Microbiological analysis of spring water in the Leningrad region

Full Text

СОКРАЩЕНИЯ:

КОЕ – колониеобразующие единицы; МАФАнМ – мезофильные аэробные и факультативно-анаэробные микроорганизмы; ОМЧ – общее микробное число воды; СанПиН – санитарные правила и нормы; ОКБ – общие колиформные бактерии.

ВВЕДЕНИЕ

Микробиом естественных источников питьевой воды вызывает у населения традиционно большой интерес, особенно с учетом региональных особенностей тех областей, которые богаты родниками и подземными резервуарами воды. В качестве источников питьевой воды в городских и промышленных масштабах родниковую воду обычно не используют в силу определенного лимитированного объема воды, поставляемого из подземного резервуара. Кроме того, родниковую воду также необходимо очищать и обеззараживать, как и заборную воду поверхностных водоемов для городского водоснабжения.

Обыватели придерживаются традиционной точки зрения о том, что водопроводная вода более загрязнена химическими и биологическими примесями, чем бутилированная или родниковая вода. В городской среде потребители все чаще используют бутилированную воду, надеясь на ее более высокое качество и безопасность. В настоящее время в продаже имеется несколько видов бутилированной воды: родниковая вода, собранная путем бурения подземных родниковых источников; очищенная вода, полученная путем дистилляции, обратного осмоса или других процессов; минеральная вода, содержащая более 250 частей на миллион растворенных твердых веществ; газированная вода в бутылках, содержащая такое же количество углекислого газа, как и в источнике; артезианская вода или вода из артезианской скважины из замкнутого водоносного горизонта, колодезная вода из отверстий в почве. Жители сельских мест традиционно используют питьевую воду родникового или колодезного происхождения. Родниковая вода относится к подземным водам, к числу которых также относят колодезную воду, воду артезианских источников. По устоявшемуся мнению, родниковые воды представляют собой живые воды, содержащие в своем составе не только определенный состав химических элементов, но и определенные живые связи, способствующие жизнедеятельности человеческого организма. Однако лабораторные методы, применяемые для исследования качества родниковой воды, часто убеждают нас в обратном.

Знания о крупномасштабных закономерностях микробиома родников еще неполны. Присутствие бактерий в источниках воды, используемых для потребления человеком, является серьезной проблемой для органов здравоохранения; тем не менее стандартные микробиологические проверки качества сосредоточены только на патогенных видах и общей микробной нагрузке. В настоящее время родниковую воду можно подвергать санитарно-микробиологическому контролю по нормативам обновленного в 2021 году СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» (введены в действие с 01.03.2021) [1]. Также для оценки микробного разнообразия родниковой воды можно использовать традиционные микробиологические методы определения общего обилия микроорганизмов, кластерный анализ выделенных сапрофитных и санитарно-показательных микроорганизмов, подсчет индексов биоразнообразия. Кроме того, некоторые зарубежные исследователи для изучения микробиома родниковой воды используют высокопроизводительное секвенирование 16S рРНК, в результате чего получают карту микробиома источников воды. Однако данные исследования с применением новейшего оборудования по итогу демонстрируют сходные результаты биоразнообразия микроорганизмов, что и традиционные методы. Так, с помощью секвенирования 16S рРНК воды родников в итальянском исследовании 2022 года [2] было показано, что весной биоразнообразие микробного состава родниковой воды выше, чем зимой. Однако подобные результаты не новы и были получены традиционными методами [3]. В этом аспекте, для определения санитарного благополучия воды, необходимость в сложных генетических исследованиях надуманна, а важность традиционных методов оценки микробного состава воды родников может быть недооценена. Генетические исследования, тем не менее, представляют ценность как источники понимания богатого разнообразия микробных типов, обитающих в подземных водных резервуарах и попадающих в воду из почвенных частиц и организмов. Так, современные источники свидетельствуют о присутствии в воде таких таксонов бактерий и грибов как Planctomycetes, Verrucomicrobia, последний более богат таксонами, принадлежащими к типам Caldiserica, Lentisphaera. Традиционными организмами родниковых вод являются Desulfobacterota, члены таксонов Oligoflexia и Myxococcota. Довольно широко представлены бактерии рода Leptospirillum, окисляющего железа, бактерии линии Elusimicrobia, широко распространенные в окружающей среде и не связаны с хозяином, хемотрофные бактерии порядков Thiotrichales, Desulfobulbales, рода Gallionella, приспособленные к условиям с низким содержанием кислорода и другие хемолитотрофные виды. Эти таксоны демонстрируют значительную корреляцию с параметрами окружающей среды.

В санитарно-микробиологом аспекте наибольший интерес представляют Proteobacteria. Обнаружение в воде родников генома бактерий Campylobacterales – представители кишечных трактов животных свидетельствуют о значительном загрязнении природных почв выделениями животных, что связано с расширением сельскохозяйственных ферм по разведению крупного и мелкого рогатого скота. Бактерии Flavobacteria часто обнаруживаются в природных водах, как правило, их численность коррелирует с количеством органического вещества в воде. Неожиданная находка итальянских авторов касалась генома порядка Chlamydiales, бактерии которого являются облигатными внутриклеточными паразитами. Их обнаружение скорее всего связано с обитанием в почве и воде родников их симбионтов из числа представителей простейших [2]. Это же присутствие генома порядка Chlamydiales обнаружено в глубоководных отложениях океана [4], что предполагает аналогичную ситуацию и в подземных водах. Таким образом, генетические методы обогащают наши знания об особых видах микроорганизмов, находящихся в составе родниковой воды.

Бесспорным фактом является то, что мониторинг родниковой воды должен включать комплекс физико-химических исследований и санитарно-микробиологической анализ качества воды. Физико-химический анализ водных источников проводили на основании литературных источников.

Цель работы: исследование состояния воды подземных источников Ленинградской области на основе микробиологических показателей.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследование водопроводной питьевой воды на соответствие СанПиН, проводили согласно нормативному документу – Методические указания 4.2.1018-01.4.2. «Методы контроля. Биологические и микробиологические факторы. Санитарно-микробиологический анализ питьевой воды».

Объекты исследования: родники Приозерского района Ленинградской области. 1 – родник пос. Починок; 2 – родник пос. Ромашки; 3 – родник пос. Мельничный ручей. Родники № 1 и 2 обустроены, расположены на небольшой возвышенности. Растительность – ивняк, ольха, березняк, подстилка – брусничник, черничник, другие травы. Родник № 2 расположен на территории фермы в непосредственной близи от федеральной трассы. Родник № 3 – обустроен колонкой, расположен в низине, в лесной полосе. Санитарный контроль родников отсутствует. Обслуживается местными жителями.

Отбор проб воды для микробиологических исследований осуществляли в соответствии с Методическими указаниями (МУК), МУК 4.2.1018-01 в стерильную тару. Перед забором проб фламбировали выход из трубы или колонки. Воду доставляли в микробиологическую лабораторию, с момента отбора проб до проведения анализа проходило не более 2,5 часов.

Определяли в воде общее число мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов в 1 мл воды – общее микробное число (ОМЧ), способных образовывать колонии на питательном агаре при температуре 37 °C в течение 24 ч, видимые с увеличением в 2 раза; определяли наличие обобщенных колиформных бактерий в 100 мл воды, наличие сульфитредуцирующих клостридий, определяли наличие бактериофагов. Анализ проводили в двух повторностях, результаты посевов учитывали, суммировали и делили на 2, выражали результат в КОЕ/мл. При обнаружении характерных для санитарно-показательных микроорганизмов, проводили высев на дифференциально-диагностические питательные среды, культивировали при температуре 37 °C в течение 24 ч, микроскопировали выросшие колонии. При необходимости получали чистую культуру и проводили идентификацию до рода.

Анализ проводили в осенне-зимний и весенне-летний периоды 2021–2022 годов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В таблице 1 представлены результаты исследования общего количества микроорганизмов в воде подземных источников, определенного в воде за период 2021–2022 годов по сезонам года.

 

Табл. 1. Количество МАФАнМ в воде подземных источников за период 2021–2022 годов / Table 1. The number of MAFAnM in the water of underground sources for the period 2021–2022

Родник	Норматив по СанПиН, не более КОЕ/мл	Сезон отбора проб	МАФАнМ, КОЕ/мл
Родник № 1	Не более 50	Осенне-зимний	9 ± 2
		Весенне-летний	14 ± 3
Родник № 2		Осенне-зимний	42 ± 8
		Весенне-летний	58 ± 14
Родник № 3		Осенне-зимний	5 ± 1
		Весенне-летний	8 ± 1

 

Наглядное представление результатов на рис. 1. Общее микробное число воды показывает, насколько благоприятны или неблагоприятны условия для жизни микробов. Высокое микробное число свидетельствует об общей бактериологической загрязненности воды и о высокой вероятности наличия патогенных организмов. Внезапное увеличение числа колоний при анализе воды из подземного водоисточника может служить ранним сигналом загрязнения водоносного горизонта и о его неблагополучном санитарном состоянии, которое способствует размножению микроорганизмов из-за накопления органических веществ или негерметичности, влекущей за собой подсос загрязненных грунтовых вод.

 

Рис. 1. Сравнение количества микроорганизмов в воде родников Ленинградской области / Fig. 1. Comparison of the number of microorganisms in the water of springs in the Leningrad region

 

Следует отметить сопоставимость результатов, полученных при анализе родниковой и водопроводной воды г. Санкт-Петербурга, где численность бактерий в зависимости от района исследований варьировала в пределах от 17 ± 4 до 39 ± 4 КОЕ/мл, однако не превышала установленных СанПиНом пределов [5].

В наших исследованиях был зафиксирован закономерный рост численности микроорганизмов при переходе от зимнего к весеннему сезону, что связано с увеличением активности всего почвенно-водного сообщества при повышении температуры окружающей среды. Количество микроорганизмов в родниках № 1 и 3 было в пределах нормы, регламентируемой СанПиНом, что свидетельствует о санитарном благополучии родниковой воды и пригодности ее для питьевых нужд. Однако в воде родника № 2 было обнаружено превышение численности микроорганизмов, что связано с расположением родника – он расположен на территории, где содержатся сельскохозяйственные животные и расположен близко к федеральной трассе. Общее загрязнение, сопутствующее федеральной дороге и животноводческим фермам, отражается на качестве родниковой воды.

Анализ воды по показателю обобщенных колиформных бактерий (ОКБ) представлен в табл. 2.

 

Табл. 2. Наличие ОКБ в воде подземных источников за период 2021–2022 годов / Table 2. The presence of OKB in the water of underground sources for the period 2021–2022

Родник	Норматив по СанПиН	Сезон отбора проб	ОКБ
Родник № 1	отсутствие в 100 мл	Осенне-зимний	Не обн.
		Весенне-летний	Не обн.
Родник № 2		Осенне-зимний	Не обн.
		Весенне-летний	Обнаружено
Родник № 3		Осенне-зимний	Не обн.
		Весенне-летний	Не обн.

 

Появление бактерий группы ОКБ свидетельствует о фекальном загрязнении. Бактерии семейства Enterobacteriaceae являются условно-патогенными или патогенными бактериями и могут вызывать серьезные инфекции и пищевые отравления. Обнаружение в родниках обобщенных колиформных бактерий говорит о неблагополучном состоянии родников в санитарно-эпидемиологическом отношении. В этом случае, на основании обнаружения ОКБ в воде родника № 2 свидетельствует о нарушении фильтрующей способности почвы и попадании опасных микроорганизмов в воду. Пить такую воду без термообработки опасно.

Ни в одном из исследованных родников не были обнаружены сульфитредуцирующие клостридии и бактериофаги. Этот факт, в свою очередь, свидетельствует о том, что загрязнение, выявленное в воде родника № 2, являлось недавним.

В воде исследуемых родников были обнаружены и другие формы микроорганизмов (табл. 3).

 

Табл. 3. Микробиологический состав родниковой воды / Table 3. Microbiological composition of spring water

Название родника	Состав бактерий
Родник № 1	Грам ± палочки
Родник № 2	Грам+-кокки, грам ± палочки
Родник № 3	Грам ± палочки

 

Таким образом, в составе морфологических форм были обнаружены грамположительные кокки и грамположительные палочки. Представители данных бактерий могут быть сапротрофными представителями родов Micrococcus sp., Bacillus sp. – типичными обитателями почв – естественной фильтрующей системы подземных вод.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В современных условиях урбанизации одной из самых актуальных проблем, от решения которой зависит жизнедеятельность человека и других живых организмов, является проблема антропогенного загрязнения. Оценка качества родниковой воды на основе микробиологических показателей – важная задача, поскольку обывательский интерес населения к использованию родниковых вод для питьевых нужд по-прежнему высок. При этом качество пресной и подземной воды с каждым годом ухудшается, во многих регионах водопроводная вода обладает неприятным запахом, чаще хлорным или технического происхождения, имеет желтый оттенок, вкусовые качества также оставляют желать лучшего, да и микробное содержание свидетельствует о неблагополучии воды, поэтому население начинает использовать воду подземных источников, зачастую даже не зная, соответствует ли такая вода требованиям, определенным для питьевой воды. Именно поэтому проведенные исследования необходимы и могут лечь в основу для сохранения здоровья населения, а также послужить основой для подбора новых критериев экологического нормирования. В работе были исследованы три популярных среди населения подземных источника Приозерского района Ленинградской области, один родник (пос. Ромашки) не соответствует санитарно-микробиологическим нормативам.

В связи с актуальностью проблемы качества вод подземных источников области и отсутствием региональных мониторинговых мероприятий за состоянием питьевых вод нецентрализованного водоснабжения, представляется необходимым проведение санитарно-микробиологического, гидрохимического и паразитологического анализа большего числа подземных источников.

Как видно из исследований, показатели СанПиН микробиологического контроля питьевой воды применимы в исследованиях качества подземных, в том числе родниковой воды.

About the authors

Olga Yu. Bogdanova

Saint Petersburg Chemical and Pharmaceutical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: olga.bogdanova@pharminnotech.com
SPIN-code: 7128-2813

Ph.D. in Biological Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Micro-biology

Russian Federation, Saint Petersburg

Tatiana F. Chernykh

Saint Petersburg Chemical and Pharmaceutical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: ode9gova.t@yandex.ru

D.Sc. in Pharmaceutical Sciences, Professor, Professor of the Department of Microbiology

Russian Federation, Saint Petersburg

References

Supplementary files