Понимание роли тотальной кишечной палочки и E. Coli в безопасности воды

Связь между бактериями кишечной палочки и здоровьем человека не всегда прямая. Большинство кишечных палочк являются безвредными организмами окружающей среды. Однако их присутствие сигнализирует о том, что существуют пути, через которые опасные патогены могут попадать в водоснабжение. Когда обнаружена кишечная палочка E. coli , предупреждение становится срочным, поскольку оно подтверждает фекальное загрязнение. Эта статья расширяет роль общего кишечного кишечного тракта и E. coli тестирование, охватывающее науку, стоящую за методами обнаружения, нормативными стандартами, практическими последствиями для различных источников воды и многоуровневым подходом, необходимым для поддержания безопасности воды в долгосрочной перспективе.

Полные кишечные бактерии: экологические показатели с существенными ограничениями

Общие бактерии колиформы охватывают широкую группу организмов, которые имеют определенные биохимические характеристики. Они являются грамотрицательными, неспорообразующими стержнями, которые ферментируют лактозу с образованием газа в течение 48 часов при 35 ° C. Эта группа включает такие роды, как Escherichia , Klebsiella , Enterobacter и Citrobacter . В то время как некоторые из этих бактерий происходят в кишечнике теплокровных животных, многие из них повсеместно встречаются в почве, разлагающейся растительности и поверхностных водах. Это присутствие окружающей среды является как силой, так и ограничением при использовании общих колиформ в качестве показателей качества воды.

Почему полные кишечные палочки используются в качестве инструментов для скрининга

Основным преимуществом тестирования на общую кишечную палочку является чувствительность. Поскольку эти бактерии распространены в окружающей среде, их обнаружение в обработанной питьевой воде часто сигнализирует о нарушении физических или химических барьеров, предназначенных для защиты водоснабжения. Положительный общий результат кишечной палочки может указывать на то, что:

• Источник воды был затронут поверхностным стоком или мелководной инфильтрацией подземных вод.
• Система распределения имеет утечку или перекрестное соединение, которое позволяет проникать необработанной воде.
• Дезинфекционные процессы недостаточны или прерваны.
• Биопленка внутри труб была нарушена, высвобождая бактерии в поток воды.

В действительности, полные колиформы действуют как трипвайр. Их присутствие вызывает более глубокое исследование. Однако, поскольку многие полные колиформы не имеют фекального происхождения, один только положительный результат не подтверждает риск для здоровья. Однако он требует последующего тестирования специально для E. coli и оценки целостности системы.

Ограничения общего теста на колиформу

У некоторых полных колиформ есть недостатки. Некоторые полные колиформы могут выжить и даже расти в системах распределения воды, образуя биопленки, которые генерируют прерывистые положительные результаты без указания недавнего загрязнения. Это может привести к ненужным рекомендациям по кипячению воды или путанице в отношении истинного источника проблемы. Кроме того, некоторые патогены, такие как вирусы и простейшие, более устойчивы к дезинфекции, чем бактерии кишечной палочки. Образец воды, свободный от полных колиформ, все еще может таить в себе эти угрозы. По этой причине общее тестирование кишечной палочки наиболее эффективно в сочетании с другими стратегиями мониторинга, включая измерения мутности, остаточные проверки хлора и периодическое тестирование на конкретные патогены, когда присутствуют факторы риска.

E. coli: окончательный маркер фекального загрязнения

E. coli является членом группы кишечной палочки, но имеет особое значение, поскольку его основной средой обитания является желудочно-кишечный тракт теплокровных животных.E. coli безвредны и являются частью нормальной кишечной флоры, некоторые штаммы, такие как O157:H7, могут вызывать тяжёлые заболевания.E. coli в воде указывает на то, что в источник попало фекальное вещество, что означает, что в него вошли другие фекальные патогены — Salmonella, Shigella, Campylobacter, и Giardia — также могут присутствовать.

Риски для здоровья населения, связанные с кишечной палочкой в воде

Потребление или контакт с водой, содержащей E. coli, представляет реальный риск для здоровья. Симптомы инфекции варьируются от легкого желудочно-кишечного расстройства до тяжелых состояний, таких как геморрагический колит и гемолитический уремический синдром, которые могут быть опасными для жизни, особенно у детей и пожилых людей. Вспышки, связанные с E. coli загрязнением питьевой воды, произошли в сообществах, полагающихся на необработанные грунтовые воды, частные колодцы и даже муниципальные системы после сбоев инфраструктуры. По данным Центров США по контролю и профилактике заболеваний (CDC), вспышки заболеваний, передаваемых через воду, в общественных системах водоснабжения часто связаны с событиями загрязнения, которые могли быть обнаружены ранее с помощью рутинного E. coli мониторинга.

Помимо острых заболеваний, повторное воздействие фекальных загрязнителей в воде на низком уровне может способствовать хроническим проблемам со здоровьем и подрывать доверие общества к водоснабжению. Своевременное обнаружение E. coli позволяет принимать немедленные защитные меры, такие как кипячение воды, выдача публичных уведомлений и инициирование протоколов экстренной дезинфекции.

Отличие E. coli от других колиформ

Лабораторные методы отличают E. coli от других колиформ с помощью биохимических тестов.E. coli производит фермент β-глюкуронидазу, который расщепляет конкретный субстрат для получения флуоресцентного или хромогенного сигнала. Эта реакция является основой для многих современных ферментативных тестов, которые могут одновременно обнаруживать полные колиформы и E. coli в течение 18-24 часов. Специфика этого ферментативного обнаружения означает, что даже низкие уровни E. coli могут быть точно идентифицированы, что делает его мощным инструментом для оценки безопасности воды.

Методы тестирования: от сбора образцов до лабораторного анализа

Точные испытания воды зависят от правильного сбора, обработки и анализа проб.Загрязнение, вносимое во время отбора проб, может давать ложные срабатывания, а задержки в обработке могут позволить бактериальным популяциям смещаться, маскируя истинное состояние воды на момент сбора.

Протоколы сбора образцов

Образцы воды для испытаний на кишечную палочку должны собираться в стерильных контейнерах, предоставляемых испытательной лабораторией. Точка отбора проб обычно представляет собой кран, который был продезинфицирован и проработал в течение установленного периода времени, чтобы вода представляла собой систему, а не застойную воду в водопроводе. Для испытаний на скважине образцы обычно берутся из крана перед любыми устройствами обработки, такими как фильтры или размягчители. Персонал по отбору проб должен избегать касания внутренней части крышки контейнера или обода бутылки для предотвращения случайного загрязнения. Образцы должны транспортироваться в лабораторию в кулере с пакетами льда и обрабатываться в течение 24-30 часов после сбора для поддержания жизнеспособности.

Метод мембранной фильтрации

Одним из наиболее широко используемых методов анализа кишечной формы является мембранная фильтрация. В этом методе измеряемый объем воды — обычно 100 миллилитров — пропускается через стерильный фильтр с размером пор, достаточно малым для удержания бактерий. Затем фильтр помещают на селективную среду агара и инкубируют при 35 °C в течение 24 часов. Колонии, которые растут на среде, подсчитываются и идентифицируются на основе цвета, морфологии и биохимических реакций. Метод мембранной фильтрации позволяет обнаруживать низкие уровни бактерий и обеспечивает количественные результаты, выраженные в виде колониеобразующих единиц на 100 миллилитров (CFU/100 мл).

Тесты субстрата фермента

Тесты на ферментную подложку, такие как широко используемая система Colilert, полагаются на метаболическую активность бактерий кишечной палочки. Эти тесты используют определенную технологию подложки, где конкретные индикаторы питательных веществ добавляются в образец воды. Общие кишечные палочки используют подложку для получения желтого цвета, в то время как E. coli одновременно расщепляет другой субстрат для получения флуоресценции под ультрафиолетовым светом. Испытания на подложку фермента просты в выполнении, не требуют специального оборудования за пределами инкубатора и ультрафиолетовой лампы и могут обнаруживать как общие кишечные палочки, так и E. coli из одного образца. Они одобрены Агентством по охране окружающей среды США (EPA) для мониторинга соответствия в соответствии с Законом о безопасной питьевой воде.

Метод множественной ферментации труб

Метод многотрубной ферментации, также известный как метод наиболее вероятного числа (MPN), включает в себя прививку серии трубок, содержащих лактозный бульон, с различными объемами образца воды. После инкубации трубки, показывающие производство газа, считаются предположительно положительными для колиформ. Затем проводятся подтверждающие тесты для проверки наличия E. coli или других колиформ. Хотя этот метод является более трудоемким и менее точным, чем мембранная фильтрация или тесты ферментной подложки, он все еще используется в некоторых лабораториях и может быть эффективным для мутных образцов, которые могут забивать мембранные фильтры.

Толкование результатов

Для интерпретации результатов испытаний требуется понимание как наличия / отсутствия бактерий, так и количественного уровня. Для систем общественного питьевого водоснабжения правила EPA предписывают, что не более 5% месячных образцов могут быть полными колиформ-положительными для систем, собирающих не менее 40 образцов в месяц, и ни один образец не может быть положительным для E. coli . Когда происходит E. coli положительный результат, система должна уведомлять общественность и немедленно принимать корректирующие меры. Для частных скважин ни один уровень E. coli считается приемлемым; стандарт равен нулю CFU/100 мл как для полных колиформ, так и E. coli в питьевой воде.

Нормативно-правовые рамки и стандарты качества воды

Тестирование качества воды на наличие кишечных бактерий регулируется правилами, которые различаются в зависимости от страны, но имеют общие принципы, направленные на защиту общественного здоровья.В Соединенных Штатах Закон о безопасной питьевой воде устанавливает обязательные стандарты для систем общественного водоснабжения через Правило общей колиформы и его пересмотренную версию, пересмотренное правило общей колиформы (RTCR), которое вступило в силу в 2016 году.

Полное правило кишечной палочки (RTCR)

RTCR перевел фокус с простого соблюдения цифровых стандартов на более активный подход, который подчеркивает оценку системы и корректирующие действия. В рамках RTCR система общественного водоснабжения, которая запускает кишечно-положительный образец, должна провести оценку уровня 1 или уровня 2 для выявления причины загрязнения и внедрения исправлений для предотвращения рецидива. RTCR также установил требование к технике лечения E. coli — любой положительный E. coli образец представляет собой острое нарушение и требует немедленного публичного уведомления. Эта нормативная база признает, что кишечные палочки являются не только целями соблюдения, но и операционными показателями, которые могут помочь предотвратить вспышки до их возникновения.

Международные стандарты

Во всем мире Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) предоставляет руководящие принципы по качеству питьевой воды, которые рекомендуют нулевую E. coli на 100 мл воды, предназначенной для питья. Директива Европейского союза по питьевой воде аналогичным образом устанавливает параметрическое значение 0 CFU/100 мл для E. coli и общие колиформы в воде, покидающей очистную установку и в кране. Многие развивающиеся страны принимают эти или аналогичные стандарты в рамках своих национальных правил качества воды, хотя возможности по обеспечению соблюдения и мониторингу могут значительно различаться. Согласование методов испытаний и стандартов через границы является постоянным усилием, поддерживаемым такими организациями, как Международная организация по стандартизации (ISO), которая публикует справочные методы обнаружения кишечной палочки.

Последствия для различных источников воды

Значение обнаружения кишечной палочки и E. coli варьируется в зависимости от типа источника воды и обслуживаемой популяции.

Муниципальные системы питьевой воды

Для муниципальных систем, которые извлекают из поверхностных или подземных вод под прямым воздействием поверхностных вод, обработка обычно включает коагуляцию, осаждение, фильтрацию и дезинфекцию. В нормальных условиях эти процессы эффективно удаляют или инактивируют бактерии кишечной палочки. Когда кишечные формы появляются в распределительной системе, это часто указывает на потерю остаточного дезинфицирующего средства, основной разрыв или перекрестное соединение. RTCR требует, чтобы любой кишечно-положительный образец сопровождался дополнительным тестированием и оценкой. Наличие E. coli в муниципальном образце является серьезным событием, которое вызывает немедленные корректирующие действия, включая промывку, повышенное хлорирование и, при необходимости, рекомендацию по кипящей воде.

Частный Уэллс

Частные скважины не регулируются Законом о безопасной питьевой воде, возлагая ответственность за тестирование непосредственно на домовладельца. CDC рекомендует, чтобы частные владельцы скважин тестировали свою воду по крайней мере один раз в год на полные кишечные колиформы, E. coli , нитраты и рН. Колодцы, которые являются мелкими, вырытыми, а не пробуренными, или расположены вблизи септических систем, районов скота или сельскохозяйственных полей, подвергаются более высокому риску загрязнения. Положительный результат E. coli требует немедленных действий: прекратить использование воды для питья и приготовления пищи, обеззараживать скважину хлором, повторно тестировать и исследовать источник загрязнения. Долгосрочные решения могут включать установку системы УФ-дезинфицирования, ремонт или замену корпуса скважины или перемещение скважины от источников загрязнения.