения колиформ основаны на специфических ферментных субстратах, используемых в качестве индикаторов. В этих анализах используется сахар, связанный с красителем, который при взаимодействии с ферментом бета-галактозидазой образует характерный цвет. Фермент бета-галактозидаза является маркером колиформ в целом и может быть определен путем гидролиза специфических для фермента гликозидов, таких как о-нитрофенил-бета-D-галактоза. Анализы обычно включают второй сахар, связанный с другим красителем, который при взаимодействии с ферментом бета-глюкуронидазой образует флуоресцентный продукт. Поскольку E. coli продуцирует как бета-галактозидазу, так и бета-глюкуронидазу, комбинация двух красителей позволяет дифференцировать и количественно определять колиформные бактерии и E. coli в одной пробе. В последнее время химический состав ферментативных соединений для обнаружения был обновлен таким образом, что индикаторный компонент стал окислительно-восстановительно активным, в отличие от более распространенного хромогенного формата, что позволяет электрохимически обнаруживать бактерии-индикаторы фекального загрязнения, такие как E. coli и E. faecalis, без предварительной обработки образца. Поскольку цвет обнаруживаемого соединения не имеет значения, это позволяет проводить обнаружение в сильно окрашенных матрицах.
Требования к испытаниям EPA США
В 1989 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) опубликовало Правило об общем колиформе (TCR), которое внесло существенные изменения в систему мониторинга общественных систем водоснабжения по всей стране. Требования к тестированию согласно TCR 1989 года были более строгими, чем предыдущие. Количество обязательных регулярных анализов на колиформы было увеличено, особенно для небольших водопроводных организаций. Правило также требовало автоматического повторного анализа всех источников, показавших наличие общего колиформа (так называемый мониторинг источников воды по факту обнаружения). В 2013 году EPA пересмотрело TCR, с незначительными корректировками в 2014 году.
Дополнительные ресурсы
Агентство по охране окружающей среды. "Мониторинг и оценка качества воды: фекальные бактерии".