Indikátor fekálního znečištění: Definice a význam

Při rutinním mikrobiologickém rozboru vody není možné stanovit všechny potenciálně patogenní bakterie. Proto byl stanoven koncept indikátorových bakterií.

Kultivace bakterií

Kultivace je základním postupem sloužícím k přímému důkazu bakterií. Pod tímto termínem se skrývá namnožení mikroorganismů na živném médiu. To, jaký mají bakterie charakter růstu, je důležité pro jejich vlastní identifikaci. Kolonie bakteriálního druhu, jejich tvar či barva, se řadí mezi základní taxonomické znaky.

Pro porozumění je důležité vědět, že existují média:

• Syntetická s přesně definovaným složením (ústojné roztoky, zdrojem uhlíku obvykle glukóza, zdrojem dusíku (NH4)2SO4nebo NH4Cl, čisté aminokyseliny, vitamíny a růstové faktory).
• Přirozená (komplexní), u kterých přesně definované složení zajistit nemůžeme (mají ve svém základu živný bujón a nejsou chemicky definované).

Dále existují univerzální a selektivní média. Univerzální média (neselektivní média) jsou schopná vyživovat velké množství organismů, zatímco selektivní média zajistí optimální podmínky pro růst jen určité skupině bakterií.

Bakterie ve vodách a jejich rozdělení

Tato skupina je z hygienického hlediska méně významná a nutno dodat, že v podstatě uměle vytvořená. Patří sem vybraní zástupci bakterií, kvasinek a plísní schopných za přesně dané teploty na neselektivních médiích bez inhibičního účinku selektivních činidel. Jedná se většinou o tzv. původní (neboli autochtonní) vodní mikroorganismy a mikroorganismy pocházející z půdy či z kořenových systémů rostlin. Přítomnost těchto bakterií ve vodě je odrazem jejích celkového mikrobiálního oživení.

Čtěte také: Potraviny a fekální znečištění

Zatímco z hygienického hlediska není tato skupina tolik významná, stanovení životaschopných bakterií může být velmi užitečné z hlediska následného procesu jako je úprava vody. Při mikrobiologickém rozboru se pak pozornost soustředí na bakterie s růstovým optimem mezi 20 až 37 ˚C schopné růst na definovaných neselektivních médiích.

Patří sem například zástupci rodu Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium, Agrobacterium, Xanthomonas, Salmonella, Escherichia, Rhizobium, enterokoků či vibrií. V anglicky psané literatuře se pro tuto skupiny vžilo označení HPC (z výrazu heterotrofic plate count). Stanovení těchto mikroorganismů je v současnosti na rozdíl od následujících dvou skupin vyžadováno českou legislativou.

Jedná se konkrétně o vyhlášky vyhl. 252/2004 Sb., ve znění pozdějších předpisů, 187/2005 Sb., 293/2006 Sb., 70/2018 Sb., upravující stanovení jakosti pitných vod, vyhl. 275/2004 Sb., upravující stanovení jakosti balení vod a konečně i vyhl. 135/2004 Sb., ve znění pozdějších předpisů (292/2006 Sb., č. 238/2011 Sb.); týkají se stanovení jakosti vody na koupalištích.

Indikátorové bakterie, kvasinky a plísně zařazené do této skupiny se nejlépe množí při 20 až 36 ˚C. Tyto bakterie mají růstové optimum kolem 20 ˚C a pro jejich kultivaci se používá masopeptonový agar. Tvoří kolonie s inkubační dobou 3 dny.

Tyto bakterie mají růstové optimum kolem 37 °C, doba inkubace je podobný jako v předchozích případech, kolonie začnou tvořit po 2 dnech. Podobně jako v případě psychrofilních bakterií bylo jejich stanovení standardem v pitných a koupacích vodách až do roku 2004.

Čtěte také: Význam environmentálního prostoru

Indikátory fekálního znečištění

Mezi indikátory fekálního znečištění patří hlavně bakterie, jejichž přítomnost ve vodě může signalizovat kontaminaci střevními patogeny - například salmonelly, shigelly, patogenní sérovary či patogenní kmeny Escherichia coli. Dále by se měla ve velkém počtu vyskytovat v exkrementech teplokrevných živočichů (bavíme se tedy převážně o savcích), nemnožit se ve vodě, ale zároveň v ní přetrvávat tak dlouho jako patogenní bakterie.

S nimi by měla mí společnou i odolnost k dezinfekčním činidlům a okolnímu prostředí. Pro analýzu je též žádoucí, aby byla snadno stanovitelná. Nejčastěji se využívají bakterie Escherichia coli, termotolerantní koliformní bakterie; dále intestinální enterokoky, koliformní bakterie a Clostridium perfringes. Poslední dvě jmenované jsou využívány spíše pro posouzené účinnosti procesů používaných při úpravách pitné vody.

Vhodnost a spolehlivost používání fekálních indikátorů je dlouhodobě předmětem odborných diskuzí.

Koliformní bakterie

Koliformní bakterie jsou gramnegativní tyčinky, které netvoří spóry, mají negativní cytochromoxidázový test a za aerobních podmínek tvoři kolonie během 24 h kultivace při 36±2 °C na selektivním diferenciačním médiu s laktózou za současné tvorby kyselin nebo aldehydů (TNV 75 7837). Definice koliformních bakterií podle ČSN EN ISO 9308-1 je velmi podobná.

Jednoduše řečeno se jedná o bakterie ve tvaru tyček, a aby mohly úspěšně tvořit kolonie potřebují k tomu aerobní podmínky tedy nedokážou přežít bez kyslíku. Kolonie tvoří při teplotě 37 °C na selektivním kultivačním médiu s obsahem laktózy, ze které tvoří kyseliny či aldehydy. Netvoří spory, jsou gramnegativní (tedy v posledním kroku Gramova barvení budou růžové) a mají negativní cytochromoxidázový test.

Čtěte také: Indikace ovzduší pomocí mechu

Původně se do této skupiny zařazovaly jen bakterie rodu Escherichia, Citrobacter, Klepsiella a Enterobacter. Jak se měnila definice koliformních bakterií, začala se tato skupina rozšiřovati o další rody například Serratia, Hafnia nebo Rahnella. Dnes používaná definice pochází z roku 1994. Uvažuje se ale o další změně jejího znění. Můžou za to hlavně analytické metody používané pro stanovení koliformních bakterií.

Koliformní bakterie, z nichž nejčastějším zástupcem je Escherichia coli, obývají střeva lidí a jiných živočichů. Pokud budeme stanovovat koliformní bakterie na základě aktivity tohoto enzymu, zařadíme do této skupiny větší počet bakterií, než pokud bychom se soustředili jen na konečné produkty využití laktózy.

Stanovení koliformních bakterií je stále požadováno v případě povrchových vod dle Nařízení vlády 229/2007, pitných vod dle vyhlášek 252/2004 Sb.; ve znění pozdějších předpisů, balených vod dle vyhlášky 275/2004 Sb.

Termotolerantní koliformní bakterie

Definice těchto bakterií je až na jeden ukazatel shodná jako v případě koliformních bakterií. Jde o gramnegativní tyčinky netvořící spory, s negativním cytochromoxidázovým testem, které tvoři za aerobních podmínek kolonie během 24 h kultivace při 44 °C na selektivním diferenciačním médiu s laktózou za současné tvorby kyselin nebo aldehydů (TNV 75 7835).

Do této skupiny patří bakterie rodu Escherichia, Citrobacter, Klepsiella či Enterobacter. Bylo ovšem zjištěno, že původem těchto mikroorganismů nemusí být vždy trávicí trakt, ale např. průmyslové vody, rozkládající se rostlinný materiál, půda apod. Používají se pro zhodnocení kvality pitné vody a též jako indikátor účinnosti dezinfekce vody.

Escherichia coli (E. coli)

Podle normy ČSN EN ISO 9308-1 jsou bakterie rodu E. coli definovány jako koliformní bakterie, které produkuji indol z tryptofanu. Norma TNV 75 7835 je popisuje jako termotolerantní koliformní bakterie, které mají schopnost hydrolyzovat specifickým enzymem b-D-glukuronidazou 4-methyl-umbelliferyl-b-D-glukuronid (MUG) za vzniku 4-methyl-umbelliferonu; ten vykazuje modrou fluorescenci v UV světle.

E. coli je považována za nejvhodnější indikátor čerstvého fekálního znečištěni, a to i přesto, že bylo prokázáno, že se může pomnožovat ve vodě a v tropických půdách. Její stanovení je českou legislativou vyžadováno v povrchových vodách (NV 229/2007), pitných vodách (vyhl. 252/2004 Sb., ve znění pozdějších předpisů), balených vodách (vyhl. 275/2004 Sb.) a koupalištích.

Již bylo zmíněno, že žádná bakterie používaná jako indikátor fekálního znečištění není pro tyto účely ideální. Co se týče koliformních bakterií, problémem je, že tato skupina dnes zahrnuje nejen fekální ale i environmentální druhy. Vhodnost indikátorových bakterií je tak zvláště v posledních letech neustále zpochybňována.

Například se objevily studie poukazující na to, že kdyby byly jako indikátory fekální znečištění mořské vody využívány intestinální enterokoky, vedlo by to pravděpodobně k častějším uzavírkám mnohých rekreačních oblastí.

Mikrobiální znečištění povrchových vod v ČR

Sledování mikrobiálního znečištění povrchových vod má v České republice dlouholetou tradici, stanovení a hodnocení mikrobiologických ukazatelů je součástí pravidelného monitoringu kvality vod od 60. let minulého století. Informace o mikrobiologické kvalitě vody jsou významné nejen z hlediska sledování vývoje znečištění, což zajímá odbornou veřejnost, ale zájem o tyto informace mají i občané, zejména z důvodů případných zdravotních rizik.

České právní předpisy řeší mikrobiální kontaminaci toků především v souvislosti s užíváním vody ke koupání na vyhlášených koupacích profilech a k odběru na vodu pitnou. V současné době byla v rámci projektu TA ČR (Kvalita a hodnocení povrchových vod) dokončena revize normy ČSN 75 7221 Kvalita vod - Klasifikace kvality vod, která bude platná od prosince 2017.

Zdroje fekální kontaminace

Zdrojem fekální kontaminace povrchových vod jsou především nedostatečně čištěné odpadní vody - bodové zdroje znečištění. Kromě vlastních odtoků čištěných či nečištěných odpadních vod se na fekální kontaminaci povrchových vod podílejí prosakující septiky, netěsné kanalizační potrubí, rozvodněná kanalizace apod. Dlouhodobě zvýšená kontaminace toků mikroorganismy byla zjištěna např. po povodních v srpnu 2002.

Celkově se kvalita povrchových vod v České republice v souvislosti se zlepšováním čištění odpadních vod postupně zlepšuje.

Závěr

Mikrobiální znečištění povrchových vod je založeno na sledování indikátorů, které ukazují na míru fekálního znečištění a možnost výskytu střevních patogenů ve vodním prostředí. Při této kontrole je důležité vybrat vhodné indikátorové mikroorganismy (termotolerantní (fekální) koliformní bakterie, resp. E. coli a intestinální enterokoky).

Výskyt koliformních bakterií ve vodě

Voda je jedním z přirozených prostředí výskytu bakterií. Jednou z nejčastějších skupin bakterií, které se ve vodě vyskytují a mohou mít neblahé dopady na lidské zdraví, jsou právě koliformní bakterie. Koliformní bakterie spadají do čeledi enterobakterií a jsou využívány především pro monitoring účinnosti dezinfekčních procesů při úpravě pitné vody. Jejich výskyt v pitné vodě ukazuje na technologické závady, sekundární kontaminaci či vysoký obsah živin v upravené vodě.

Koliformní bakterie se řadí mezi neškodné bakterie, které osídlují střevní trakt teplokrevných živočichů, včetně člověka. Běžně se vyskytují i v půdě. Koliformní bakterie se dostávají do vody především ze septiků a městské kanalizace, na základě nedostatečného zabezpečení proti úniku výkalů do povrchových a podzemních vod (včetně studny).

Dále se mohou do vody dostat splachem odpadů ze zemědělství (kejda, močůvka, hnůj) či splachem z pole. Jednoznačné a závažné fekální znečištění v pitných vodách je proto identifikováno na základě stanovení koliformní bakterie Escherichia coli, která je spolehlivým ukazatelem fekálního znečištění.

Koliformní bakterie způsobují běžné střevní potíže, ale mohou způsobit i koliku. K nejčastějším příznakům řadíme zejména nevolnost, průjmová onemocnění a zvracení. Escherichia coli navíc kromě krvavých průjmů může způsobit (ve 2 - 7 %) hemolyticko-uremický syndrom, který je u dětí příčinou akutního selhání ledvin a může být i smrtelný.

K likvidaci koliformních bakterií slouží dezinfekční prostředky na bázi chlóru. Výhodou chemické dezinfekce je, že jsou likvidovány i usazené bakterie, jelikož dezinfekční prostředek je unášen i skrze rozvody.

Kapitola 4: Stanovení koliformních bakterií

Koliformní bakterie jsou gramnegativní pohyblivé nebo nepohyblivé tyčinky z čeledi Enterobacteriaceae, fakultativně anaerobní. Jejich hlavním společným znakem je zkvašování laktózy s tvorbou kyseliny (mléčné, octové aj.) a plynu (CO2 a H2). Jsou oxidáza-negativní a rychle redukují dusičnany na dusitany.

Koliformní mikroorganismy mají v potravinářské mikrobiologii význam jako indikátorové mikroorganismy. Jedná se o indikátory fekálního znečištění, udávají nám stav hygieny při výrobě nebo distribuci určité potraviny. Současně nám indikují, že stejným způsobem se do potraviny nebo pitné vody mohou dostat nebezpečné střevní patogeny.

Stanovení koliformních bakterií

Ke stanovení koliformních bakterií bylo vypracováno mnoho metod. Lze je stanovit mikrobitesty, kultivačně v tekutých půdách, plotnovými metodami, případně na membránových filtrech. Průkaz koliformních bakterií je založen na použití selektivních činidel potlačujících grampozitivní bakterie a indikátorů kvašení laktózy.

Limity a indikátory v rozboru vody

Limitní hodnoty jednotlivých parametrů analýzy jsou jako hygienické limity stanoveny vyhláškou Ministerstva zdravotnictví. Vyhláška i výsledky rozboru, které obdržíte v laboratoři, jsou rozděleny do jednotlivých skupin. Základní rozdělení je na ukazatele mikrobiologické (biologické) a chemické. Počty bakterií se udávají v jednotkách „KTJ“, což znamená „kolonie tvořící jednotky“.

Mikrobiologické ukazatele

• Koliformní bakterie: Bakterie osídlující střevní trakt u teplokrevných živočichů, běžně žijí i v půdě. Skupina koliformních bakterií může obsahovat i patogenní kmeny. Jejich přítomnost ukazuje na možnost ovlivnění zdroje pitné vody fekálním znečištěním, a tedy na riziko výskytu patogenních bakterií a virů ve vodě. Považují se za indikátor účinnosti úpravy vody a dezinfekce, sekundární kontaminace nebo vysokého obsahu živin v upravené vodě.
• Escherichia coli: Bakterie osídlující střevní trakt teplokrevných živočichů jsou hlavním indikátorem fekálního znečištění. Jedná se o nejznámější střevní bakterii, která jednoznačně dokládá fekální znečištění vody.

Chemické ukazatele

• Amonné ionty: Indikátor možného fekálního znečištění podzemní vody. Jsou málo stabilní (postupně se rozkládají). Vznikají obvykle rozkladem zemědělských a komunálních odpadů (močůvka, kejda apod.). Mohou se uvolnit i z umělých hnojiv.
• Dusičnany: V podzemních vodách se objevují především jako důsledek zemědělské činnosti. Vyhláška připouští 50 mgl/l, ale v zemědělských oblastech bývají i stovky mg/l.
• Dusitany: Jsou nestabilní sloučeninou (rychle se rozkládají) s účinky popsanými výše. Vznikají obvykle redukcí dusičnanů. Vyhláška připouští max.
• CHSKMn: Skupinový ukazatel, jehož hodnota vyjadřuje míru organického znečištění vody. Kvalitní podzemní voda mívá hodnotu pod 1 mg/l.
• Vodivost: Jedná se o skupinový ukazatel vyjadřující množství rozpuštěných anorganických solí ve vodě, resp. vyjadřuje přibližnou míru koncentrace elektrolytů ve vodě.
• pH: Číselné vyjádření stupně kyselosti nebo zásaditosti vody. Pro pitnou vodu je povolenorozmezí hodnot 6,5 - 9,5.

Tabulka: Mezní hodnoty indikátorů v pitné vodě

tags: #indikátor #fekálního #znečištění #definice

Oblíbené příspěvky:

• Zvyšování spádovosti kompostu
• Challenges Facing the Czech Forest
• Alveus Aladin: Recenze
• Zajímavosti Uherského Hradiště
• Ekologie a rozšíření Borovice Blatky