Способ и устройство микробиологического анализа воздуха закрытого помещения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ставропольский государственный аграрный университет

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ВОЗДУХА ЗАКРЫТЫХ ПОМЕЩЕНИЙ

Дмитриев Анатолий Федорович,

Ахмадиев Габдулахат Маликович

Целью настоящей работы является научно- производственное испытание разработанного способа и устройства для микробиологического анализа воздуха.

Способ и устройство для микробиологического анализа воздуха, включающий осаждение аэрозольных частиц и посев микроорганизмов на поверхность плотной питательной среды, последующее термостатирование проб и подсчет числа колоний, выросших на поверхности среды, отличающийся тем, что осаждения аэрозольных частиц осуществляется в жидкость улавливателя микроорганизмов, с последующей дезинтеграцией и регидратацией аэрозольных частиц, а посев суспензии микроорганизмов проводится на плотную питательную среду.

Ключевые слова: воздух закрытых помещений, микробиологический анализ микроорганизм микробиологический анализ воздух

Актуальность проблемы. Способ и устройство относится к микробиологии, предназначено для индикации, количественной и качественной оценке популяций микроорганизмов и может быть использовано для своевременного обнаружения возбудителей болезней в воздухе закрытых помещений, при изыскании лечебно-профилактических мер борьбы с бактериальными и вирусными респираторными болезнями.

Целью настоящей работы является научно- производственное испытание разработанного способа и устройства для микробиологического анализа воздуха.

Известно много устройств, в которых осаждение бактериального аэрозоля осуществляется на чашки Петри с питательной средой. Они основаны на использовании инерции быстродвижущихся частиц. В процессе взятия пробы воздуха осуществляется посев микроорганизмов, которые в последующем культивируются и через 24-48 часов подсчитываются количество выросших колоний (чашечный импактор Андерсена, аппарат Кротова)[ 3,с.152].

Известен способ микробиологического исследования воздуха путём пропускания его через импактор с твёрдой питательной средой, содержащей тест-культуру. По этому способу воздух пропускают через импактор перед внесением в питательную среду тест-культуры, последнюю пропускают через импактор в виде полудисперстного аэрозоля концентрацию и состав антимикробных частиц определяют по числу зон отсутствия роста на твёрдой питательной среде (Авт. свидетельство № 639937 М. Кл³ С 12 I/00).

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятые автором за эффективной технологией является способы микробиологического анализа воздуха (Авт. свидетельства №777061 М. Кл³ С 12 К I/00; № 968071 М. Кл³ С 12 К I/00), которые заключаются в том, что осуществляют осаждение микроорганизмов из воздуха на поверхность твёрдой питательной среды, термостатирование осажденных микроорганизмов в течении суток и подсчёт выросших колоний микроорганизмов. Эти способы выбраны за прототип. Названные способы для микробиологического анализа воздуха имеют один общий недостаток, касающийся точности. Результаты анализа не отличаются особой точностью в связи с тем, что посев микроорганизмов на поверхность плотной питательной среды осуществляется в процессе взятия пробы воздуха. Определение концентрации клеток в образце, которое основывается на прямом подсчете колониеобразующих единиц, выросших на агаризованных средах может быть ошибочным ввиду того, что не все жизнеспособные микробные клетки в принципе могут образовывать колонии на твердой питательной среде, а также отсутствие роста может быть результатом их определенного физиологического и метаболического состояния [4,с.71-74]. При инкубировании не все бактериальные клетки, находящиеся на поверхности аэрозольных частиц, не контактируют полностью с питательной средой и остаются в «дремлющем» состоянии, не образуя колонии. У других, образование видимых колоний не происходит в связи с тем, что количество питательного раствора, способного диффундировать в клетки, расположенные на поверхности аэрозольных частиц, ограничено, а их запасы в непосредственной близости быстро истощаются. В результате определённая часть микроорганизмов остаётся не учтённой, что и влияет на результат анализа. Необходимо также иметь в виду, что в воздухе могут быть некультивируемые микроорганизмы, которые не растут ни на каких питательных средах. Некультивируемые формы (НФ) в настоящее время описаны у многих микроорганизмов различной таксономической принадлежности [9,c. 34-37].

Находясь в некультивируемой форме, бактерии остаются жизнеспособными и сохраняют свой адаптивный, метаболический и эпизоотический потенциал. При определенных условиях некультивируемые формы бактерий восстанавливают свою способность к активному росту и размножению. Состояние анабиоза, возможно в результате обезвоживания организмов (ангидробиоза). Высушивание микроорганизмов до остаточной влажности 10% приводит к замедлению и полному прекращению метаболизма с переходом в состояние анабиоза. При естественном ангидробиозе наблюдается глубокое и длительное торможение метаболизма, оно достаточно распространенное в природе явление. В процессе регидратации создаются благоприятные условия выхода микробной клетки из этого состояния. В результате структурной и функциональной перестройки клетки при ее переходе активизируются процессы роста и размножения, происходит повышение адаптивного и метаболического потенциала. Торможение жизнедеятельности клеток [ 2, 239 с. ;5, 256 с.]. Кроме того, воздушная среда представлена ассоциациями различных групп микроорганизмов, которые находятся в сложных взаимоотношениях обусловленных конкурентным использованием пищевых продуктов и других факторов среды обитания. При выращивании смешанных культур процессы роста и размножения определяются составом питательной среды, концентрацией и доступностью химических составных частей среды, потребляемых микроорганизмами различной таксономической принадлежности, температурой и реакцией среды, наличием в ней кислорода, влажностью. Не менее существенное значение может иметь наличие фагов, а также присутствие микроорганизмов продуцирующих бактерицидные, токсические, литические, или антогонистические вещества. В процессе культивирования в среде накапливаются продукты метаболизма, которые также влияют на процессы роста и размножения.

Материал и методы исследований. Существующие способы микробиологического анализа воздуха позволяют определять бактериальную флору и чаще всего выражаются колониеобразующими единицами (КОЕ в 1л воздуха). Что касается вирусов и бактериофагов, которые могут находиться на аэрозольных частицах, то они не учитываются, поскольку требуют особых условий культивирования. Это касается также спор микроскопических грибов - продуцентов ферментных препаратов, дрожжевых грибов, L - форм и других физиологических групп микроорганизмов для которых требуются специальные методические приёмы и питательные среды.

Результаты исследований и обсуждение. Технический результат, с помощью предлагаемого способа, сводится к повышению точности способа микробиологического анализа воздуха и достигается тем, что взятие пробы воздуха осуществляется в улавливатель микроорганизмов (Патент № 72406 МПК А61М1/00. Улавливатель микроорганизмов[6] содержит конусообразную ёмкость 1 с улавливающей жидкостью 2 и крышку 6, установленную в верхней части ёмкости, фильтр 4 и выполненное под острым углом к вертикальной оси ёмкости в её средней части отверстие 7 малого диаметра для поступления воздуха через осевой завихритель 9 штуцера 8. При отборе пробы в улавливатель микроорганизмов поступает вихревой поток воздуха с большой скоростью, однако за счёт понижения давления в конической ёмкости улавливателя, гидродинамической кавитации и перемешивания происходит диспергирование аэрозолей в жидкости. После взятия пробы воздуха и кавитационной дезинтеграции аэрозольных частиц в ёмкости с улавливающей жидкостью, осуществляют посев улавливающей жидкости с микроорганизмами на поверхность плотной питательной среды (преимущественно, в мясо - пептонный агар-МПА), а после культивирования в течение 24-48 часов подсчитывают количество выросших колоний

Желаемый технический и технологический результат достигается с помощью устройства и способа микробиологического анализа воздуха. Сущность предлагаемого способа микробиологического анализа воздуха заключается в следующем: осуществляют взятие пробы воздуха с помощью улавливателя микроорганизмов в улавливающую жидкость, в которой за счёт гидродинамической кавитации происходит дезинтеграция аэрозольных частиц и осаждение их в улавливающую жидкость и далее посев улавливающей жидкости на поверхность плотной питательной среды, культивирование посевов в термостате в течение 24-48 часов при температуре 37,5 градусов, с последующим подсчетом видимых колонии микроорганизмов.

Повышение точности анализа достигается за счёт гидродинамической кавитации и дезинтеграции, аэрозольных частиц при взятии пробы воздуха. Аэрозольные конгломераты, в которых находятся микроорганизмы диспергируются на отдельные бактериальные или вирусные частицы. При осаждении, аэрозольных частиц и последующем высеве улавливающей жидкости на плотную питательную среду формируются отдельные хорошо видимые колонии. Чтобы расти и размножаться микроорганизмы должны получать из питательного субстрата все вещества, которые необходимы им для синтеза структурных компонентов клетки и для получения энергии. В результате высева улавливающей жидкости с плотной средой создаётся необходимый контакт клеточной стенки микроорганизмов с питательным субстратом, что индуцирует рост, начало клеточного деления, размножение и образование колоний.

Важным фактором, способствующим росту, размножению и образованию колоний микроорганизмов является плотность питательного субстрата. Плотность в данном случае следует понимать как свойство агара, определяющее её прочность (упругость) и зависимость от концентрации. Известно, что при высокой прочности агара получается скудный рост микроорганизмов, некоторые из них не могут формировать видимых колоний. Среда с низкой прочностью студня наоборот способствует росту не характерных, расплывчатых колоний. Плотность питательного субстрата не только механически препятствует формированию различных колоний, но и влияет на процессы диффузии питательных веществ и продуктов обмена микроорганизмов.

Повышение концентрации агара увеличивает количество столкновений частиц при броуновском движении, что способствует и ускоряет застудневание, а скорость диффузии находится в обратной зависимости от концентрации студня. Чем выше концентрация, тем меньше скорость диффузии. Объясняется это тем, что в концентрированном геле резко возрастает извилистость пути, который должна совершать диффундирующая частица. Кроме того, диффузия в плотной питательной среде отличается от таковой в жидкой среде тем, что здесь отсутствует перемешивание и невозможно образование конвекционных потоков, возникающих в жидких питательных средах.

Так как рост колоний лимитируется скоростью диффузии продуктов обмена, посев улавливающей жидкости способствует улучшению процессов питания и удалению (диффузии) продуктов обмена в процессе роста, размножения и формирования колоний.

В результате сравнительного испытания различных способов микробиологического анализа воздуха было установлено (см. таблица 1), что степень бактериальной обсеменённости, его по предлагаемому способу выше, чем по известному.

Предлагаемое устройство и способ по сравнению с другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

-- взятие пробы воздуха и осаждение аэрозольных частиц осуществляется в жидкость улавливателя микроорганизмов, где происходит их регидратация;

- воздушная среда представлена различными фракционно- дисперсными аэрозольными частицами, а в процессе отбора проб воздуха происходит дезинтеграция частиц, которые нагружены микроорганизмами, непосредственно в улавливающей жидкости конической ёмкости улавливателя ;

- посев улавливающей жидкости на плотную питательную среду обеспечивает более благоприятные условия для роста микроорганизмов, клеточного деления и формирования видимых колоний;

- обеспечивает рост микроорганизмов находящихся в «дремлющем состоянии;

- не требует дополнительных затрат и обучения персонала;

- позволяет осуществлять непрерывный мониторинг воздушной среды в условиях возможных техногенных, природных и террористических угроз и своевременно обеспечивать защиту животных и обслуживающий персонал на предприятиях по производству, и переработке животноводческой продукции, в торговых и центрах общественного питания и предприятиях биологической промышленности;

- в устройстве происходит отделения микроорганизмов от газовой фазы и используются различные механизмы улавливания микроорганизмов, (седиментационные, сорбционные, фильтрационные), что позволяет в дальнейшем (после отбора пробы воздуха) использовать различные варианты микробиологического анализа биологического аэрозоля. Поскольку воздушная среда животноводческих и закрытых производственных помещений представлены с различными физиологическими группами микроорганизмов возможно дифференцированное определение численности бактерий путем высева образцов смешанных культур не только на плотные, но и на жидкие селективные питательные среды. Применение селективных сред, предназначенных для роста клеток одной определенной таксономической группы, позволяет осуществлять культивирование и дифференциацию целевых видов бактерий.

Сравнительная эффективность различных способов микробиологического анализа воздуха и с использованием различных устройств, представлена в табл.1

Таблица 1

Сравнительная эффективность различных способов микробиологического анализа воздуха

Способ и устройство для микробиологического анализа воздуха, включающий осаждение аэрозольных частиц и посев микроорганизмов на поверхность плотной питательной среды, последующее термостатирование проб и подсчет числа колоний, выросших на поверхности среды, отличающийся тем, что осаждения аэрозольных частиц осуществляется в жидкость улавливателя микроорганизмов, с последующей дезинтеграцией и регидратацией аэрозольных частиц, а посев суспензии микроорганизмов проводится на плотную питательную среду.

Библиографический список

1. Дмитриев А.Ф., Морозов В.Ю.. Устройство для концентрации микробиоты воздуха закрытых помещений// научное приборостроение, 2008, том 18, № 2, c. 98-103.

2. Бекер М.Е., Рапопорт А.И., Калакуцкий Л.В. и др.; Под общ. ред. М. Е. Бекера; АН ЛатвССР, Ин-т микробиологии им. Августа Кирхенштейна. Рига Зинатне 1987. 239 с.

3. Влодавец В.В. «Основы аэробиологии. М.: Медицина, 1972. 152 с.

4. Заварзин Г.А., Колотилова Н.Н. Введение в природоведческую микробиологию. Москва, 2001, с. 71-74.

5. Тимофеев Н.Н. “Гипобиоз и криобиоз». Настоящее, прошлое и будущее.” М.: ”Информ-Знание”, 2005- 256 с.

6. Патент № 72406 МПК А61М1/00. Улавливатель микроорганизмов /Дмитриев А.Ф., Морозов В.Ю.// заявка № 2007141943/22 от 12.11.2007; опубл.20.04.2008. Бюл. № 11.

7. Флеров Ю.Л., Андреев Е.Ф.,Сафиулин А.А. (56) Авторское свидетельство СССР У 639937, кл. С 12 М 100, устройство для микробиологического анализа воздуха. Бюл. №20. 1977. 4с.

8. Флеров Ю.Л., Хрустов П.Е., Сафиуллин А.А. и др. Способ микробиологического исследования воздуха и устройство для его осуществления. А.с. 777061 СССР. Бюл. № 41. 1980. 6 с.

9. Романова Ю.М., Гинцбург A.JI. Молекулярная генетика 1993. № 6. С. 34-37.

Размещено на Allbest.ru