Mikrobiologie vody... výskyt, význam, detekce bakterií ve vodách Hana Mlejnková Kateřina Horáková Dana Baudišová Odborný seminář VÚV TGM v.v.i., Praha 15.1.2009

„Bakterie je život v tom nejjednodušším a přitom úplném provedení“ F. Kaprálek

Definice „mikrobiologie vody“ Předmět studia: bakterie + archea (nejrozšířenější organismy na světě) Studované prostředí: vodní prostředí (tj. >70 % zemského povrchu) Význam: kvalita vody – hygienický význam popis přírodních jevů – ekologické studie (koloběh látek, výskyt v daném prostředí) bakterie včetně sinic archea: extremofilní, vys. teploty,, nízké pH, vys. salinita, vys. tlak...

Předmět studia bakterie (vč. sinic) + archea = jednobuněčné organismy prokaryotického typu 2 z celkem 3 domén života na Zemi (Bacteria, Archaea, Eucarya) 2 ze 3 domén života na Zemi bakterie včetně sinic Nový systém na základě fylogenetické příbuznosti podle sekvenční analýzy 16S r RNA fylogenetický strom života: 3 domény = bacteria, archea, eucarya

Habitaty bakterií ve vodním prostředí Volná voda–bakterioplankton Biofilmy Bentické prostředí Extrém: mikrobiální povlak („microbial mats“) Bakterioplankton-mbi společenstva suspendovaná ve vodním sloupci,=bakterie volné vody, větší diverzita, menší buňky než v jiných habitatech, Bentos-rozhraní vody a miner. podloží, několikanásobně vyšší množství bakterií než ve volné vodě, větší nabídka živin, +sediment-anaer. procesy, méně bakterií, využívání NO3, H2S, Fe jako term. akceptoru elektronů, ve větších hloubkách metanogeny Biofilmy-strukturované mbi společenstvo, adheruje k povrchům, bakt. odlišné od planktonních, vysoce odolné, postupná tvorba biofilmu, vysoká senzitivita vůči vnějším vlivům, symbióza mezi přisedlými bakteriemi Mikrobiální povlak=mat-extrémní případ vodního habitatu-soběstačné jednotky, lineární komprese do tenké vrstvy bakterií (mm až cm), biol. aktivní vrstvy, vertikálně stratifikované do zřetelně odlišných vrstev, např. vrstva písku, sinice, ox. železo, purpurové sirné bakterie, sediment s vysráženým FeS (sulfidem železa)

Význam studia bakterií ve vodním prostředí kvalita vody – hygienický význam indikátory fekálního znečištění  šíření infekcí indikátory organického znečištění kontaminace vod patogeny  onemocnění popis přírodních jevů – ekologické studie diverzita, rozdíly mikrobiálních společenstev – různé vlivy (habitaty, vnější prostředí, znečištění...) transformační (samočistící) procesy, koloběhy prvků indikátory fek. zneč. – potenciální zdroj šíření infekcí při kontaktu s kontaminovanou vodou ind. org. znečištění-jeden z ukazatelů jakosti vody při její analýze, ukazuje na přítomnost lehce odbouratelných org. látek kontaminace vod patogeny – pitné vody (rozvojové země), koupací vody, chladicí vody v klimat. zařízeních, vody, které přijdou do kontaktu s potravinami... onemocnění- trávicího ústrojí, kožní, respirační, močové

Zdroje kontaminace vod bakteriemi komunální odpady zemědělství

Zdroje kontaminace vod bakteriemi havárie průmysl

Hygienický význam studia bakterií z vodního prostředí 3 000 300 000 lidí na světě se každoročně nakazí chorobami přenášenými vodou ! 6 000 000 lidí na světě umírá každoročně na choroby přenášené vodou !

Hygienický význam studia bakterií z vodního prostředí EPIDAT: období 01-11/2008 zlepšení diagnostiky (dokonalejší metody) =zvýšení počtu případů kampylobakterové enteritidy-dříve zařazeny do jiných střevních infekcí

Hygienický význam studia bakterií z vodního prostředí patogenní bakterie s nejvyšší incidencí infekcí z vodního prostředí u nás: salmonely kampylobaktery patogeny z vodního prostředí s menší incidencí infekcí z vodního prostředí u nás: shigely yersinie patogenní E. coli listerie leptospiry legionely francisely onemocnění přenášená výše uvedenými původci: střevní respirační kožní močových cest apod. kampylobaktery salmonely leptospiry v rozvojových zemích převládá břišní tyfus (S. typhi)– 16 mil. případů, 600 tis. ročně umírá Francisella Legionella

Ekologické studie Fyziologické procesy + různé vlivy studium transformačních (samočistících) procesů v tocích, nádržích ... růst a množení bakterií v různých podmínkách procesy metabolismu (koloběh prvků...) Mikrobiální společenstva, taxonomie + rozdílné podmínky prostředí mikrobiální oživení různých habitatů diverzita mikrobiálních společenstev (zastoupení druhů; rozdíly fyziologické, fylogenetické, morfologické,...) Vývoj metod studia

Detekce bakterií z vodního prostředí malé rozměry bakteriálních buněk: cca 1-10 µm (okem lze rozlišit 200 µm, světelným mikroskopem 0,2 µm=200 nm, elektronovým mikroskopem 0,2 nm) vysoká rychlost dělení buněk zdvojnásobení počtu za cca 20 min. detekci komplikují malé rozměry, naopak lze využít vysoké rychlosti dělení buněk

Detekce bakterií z vodního prostředí Metody mikroskopické kultivační biochemické imunologické molekulárně-biologické

Detekce bakterií z vodního prostředí Gramovo barvení Mikroskopické metody světelná mikroskopie - barvení buněk fluorescenční mikroskopie – značení fluorescenčními barvami elektronová mikroskopie DAPI Elektronová mikroskopie

Detekce bakterií z vodního prostředí Kultivační metody -pevné půdy: namnožení 1 buňky do velikosti kolonie = KTJ -kultivace v tekutém médiu HPC 22 kolonie Serratia marcescens anaerostat diagnostické – odlišení či úplná determinace organismů rostoucích v daném médiu, a to i tehdy, je-li jich v živné půdě více než jeden druh. -univerzální živné půdy -selektivní média -diagnostická média -tekuté půdy

diagnostické – odlišení či úplná determinace organismů rostoucích v daném médiu, a to i tehdy, je-li jich v živné půdě více než jeden druh.

Detekce bakterií z vodního prostředí Biochemické metody - průkaz biochemických aktivit, např. utilizace substrátu, tvorba metabolických produktů... Měření úbytku kyslíku

Detekce bakterií z vodního prostředí Imunologické metody např. enzymový imunosorpční test (ELISA) Molekulárně-biologické metody (detekce genů, proteinů…) PCR RT-PCR sekvenace DNA sekvenční analýza rRNA

Aplikace mikrobiologie vody v praxi Zdravotnictví, hygiena a epidemiologie – hledání původců onemocnění Hydroanalytické a hygienické laboratoře – stanovení ukazatelů jakosti vod (povrchové, pitné, koupací, technologické...) Studium samočistících a transformačních procesů ve vodách (tekoucích, stojatých, mořských, biofilmech...) Studium života v extrémních podmínkách (archea...) Vývoj rychlých metod detekce rizikových bakterií (PCR, mikročipy...) Studie diverzity mikrobiálních společenstev Ekologické studie – biodegradace ...