Коли-фаги как индикаторы вирусного загрязнения питьевой воды

1. ДАННЫЕ ЗАРУБЕЖНЫХ И ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ДАННОЙ ПРОБЛЕМЕ

2. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ И ВОДЫ БАССЕЙНОВ, ПРОВЕДЕННЫХ В ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ БАКТЕРИОЛОГИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ ЗА 2008-2010 ГГ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Одной из актуальных проблем в настоящее время является обеспечение населения доброкачественной питьевой водой, что обусловлено неуклонным ростом водопотребления, качественными изменениями водоисточников, подвергающихся практически неконтролируемому антропогенному воздействию. В этих условиях чрезвычайно важное значение приобретает своевременный и адекватный контроль за качеством питьевой воды в отношении вирусного загрязнения.

Известно, что оценка качества питьевой воды с использованием традиционных бактериальных индикаторов в отношении вирусного загрязнения не всегда надежна, что зачастую приводит к неверной оценке эпидемической ситуации. Многочисленные исследования, проведенные за рубежом и в нашей стране свидетельствуют, что рутинные бактериологические анализы недостаточны для оценки безопасности питьевой воды в отношении вирусного загрязнения.

1. Данные зарубежных и отечественных исследований по данной проблеме

В исследованиях P. Paument и соавторов, проведенных на 7 водопроводных станциях в Канаде, показано отсутствие корреляции между обнаружением в очищенной питьевой воде энтеровирусов и бактериальных индикаторов: 7% проб питьевой воды, отвечающей бактериальным стандартам, содержат вирусы коксаки В3, В4, ЕСН07. Аналогичные результаты были получены и рядом отечественных исследователей 2.

Одновременно с усовершенствованием методов прямого вирусологического контроля качества воды, являющихся в достаточной степени дорогостоящими и сложными, исследователи разных стран изучали возможность контроля вирусного загрязнения с помощью косвенных индикаторных микроорганизмов. Основываясь на устойчивости различных представителей микрофлоры к факторам окружающей среды и дезинфекционным средствам, а также учитывая наличие других признаков, необходимых для санитарно-показательных микроорганизмов в качестве индикаторов вирусного загрязнения было предложено использовать следующие альтернативные показатели: фекальные стрептококки, коли-фаги, вирус полиомиелита, клостридии и др. Однако из указанных микроорганизмов только коли-фаги соответствовали требованиям, предъявляемым к индикаторным микроорганизмам, в частности, коли-фаги:

- не патогенны и безопасны для человека;

- имеют единый с энтеровирусами источник поступления в окружающую среду;

- по размерам, строению и физико-химическим свойствам, по устойчивости к факторам окружающей среды и дезинфектантам они наиболее близки к энтеровирусам;

- обнаруживаются по всех объектах, где обнаруживаются кишечные вирусы;

- не размножаются в воде:

- концентрации коли-фагов превышают таковые энтеровирусов;

- методы выделения коли-фагов просты, надежны и доступны любой практической бактериологической лаборатории.

Санитарно-бактериологические и эпидемиологические исследования, проведенные НИИЭЧ и ГОС им А.М. Сысина в городах, расположенных в разных природно-климатических зонах, показали, что динамика изменения процента нестандартных проб по коли-индексу не отражает уровня вирусной контаминации питьевых вод и их эпидемиологической безопасности в отношении возбудителей кишечных вирусных инфекции Статистическая обработка данных исследований выявила наличие прямой достоверной связи между содержанием коли-фагов и энтеровирусов (r = 0,4 при . 0,05). Выявлена прямая достоверная корреляционная связь между процентом выделяемости коли-фагов в питьевой воде, энтеровирусов и уровнем заболеваемости населения вирусным гепатитом А (r = 0,78; . == 0,0124 при . >0,05).

С учетом вышеизложенного коли-фаги в качестве индикатора вирусного загрязнения воды вошли в ряд методических и нормативных документов водно-санитарного законодательства.

Итак, коли-фаги - это бактериальные вирусы, способные лизировать E.coli и формировать при t° = (37±1)°С через (18±2) ч зоны лизиса бактериального газона (бляшки) на питательном агаре.

Определение коли-фагов в питьевой воде заключается в предварительном накоплении их в среде обогащения на культуре E.coli и последующем выявлении зон лизиса (просветления) газона E.coli на питательном агаре. Исследование проводится титрационным методом. По эпидемическим показаниям параллельно проводят прямой метод выделения коли-фагов.

На данный момент времени контроль исходного уровня загрязнения на источниках водоснабжения проводится в собственных лабораториях (согласно программе производственного контроля), а также осуществляется Госсанэпиднадзор согласно ГОСТ 2761-84, а исследование воды перед подачей её в распределительную сеть и в сети на соответствие Сан-Пин 2.1.4.1074-01 на следующие показатели: ОКБ, ТКБ, ОМЧ и коли-фаги.

2. Анализ исследования питьевой воды и воды бассейнов, проведенных в централизованной бактериологической лаборатории за 2008-2010 гг.

При проведении исследований воды бассейнов нашей лабораторией за последние 3 года не было выявлено случаев, когда бы выделение коли-фагов не сопровождалось бы выделением колиформных бактерий (таб. 2). Возможно, это частично объясняется тем, чтo г. Биробиджан снабжается водой питьевой из подземных подруслопых вод, уровень загрязнения которых обычно ниже, чем поверхностных источников водоснабжения.

В апреле 2010 года при исследовании воды из распределительной сети в нашей лаборатории был получен следующий результат: выделены коли-фаги при соответствии данной пробы воды по остальным показателям, нормированным Сан-Пин 2.1.4.1074-01 (табл. № 1)

Это подтверждает теорию о том, что в результате обработки и обеззараживания водопроводной воды хлором или УФО в установленных режимах, как правило, устраняется бактериальное загрязнение, а более устойчивые формы микроорганизмов (в первую очередь вирусы) могут сохраняться и попадать в распределительную сеть.

Данный результат мы получили в апреле, когда происходит массивное таяние снега и исходный уровень загрязнения источников водоснабжения естественно повышается, что привело к возможности прохождения коли-фагов в распределительную сеть после обработки воды.

Исследование воды распределительной сети на наличие коли-фагов и ОКБ 2008г.

Колифаги - это разновидность бактериофагов (вирусов бактерий, заражающих бактериальную клетку, размножающихся в ней и часто вызывающих ее гибель), для которых "хозяевами" (а скорее жертвами) являются колиформные бактерии.

Ни одна из этих групп не встречается в большом количестве в свежих фекалиях человека или животных, но они широко распространены в сточных водах. Они важны как индикаторы загрязнения стоков и в связи с их большей персистентностью (способностью сохранять жизнеспособность вне тела "хозяина") по сравнению с бактериальными индикаторами и поэтому их наличие или отсутствие в воде может служить дополнительным критерием эффективности охраны грунтовых вод и их очистки.

Колифаги - бактериофаги (вирусы бактерии), которые заражают бактериальную клетку, размножаются в ней и убивают её. Обычно колифаги обитают в колиморфных бактериях.
Бактериофаги являются также индикаторами качества воды (степени очистки воды) из-за сходства с кишечными вирусами (энтеровирусами) человека. Они достаточно хорошо обнаруживаются.
Наиболее изучены две группы: соматические колифаги, которые инфицируют штаммы организма - хозяина (E.Coli) через рецепторы клеточных стенок; и F-специфические РНК-бактериофаги, которые инфицируют штаммы E.Coli и родственные бактерии через F- или секс-фимбрии.
Эти группы присутствуют в большом количестве в сточных водах. В свежих фекалиях человека их содержание невелико.
Колифаги также хороши как индикаторы и из-за их большой персистентности (способность сохранять жизнь вне тела "хозяина"). Наличие или отсутствие колифаг – дополнительный критерий эффективности очистки воды.

". Колифаги - бактериальные вирусы, способные лизировать кишечную палочку и формировать зоны лизиса (бляшки) через 18 +/- 2 ч при температуре 37 +/- 1 `C на ее газоне на питательном агаре. Введены в качестве индикаторов более устойчивого к факторам окружающей среды вирусного загрязнения. "

"МУ 2.1.4.1184-03. 2.1.4. Питьевая вода и водоснабжение населенных мест. Методические указания по внедрению и применению санитарно-эпидемиологических правил и нормативов СанПиН 2.1.4.1116-02 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества". Методические указания" (вместе с "Методикой бактериологического контроля емкостей и укупорочных изделий") (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 15.01.2003) (ред. от 07.07.2010)

Показатели	Содержание
Микробное (общее) число	Не более 100 микроорганизмов на 1 мл
Колиформные бактерии (общие)	Полное отсутствие
Термоталерантные живые организмы (одноклеточные)	Не допускается
Колифаги	Не должно быть по бляшкам
Лямбии	Отсутствуют в пробах 50 мг воды
Споры клостидий	Не должно быть в 20 мг воды

Как наглядно видно из таблицы, бактерий, практически не должно быть в воде. Любое присутствие колиформных бактерий в воде или каких других, может вызвать массовые эпидемии. Потому и поставлен запрет на их присутствие. Это может привести к летальному исходу многих людей.

Весь перечень вредных бактерий довольно обширен. Выявить все вредные бактерии в воде сложно, потому и придумали более современные методы анализов - химико-бактериологический, который и помогает выявить вредные палочные бактерии, в том числе. Эти вредоносные примеси можно выявить только в лаборатории. На вкус, цвет и вид выявить их невозможно.

Появляются такие бактерии в любом теплокровном существе. В том числе в кишечнике животных или человека. Откуда же они берутся в воде? Все просто, если в воду попадают фекалии, то развитие таких вредоносных бактерий очень возможно.

Фекалии же могут проникать в воду из сточных канав, выгребных ям, фильтровых траншей. Проявиться они могут даже в колодце, из-за смещения слоев грунта. Человек же эксплуатирующий колодец, может этого и не заметить. Потому и рекомендуют через время делать анализ воды в колодце, если нет качественной очистной системы на участке.

По санитарным нормам колиформных бактерий в воде не должно быть совсем. Потому на станциях водоснабжения всегда есть этап обеззараживания, который как раз и занимается устранением вредных бактериологических примесей.

4.3. Методы контроля. Физические факторы

Методические указания МУК 4.3.2030-05
"Санитарно-вирусологический контроль эффективности обеззараживания питьевых и сточных вод УФ-облучением"
(утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 18 ноября 2005 г.)

Дата введения: с момента утверждения

1. Область применения

1.1. Методические указания устанавливают требования к организации и осуществлению санитарно-эпидемиологического надзора обеззараживания питьевых и сточных вод УФ-облучением в отношении вирусного загрязнения.

1.2. Методические указания предназначены для органов и учреждений Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, осуществляющих государственный санитарно-эпидемиологический надзор (контроль) за обеззараживанием питьевых и сточных вод, а также могут использоваться организациями, деятельность которых связана с проектированием и эксплуатацией УФ-установок.

2. Основные положения

2.1. Вода является важнейшим фактором риска в распространении вирусных инфекций. Более ста различных вирусов, которые с выделениями больных попадают в водные объекты, могут вызывать у человека заболевания разной тяжести - полиомиелит, гепатиты А и Е, серозные менингиты, миокардиты, гастроэнтериты и др. (прилож. 5).

2.2. Значительное количество вспышек кишечных вирусных инфекций, в т.ч. ротавирусных, гепатитов А и Е, обусловлено употреблением недостаточно очищенной или загрязненной воды.

2.3. Концентрация кишечных вирусов в воде колеблется в зависимости от эпидемической обстановки, эффективности очистки и обеззараживания сточных вод и может варьировать от тысяч до десятков тысяч вирионов в литре неочищенной сточной воды и от сотен до тысяч в литре воды поверхностных водоемов в сезон подъема заболеваемости кишечными вирусными инфекциями. В воде водных объектов вирусы могут длительно сохранять свою инфекционную активность (прилож. 5).

2.4. Сроки выживания вирусов в воде зависят от таких факторов, как температура, рН воды, присутствие органических веществ и др. В сильно загрязненных и очень чистых водах длительность сохранения инфекционной активности кишечных вирусов увеличивается. В силу высокой устойчивости в водных объектах, кишечные вирусы могут распространяться на значительные расстояния от источников загрязнения.

2.5. Присутствие вирусов в питьевой воде является чрезвычайно высоким фактором риска, поскольку попадание одной или нескольких вирусных частиц в кишечник человека способно вызвать заболевание.

2.6. При наличии неорганизованных сбросов бытовых сточных вод вирусы обнаруживаются в подземных водоисточниках, в воде которых выживаемость и инфекционная активность энтеровирусов выше по сравнению с поверхностными водоемами.

2.7. Эпидемические вспышки кишечных вирусных инфекций могут наблюдаться в любое время года, однако для большинства инфекций характерна определенная сезонность. Для вирусного гепатита А рост заболеваемости начинается в июле-августе и достигает максимума в октябре-ноябре с последующим снижением в первой половине очередного года. Сезонность вирусного гепатита Е выражена нечетко, вспышки и спорадические случаи могут возникать постоянно в течение года.

2.8. Широкое распространение на всех территориях имеет ротавирусная инфекция. Эпидемический процесс при ротавирусной инфекции характеризуется выраженной зимне-весенней сезонностью, высокой контагиозностью и очаговостью, локальностью домашних очагов, наличием бессимптомного выделения вируса.

2.9. Циркуляция энтеровирусов среди населения имеет выраженную летне-осеннюю сезонность, что коррелирует с их содержанием в сточных водах. Так, максимальное количество штаммов энтеровирусов (32-60%) определяется в августе, сентябре и октябре, минимальное (до 10%) - в весенние месяцы (апрель-май).

2.10. Этапы осветления и обесцвечивания воды на водопроводных сооружениях централизованных систем питьевого водоснабжения не обеспечивают полного удаления вирусов. Эффект задержки ДНК-содержащих колифагов составляет 97-99%, а полиовируса - 83-93% в сравнении с концентрацией в исходной воде. В этой связи необходимо обеззараживание питьевой воды, обеспечивающее 100%-ю инактивацию вирусов.

2.11. Частота выделения вирусов из неочищенных сточных вод может составлять 90-100% от количества исследованных проб при концентрации колифагов до 10 000 БОЕ/100 мл исследуемой воды. После механической очистки частота выделения вирусов может незначительно возрастать за счет дезагрегирования крупных конгломератов и реадсорбции вирусов.

2.12. После этапа биологической очистки на станциях аэрации частота выделения энтеровирусов обычно снижается до 40%, при этом вирусы удаляются на 75% и ДНК-содержащие колифаги - на 90%.

2.13. Этап доочистки на песчаных фильтрах позволяет снизить количество вирусов и колифагов на 98%, что определяет необходимость обеззараживания сточных вод даже после глубокой очистки до нормативных показателей, регламентируемых СанПиН 2.1.5.980-00 "Гигиенические требования к охране поверхностных вод" (количество колифагов в очищенной и обеззараженной сточной воде при отведении в поверхностные водоемы не должно превышать 100 БОЕ/100 мл).

3. Технологические и гигиенические критерии использования УФ-облучения для обеззараживания питьевых и сточных вод

3.1. Для обеззараживания природных и сточных вод используют биологически активную область спектра УФ-облучения с длиной волны от 205 до 315 нм, называемую бактерицидным излучением.

3.2. Максимум вирулицидного действия приходится на область спектра 250-270 нм. Наибольший коэффициент полезного действия в области коротковолнового излучения имеют лампы низкого давления. В лампах этого типа до 95% электрической энергии преобразуется в излучение с длиной волны 254 нм.

3.3. Механизм обеззараживания УФ-облучения основан на повреждении молекул ДНК и РНК вирусов. Фотохимическое воздействие предполагает разрыв или изменение химических связей органической молекулы в результате поглощения энергии фотона. Имеют место также вторичные процессы, в основе которых лежит образование в воде под действием УФ-облучения свободных радикалов, которые усиливают вирулицидный эффект.

3.4. Степень инактивации микроорганизмов под действием УФ-облучения пропорциональна интенсивности излучения (мВт/см2) и времени облучения (с). Произведение интенсивности излучения и времени называется дозой облучения (мДж/см2) и является мерой вирулицидной энергии.

3.5. Основными факторами, влияющими на эффективность обеззараживания природных и сточных вод УФ-облучением, являются:

- чувствительность различных вирусов к действию УФ-облучения;

- степень поглощения УФ-облучения водной средой;

- уровень взвешенных веществ в обеззараживаемой воде.

3.6. Различные виды вирусов при одинаковых условиях облучения различают по степени чувствительности к УФ-облучению. Дозы облучения, необходимые для инактивации отдельных видов вирусов на 99,0-99,9%, приведены в прилож. 6.

3.7. Лампы низкого давления имеют электрическую мощность 2-200 вт и рабочую температуру 40-150°С. В лампах этого типа 30-95% электрической энергии преобразуется в биоцидное излучение с длиной волны 254 нм. Срок службы ламп низкого давления составляет до 15 тыс. ч.

3.8. Лампы высокого давления обладают широким спектром излучения, имеют мощность 50-10 000 вт при рабочей температуре 600-800°С. Они характеризуются относительно низким коэффициентом полезного действия в биоцидном диапазоне (5-10% от потребляемой электрической энергии).

3.9. Проникновение ультрафиолетовых лучей в воду сопровождается их поглощением как самой водой, так и веществами, находящимися в растворенном и взвешенном состоянии. Степень поглощения определяется физико-химическими свойствами обрабатываемой воды, а также толщиной ее слоя. Коэффициенты поглощения УФ природными и сточными водами колеблются в пределах от 0,2 до 0,7. Коэффициенты поглощения УФ питьевой водой, полученной из подземных источников водоснабжения, имеют значения 0,05-0,20, а из поверхностных - 0,15-0,30. Наибольшее влияние на интенсивность поглощения биоцидной энергии оказывают цветность, мутность воды и содержание в ней железа.

3.10. С целью достижения гигиенической надежности, наименьших эксплуатационных и экономических затрат, обеззараживание питьевых, природных и сточных вод необходимо проводить при соответствии их качества параметрам, представленным в табл. 1. В случае превышения допустимых характеристик воды, представленных в табл. 1, хотя бы по одному из показателей, требуется проведение дополнительных санитарно-вирусологических исследований с целью обеспечения эффективного обеззараживания воды в отношении вирусов и выявления величины рабочей дозы облучения для конкретных условий. Необходимую дозу облучения рекомендуется определять по степени инактивации колифагов как индикаторов вирусного загрязнения.

Дозы УФ-облучения в зависимости от качества обрабатываемой воды

Показатели	Содержание
Микробное (общее) число	Не более 100 микроорганизмов на 1 мл
Колиформные бактерии (общие)	Полное отсутствие
Термоталерантные живые организмы (одноклеточные)	Не допускается
Колифаги	Не должно быть по бляшкам
Лямбии	Отсутствуют в пробах 50 мг воды
Споры клостидий	Не должно быть в 20 мг воды