Выживание бактерий простейших и кишечная палочка в системах распределения питьевой воды

1. Аннотация Развитие бактериальных сообществ в системах распределения питьевой воды ведет к пищевой...
2. Загрязнение экспериментальных сетей кишечной палочкой.
3. DOC и BDOC.
4. Методы подсчета бактериальных клеток.
5. Методы подсчета протозойных клеток.
6. (i) Свободные инфузории, голые амебы или thecamoebae.
7. (ii) Свободные жгутики.
8. (iii) простейшие на купонах ПВХ.
9. Оценка скорости выпаса протозоя в воде.
10. Оценка скорости выпаса протозоя в биопленке.
11. РЕЗУЛЬТАТЫ
12. ТАБЛИЦА 1
13. ТАБЛИЦА 2
14. Разнообразие простейших в сети.
15. ТАБЛИЦА 3
16. Поведение E. coli добавлено в систему распределения.
17. ОБСУЖДЕНИЕ

Аннотация

Развитие бактериальных сообществ в системах распределения питьевой воды ведет к пищевой цепи, которая поддерживает рост макроорганизмов, несовместимых с требованиями к качеству воды и эстетикой. Тем не менее, очень немногие исследования изучали микробные сообщества в системах распределения питьевой воды и их трофические отношения. Это исследование было проведено для количественной оценки микробных сообществ (особенно бактерий и простейших) и получения прямых и косвенных доказательств кормления простейших бактериями в двух распределительных сетях: одна из воды GAC (то есть вода, отфильтрованная на гранулированном активированном угле) и другая нанофильтрованная воды. В нанофильтрованной сети водоснабжения не было организмов, больших, чем бактерии, ни в водной фазе (в среднем 5 × 107 бактериальных клеток на литр-1), ни в биопленке (в среднем 7 × 106 бактериальных клеток на см-2). Во всей сети с нанофильтрованным водоснабжением (вода плюс биопленка) простейших не обнаружено. Напротив, сеть GAC, снабженная водой, содержала бактерии (в среднем, 3 × 108 клеток-литр-1 в воде и 4 × 107 клеток-см-2 в биопленке) и простейшие (в среднем, 105 клеток-литр-1 в воде и 103 клетки см-2 в биопленке). Вода содержала в основном жгутиконосцы (93%), инфузории (1,8%), камбалы (1,6%) и голые амебы (1,1%). В биопленке были только инфузории (52%) и текамбаэ (48%). Только инфузории на границе раздела твердое тело-жидкость в сети GAC, снабженной водой, имели измеряемую пастбищную активность в лабораторных испытаниях (по оценкам, 2 бактерии на инфузорию в час). Проглатывание простейшими бактерий было косвенно показано добавлением Escherichia coli в экспериментальные системы распределения. Неожиданно кишечная палочка была потеряна из сети водоснабжения GAC быстрее, чем из сети водоснабжения с нанофильтром, возможно, из-за пастбищной активности простейших в воде GAC, но не в нанофильтрованной воде. Таким образом, сеть водоснабжения GAC содержала функциональную экосистему с устоявшимися и структурированными микробными сообществами, в то время как система водоснабжения с нанофильтром этого не сделала. Нельзя пренебрегать присутствием простейших в системах распределения питьевой воды, поскольку эти популяции могут регулировать автохтонные и аллохтонные бактериальные популяции.

Системы распределения питьевой воды заселены сапрофитными гетеротрофными микроорганизмами (бактериями, грибами, дрожжами и т. Д.) ( 1 , 4 , 19 , 33 ) которые растут на биоразлагаемых органических веществах ( 21 , 23 , 34 , 42 ). Потенциально патогенные микроорганизмы (например, Legionella spp.) И микроорганизмы фекального происхождения (например, Escherichia coli ) также могут находить благоприятные условия и размножаться в этих системах ( 7 , 10 , 20 , 26 , 44 ). Эта бактериальная биомасса (обычно оценивается в 108 бактериальных клеток на литр-1 в проточной воде и 106 бактериальных клеток на см-2 в биопленке) является началом сложной пищевой цепи ( 5 , 27 ) с участием в основном простейших и макроорганизмов. Было мало исследований простейших в водораспределительных сетях, за исключением 1960-х и 1970-х годов, когда произошли первые случаи менингеального энцефалита, вызванного амебами в плавательных бассейнах. Совсем недавно Amblard et al. ( 1 ), Block et al. ( 4 ) и Servais et al. ( 34 ) показали, что относительно высокие плотности простейших присутствуют почти во всех водах распределительной системы (от 5 × 104 до 7 × 105 л – 1). Эти микроорганизмы, по-видимому, способны размножаться на протяжении всего процесса очистки воды, как в гранулированных фильтрах с активированным углем ( 32 ) и в самой сети. Однако пастбищная активность этих простейших в системах распределения питьевой воды не была определена количественно. Выпас скота следует ожидать в системах распределения питьевой воды, таких как микробные пищевые сети в естественных водных системах, таких как озера ( 8 ), океаны ( 36 ) и реки ( 14 ). Это означает, что часть произведенной бактериальной биомассы удаляется простейшими. Поэтому становится важным рассматривать простейшие не только как резервуар потенциальных патогенов ( 2 , 6 , 22 , 42 ) но также и в качестве хищников, которые помогают контролировать рост и накопление бактериальной биомассы в системах распределения питьевой воды.

Это исследование было проведено для получения прямого доказательства активности простейших путем подсчета простейших в образцах воды и биопленки, взятых из систем распределения питьевой воды, и оценки их пастбищной активности. Косвенное доказательство было также запрошено путем измерения исчезновения аллохтонного микроорганизма E.coli , экспериментально внедренного в две пилотные сети, одна из которых имеет относительно высокую плотность простейших (сеть, питаемая водой O3 / GAC [вода, обработанная O3 и отфильтрованная на гранулированном активированном) углерода]), а другие - с низкой плотностью простейших (сеть питается нанофильтрованной водой).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Экспериментальные системы распределения.

Каждая распределительная система (A и B) состояла из трех петель труб, соединенных последовательно (рис.) ( 39 ). Каждая петля имела длину 31 м и внутренний диаметр 100 мм (чугунные трубы с цементной облицовкой) со скоростью воды около 1 мс -1 и средним временем пребывания в гидросистеме 12 ч петли -1 (то есть 36 ч для вся система дистрибуции). Среднее время пребывания в гидравлической системе было установлено равным 24 ч петля-1 для экспериментальной инъекции E. coli в сеть GAC, снабженную водой. Линейная часть каждой петли включала 21 специальное устройство для экспонирования пробных купонов из поливинилхлорида (ПВХ; площадь смачиваемой поверхности около 2 см2) или пенополиуретана (около 1 см3) для отбора проб биопленок бактерий и простейших. Эксперименты, проведенные в сети с нанофильтрованной водой или GAC, показали, что плотность бактерий в биопленке, созданной на ПВХ и цементных купонах, одинакова ( 13 , 29 ). Таким образом, результаты, полученные для купонов ПВХ, были экстраполированы для стен цементных труб.

Схематическое изображение одной из двух экспериментальных систем распределения (*, GAC или нанофильтрованная вода).

Экспериментальная система распределения A непрерывно снабжалась минерализованной водой GAC из станции очистки питьевой воды города Нанси, Франция, а экспериментальная система распределения B непрерывно снабжалась минерализованной нанофильтрованной водой, полученной путем микрофильтрации с последующей нанофильтрацией воды GAC, используя два мембраны спирального типа (производительность = 100 литров в час). Системы A и B питались непрерывно в течение по крайней мере 2 месяцев до экспериментального загрязнения кишечной палочкой и еще в течение по крайней мере 4 месяцев до подсчета простейших.

Загрязнение экспериментальных сетей кишечной палочкой.

Суспензию штамма E.coli, выделенного из окружающей среды, выделенного из системы распределения питьевой воды, получали, как описано Fass et al. ( 10 ). Е. coli голодали в течение 24 ч при 22 ± 2 ° С в стерилизованной в автоклаве распределительной воде, взятой из экспериментальной сети А или В, и концентрировали центрифугированием при 15000 × g в течение 20 мин при 20 ° С. Полученную бактериальную суспензию вводили в экспериментальные системы распределения. Одиночные массивные инъекции около 1011-1012 клеток E.coli (из которых 20% были культивируемыми) вводились менее чем за 3 минуты в первый цикл каждой системы распределения с использованием перистальтического насоса.

DOC и BDOC.

Растворенный органический углерод (DOC) измеряли с помощью анализатора углерода (анализатор TOC корпорации 700 модели OI) после фильтрации через промытые фильтры с размером пор 0,45 мкм (Millipore № 84908). Биоразлагаемую фракцию органического вещества (BDOC) измеряли методом, адаптированным из Joret et al. ( 18 ).

Методы подсчета бактериальных клеток.

Бактерии в биопленке и в пробах воды были подсчитаны тремя методами. Бактерии из купонов ПВХ сначала удаляли ультразвуком в течение 2 мин (конусный зонд, Vibra Cell 72401; мощность 2 Вт) в 25 мл дистиллированной воды без бактерий.

Общее количество клеток определяли путем окрашивания бактериальных клеток ДНК-флуорохромом (4 ', 6-диамидино-2-фенилиндол [DAPI]), а окрашенные клетки подсчитывали с помощью эпифлуоресцентной микроскопии ( 30 ). Количество культивируемых бактерий определяли методом разливания на чашках с использованием стандартного питательного агара без глюкозы (3 и 15 дней при 22 ± 2 ° C) ( 38 ).

Колиформы подсчитывали методом мембранной фильтрации (Afnor NF T 90-414) с агаровой средой 2,3,5-трифенилтетразолия [TTC] -Tergitol 7.

Методы подсчета протозойных клеток.

Экспериментальные сети, загрязненные кишечной палочкой, были очищены (интенсивное хлорирование в течение 7 дней) и питались в течение 4 месяцев водой GAC (сеть A) или нанофильтрованной водой (сеть B). В конце этого времени простейшие в воде были подсчитаны. Пробы воды собирали в 1000-мл стерильные флаконы, содержащие фиксатор (ледяной глутаральдегид; Sigma № G7776; 2%, конечная концентрация).

(i) Свободные инфузории, голые амебы или thecamoebae.

Образец 500 мл фиксированной воды концентрировали медленной фильтрацией через поликарбонатный фильтр (DMF № 111 159; размер пор 0,8 мкм). Затем фильтр помещали в круглодонную колбу, содержащую 5 мл распределенной воды без простейших, и перемешивали в течение 10 с, чтобы отделить простейших от фильтра. Две аликвоты (50 мкл) подобразцов затем исследовали в клетках Nageotte (Prolabo № 05 711 124) с помощью микроскопа в проходящем свете (увеличение, × 200). Для каждой группы простейших было рассчитано среднее из двух перечислений.

(ii) Свободные жгутики.

Образец фиксированной воды объемом 500 мл фильтровали через черный поликарбонатный фильтр (DMF № 111 159; размер пор 0,8 мкм), который затем помещали в 5 мл красителя (примулин; Sigma № P7522; 250 мкг литра- 1) в 0,1 М буфере Тризма (Sigma № T3253) в течение 45 мин. Избыток красителя удаляли фильтрацией, а фильтр промывали 25 мл 0,1 М буфера Тризма и устанавливали между предметным стеклом и покровным стеклом с каплей забуференного глицерина (Diagnostics Pasteur № 74921). Фильтры исследовали в ультрафиолетовом свете с помощью эпифлуоресцентного микроскопа (Olympus; увеличение, × 400). Тридцать полей были подсчитаны, и результаты были выражены как жгутики на литр.

(iii) простейшие на купонах ПВХ.

Простейшие на купонах из ПВХ удаляли путем соскабливания поверхности скальпелем и промывания купонов 3 мл ледяного глутаральдегида (2%, конечная концентрация). Две аликвоты по 50 мкл наблюдали в клетках Nageotte в проходящем свете (увеличение, × 200). Клетки простейших (см. Выше) подсчитывали и выражали в виде клеток на квадратный сантиметр.

Оценка скорости выпаса протозоя в воде.

Активность выпаса была основана на контакте между простейшими и флуоресцентно меченными шариками. Техника была адаптирована из Pace и Bailiff ( 28 ), Sherr et al. ( 35 ) и Шерр и Шерр ( 37 ). Исходную суспензию индикаторных шариков готовили из концентрированной суспензии флуоресцентных микросфер диаметром 0,5 мкм (Osi № 15700). Исходную суспензию шариков обрабатывали бычьим сывороточным альбумином (Sigma № A4378; 0,5 мг мл -1), чтобы избежать комкования ( 28 ); 50 мкл этой суспензии пропускали через фильтр с размером пор 0,2 мкм (DMF № 130210) и шарики подсчитывали под микроскопом. Затем суспензию микросфер добавляли к 3000 мл образца воды в стеклянной круглодонной колбе, промытой кислотой, чтобы получить конечную концентрацию гранул, равную 25% от общей плотности бактериальных клеток. Этот раствор инкубировали в течение 30 ч при 22 ± 2 ° С без перемешивания. Предварительные исследования показали, что в течение первых 60 минут простейшие не проглатывали бусинки. Поэтому образцы (100 мл) отбирали каждые 2 часа в течение 30 часов, и прием пищи прекращали добавлением ледяного глутаральдегида (2%, конечная концентрация). Поглощение шариков простейшими определяли путем фильтрации 100 мл образцов воды через черный поликарбонатный фильтр (размер пор 0,8 мкм). Простейшие, задержанные на фильтре, окрашивали 5 мл DAPI (Sigma № D9542; 0,5 мкг мл -1) в течение 10 минут, и DAPI удаляли фильтрацией. Фильтр промывали 50 мл не содержащей бактерий дистиллированной воды и устанавливали между предметным стеклом и покровным стеклом с каплей забуференного глицерина. Для каждого фильтра 35-40 отдельных протистов (инфузории, жгутики, голые амебы или текамобы) наблюдали в ультрафиолетовом свете, а проглоченные шарики подсчитывали в голубом свете при увеличении × 1000.

Количество шариков на простейших первоначально линейно увеличивалось, а затем выравнивалось из-за выщелачивания. Наклон линейной части кривой поглощения был принят в качестве скорости поглощения шариков интересующими протистами ( 35 , 37 ). Результаты выражали в виде шариков на простейших в час.

Оценка скорости выпаса протозоя в биопленке.

Семь купонов из пенополиуретана, которые были в петле 1 системы распределения A в течение 5 месяцев, были удалены. Каждую из них помещали в 20-мл суспензию микросфер (107 шариков мл -1, около 97% от общего количества бактериальных клеток) и инкубировали при 22 ± 2 ° С в течение 17 часов. Предварительные исследования показали, что поглощение бусин прикрепленными простейшими началось через 5 часов инкубации, а бусинки были выделены через 23 часа. Один купон из полиуретановой пены выдавливали через 5, 6,5, 8, 9,5, 11, 14 и 17 ч инкубации для извлечения простейших, и купон промывали пять раз ледяным глутаральдегидом (2%), чтобы предотвратить отекание бусы. Объем экстракта доводили до 3 мл и добавляли к 20 мл микросферной инкубационной суспензии. Дублирующие 50-мкл субпробы помещали в клетки Nageotte, которые сканировали проходящим светом с увеличением × 200. Каждую наблюдавшуюся инфузорию (в среднем от 30 до 35 особей на 50 мкл) проверяли под синим светом и подсчитывали проглоченные шарики (увеличение, × 400). Скорость поглощения гранул определяли, как описано выше.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Микробные характеристики систем распределения питьевой воды.

Две параллельные экспериментальные системы распределения непрерывно питались водой GAC (сеть A) или нанофильтрованной водой (сеть B) (таблица). Их питательные и микробиологические характеристики были очень разными, потому что нанофильтрация удаляла большую часть протистана и бактериальных клеток (низкую плотность бактерий можно отнести к биопленке, образованной в трубах между блоком нанофильтрации и сетью), а также большую часть растворенного органического вещества. (DOC и BDOC).

ТАБЛИЦА 1

Характеристики воды на входе в распределительные системы, питаемые водой GAC (сеть A) или нанофильтрованной водой (сеть B)

Сеть Avg (SD) № литр-1 Temp (° C) Общее количество бактериальных клеток. Культивируемые бактерии (КОЕ). Общее количество простейших клеток C (мг). Общее содержание хлора (мг Cl2). 3 дня 15 дней. DOC BDOC A ( n = 3) 1.4. × 108 (6,3 × 107) 7,8 × 104 (7,6 × 103) 6,0 × 106 (1,5 × 106) 3,2 × 104 (1,5 × 103) 2,3 (0,6) 0,7 (0,7) 0 21,8 (1,3) B ( n = 13) 5,0 × 104 (1,5 × 105) 3,0 × 103 (3,0 × 103) 4,9 × 104 (1,4 × 105) 0a 0,21 (0,05) <0,1 0 22,3 (1,8)

Две экспериментальные системы были хорошо колонизированы бактериями через 2 месяца (таблица) (до 3 × 108 бактериальных клеток на литр-1 и до 4 × 107 бактериальных клеток на см-2 в биопленке). Бактерии значительно размножились в сети нанофильтрованной воды, несмотря на более низкую концентрацию биологически разлагаемого органического вещества (ниже предела чувствительности метода BDOC, т.е. 0,1 мг C л-1) по сравнению с водной сетью GAC (0,55 мг C л / л). -1). Тем не менее, уменьшение на 30% размера клеток и 1 log количества бактериальных клеток позволяет предположить, что общая биомасса была несколько ниже в сети нанофильтрованной воды, чем в водной системе GAC. На единицу длины трубы бактерий в биопленке было в среднем в три раза больше, чем в воде в двух сетях. Протистов легко подсчитать в сети GAC, снабжающей водой (до 105 литров -1 в воде и 103 см -2 в биопленке), но в сети нанофильтрованной воды не было обнаружено ни одного клетки протистана.

ТАБЛИЦА 2

Характеристики воды и биопленки в первом контуре распределительной системы, питаемой в течение 2 месяцев водой GAC (сеть A) или нанофильтрованной водой (сеть B)

Первая петля сети: Avg (SD [ n = 3]) № литра -1 или см -2 С (мг литра -1) Общий хлор (мг Cl2 литра -1) Темп (° С) Общее количество бактериальных клеток Culturable бактерии (КОЕ) Колиформ (КОЕ) Общее количество клеток-протистов 3 дня 15 дней DOC BDOC A Вода 3,6 × 108 (4,7 × 107) 3,2 × 104 (2,3 × 104) 2,2 × 106 (1,3 × 106) 0 1,8 × 105 (8,2 × 104) 1,7 (0,6) 0,55 (0,6) 0 24,9 (1,8) Биопленка 4,3 × 107 (3,5 × 105) 5,9 × 103 (6,4 × 103) 3,3 × 105 (3,0 × 104) 0 1,4 × 103 (86) - - - - B Вода 5,3 × 107 (4,8 × 106) 1,3 × 104 (9,1 × 103) 1,7 × 105 (5,9 × 104) 0 0 0,3 (0) 0 0 24,5 (1,6) Биопленка 7,1 × 106 (3,6 × 105) 2,4 × 104 (3,5 × 102) 1,6 × 105 (1,3 × 104) 0 0 - - - -

Разнообразие простейших в сети.

Плотность простейших определяли в двух сетях после 4 месяцев кормления. В трех петлях сети нанофильтрованной воды протозоа не было обнаружено, но в воде водной сети GAC были идентифицированы четыре группы протистов: инфузории (например, Colpidium campilum и scuticociliates), камаэбаэ (например, Trinema lineare и Euglipha sp. ) и голые амебы и жгутики (например, Entosiphon sulcatum и динофлагелляты) (таблица). Вода в контуре 1 (сеть А) содержала в основном жгутиконосцы (93% от общей численности простейших), за ними следовали инфузории (1,8%), камбаба (1,6%) и голые амебы (1,1%). Обнаженные амебы и жгутики не были обнаружены в биопленке, где инфузории присутствовали в большем количестве, чем камбека. По мере того как вода текла из петли 1 в петлю 3, а средний возраст в системе увеличивался с 12 до 36 часов, общее количество простейших в воде и в биопленке в целом уменьшалось. Это снижение достоверно не коррелировало с общим количеством бактериальных клеток в воде или биопленке.

ТАБЛИЦА 3

Средняя плотность простейших и бактерий в воде и биопленке распределительной системы, питавшейся в течение 4 месяцев водой GAC (сеть A) a

Точка отбора проб Средняя плотность (SD [ n = 3]), литр -1 или см − 2 Cili Thecamoebae Amoebae Flagellate Бактериальные клетки GAC вода, поступающая в сеть 695 (61) 1170 (34) 548 (37) 3 × 104 (1,5 × 108) ) 2,6 × 108 (1,9 × 107) Петля 1 Вода 3300 (360) 2 870 (38) 2 100 (72) 1,67 × 105 (8 × 104) 3,6 × 108 (4,7 × 107) Биопленка 765 (10) 673 (73) 0a 0 4,3 × 107 (3,5 × 105) Петля 2 Вода 936 (180) 1 380 (180) 110 (6) 1 × 105 (6 × 104) 3,9 × 108 (5,2 × 107) Биопленка 817 (53) 584 (22) 0 0 1,4 × 107 (7,3 × 105) Петля 3 Вода 727 (180) 1 090 (290) 0 2,5 × 104 (4 × 103) 2,9 × 108 (1,8 × 107) Биопленка 322 (52) 568 (30) 0 0 1,1 × 107 (0)

Микроскопическое исследование простейших в воде сети А (петли 1–3) показало наличие многих бактерий в пищевых вакуолях в результате пастбищной активности простейших, но эта активность не была подтверждена лабораторными измерениями скорости поглощения флуоресцентно. меченые шарики (0,5 мкм в диаметре). Простейшие, взятые из воды, не принимали свободные меченые шарики даже после 30 ч инкубации. Этот недостаток проглатывания индикаторных гранул может быть вызван тем, что простейшие не распознали гранулы как потенциальную добычу или потому, что пищеварительные вакуоли простейших были полны бактерий и поэтому не глотали гранулы.

Напротив, инфузории, взятые из биопленки (полиуретановые купоны) в трех петлях сети А, показали значительную выпас скота. Они начали принимать шарики через 5 часов, и их количество линейно увеличивалось с 5 до 10 часов ( r = 0,97) (рис.); удельная скорость приема пищи составляла 2 шарика на ресничку в час. Предполагая, что инфузории (i) удаляли шарики и бактерии с одинаковой постоянной скоростью в течение всего исследования и (ii) обладали той же активностью в полиуретановых купонах, что и в биопленке на стенках труб, мы можем рассчитать пастбищную активность простейших в каждом петля сети А. Реснички в биопленке могут удалять около 1630 бактерий ч -1 см -2 (петля 1) до 686 бактерий ч -1 см -2 (петля 3). В водной системе GAC вклад простейших в удаление биопленки был низким: только 0,003% фиксированной численности бактерий можно было проглотить в час инфузориями, присутствующими в 1 см2 биопленки.

Оценка пастбищной активности биопленочных инфузорий с индикаторными шариками (сеть GAC, водоснабжение, петля 1).

Поведение E. coli добавлено в систему распределения.

Поведение клеток E. coli, экспериментально добавленных в сети A и B, сравнивалось с учетом того, что ключевым различием между этими двумя системами была плотность простейших (до 105 л -1 в сети A и не поддающаяся измерению в сети B) , На рисунке показано общее количество кишечной палочки (КОЕ в воде плюс биопленка) как функция количества времени пребывания в гидросистеме, что позволяет проводить прямое сравнение двух систем, работающих в разное время пребывания в гидросистеме (сеть A в 24 часа и сеть B в 12 ч). Первая петля каждой сети была загрязнена однократными инъекциями 1011 КОЕ (сеть А) и 4 × 1010 КОЕ (сеть В).

Плотность кишечной палочки в первом контуре сети A, снабженной водой GAC (время пребывания в гидравлической системе = 24 ч -1), и сеть B, снабженная нанофильтрованной водой (время пребывания в гидравлической системе = цикл в 1 ч -1).

Клетки кишечной палочки в воде GAC (сеть A, содержащая простейшие) исчезали намного быстрее, чем клетки в нанофильтрованной воде (сеть B, простейшие не обнаруживаются). Способность кишечной палочки колонизировать сеть В была неожиданной, поскольку концентрация биодоступного органического вещества была очень низкой и были жизнеспособные автохтонные бактерии. Действительно, наклон кривой распада E. coli в сети B (0,001 ч -1) был ниже теоретической скорости разбавления ( D = 0,083 ч -1), что позволяет предположить, что кишечная палочка адаптировалась и выросла в системе распределения. Это основное различие в поведении кишечной палочки в двух сетях A и B может быть косвенным доказательством высокого и низкого (не обнаруживаемого) выпаса простейших, соответственно.

ОБСУЖДЕНИЕ

Системы распределения питьевой воды постоянно подвергаются воздействию микроорганизмов (бактерий, грибков, простейших, водорослей, нематод и т. Д.) ( 1 , 4 , 11 , 33 ). Некоторые из жизнеспособных организмов могут адаптироваться к этой олиготрофной среде и формировать устойчивую экосистему. Сеть с нанофильтрованным водоснабжением имела микробную экосистему в водной фазе (5 × 107 бактериальных клеток на литр-1) и в биопленке (7 × 106 бактериальных клеток на см-2), но эта экосистема, по-видимому, включала только бактерии, потому что простейшие были обнаружены в сети нанофильтрованной воды (вода плюс биопленка). Очевидное отсутствие хищных организмов также может быть связано с (i) фильтрацией (размер пор, 10 нм) воды, поступающей в систему, удаляющей протистов, и (ii) отсутствием роста простейших из-за очень низкой бактериальной биомассы (жертва) , который мог бы быть ниже порогового уровня, который позволял бы поддерживать и / или расти простейших. Низкий рост бактерий обусловлен удалением более 90% органического углерода с помощью нанофильтрации.

Напротив, сеть очистки воды, обработанная традиционным способом (GAC), позволила создать гораздо большую трофическую пищевую сеть. Экосистема в распределительной системе имела по меньшей мере две фракции: бактерии (3 × 108 клеток-литр-1 в воде и 4 × 107 клеток-см-2 в биопленке) и простейшие (105 клеток-литр-1 в воде и 103 клетки / см 2 в биопленке), как ранее показано Amblard et al. ( 1 ) и Servais et al. ( 34 ). Система водоснабжения GAC содержала жгутиконосцы, инфузории, голые амебы и камаэба с процентами, аналогичными процентным данным, сообщенным Amblard et al. ( 1 ). Биопленка содержала только две группы простейших: камаэба (48%) и инфузории (52%).

Только инфузории на границе раздела твердое тело-жидкость в сети GAC, снабженной водой, имели измеряемую пастбищную активность с помощью лабораторного теста, оцененного в 2 инфузории бактерий -1 ч -1. Простейшие в водной фазе сети водоснабжения GAC не обнаруживали выпас скота. Эти результаты могут быть связаны с неадекватностью лабораторного теста для свободно живущих простейших в системе распределения питьевой воды и / или с большей способностью простейших поглощать фиксированные бактерии вместо планктонных бактерий. Активность выпаса фиксированных простейших в биопленках питьевой воды никогда не была опубликована. Пастбищная активность планктонных инфузорий выше в водной среде и варьируется от 380 до 1095 инфузорий бактерий -1 ч -1 в морской воде ( 36 ) от 5 до 80 инфузорий бактерий -1 ч -1 в речной воде ( 14 ) и от 6 до 5910 инфузорий бактерий -1 ч -1 в воде озера ( 8 ).

Косвенное указание на потребление бактерий простейшими было получено путем измерения судьбы кишечной палочки, экспериментально введенной в две системы распределения. Как описано ранее ( 10 ) временное загрязнение кишечной палочки было введено в сети, но неожиданно кишечная палочка была удалена быстрее из сети водоснабжения GAC, чем из сети нанофильтрованной воды. Предполагалось, что это различие обусловлено плотностью простейших в двух петлях трубы.

Как указывает Симе-Нгандо и соавт. ( 41 ), количество простейших, наблюдаемых под микроскопом, и, следовательно, оценка их плотности, зависит от фиксатора и концентрации. Эффективность метода соскабливания, используемого для удаления простейших из купонов, вероятно, сомнительна, поэтому приведенные цифры являются заниженными значениями истинных плотностей.

Факторы, определяющие скорость, с которой бактерии-простейшие поглощают бактерии, плохо изучены, и существуют значительные различия в степени, в которой различные типы протистов различают суррогатные частицы пищи и естественные пищевые продукты ( 17 , 24 ). Простейшие могут предпочесть подвижные бактерии бусам ( 12 , 25 , 35 , 40 ), и размер бактерий или шариков также является важным фактором, который может влиять на скорость выпаса простейших ( 31 ).

Активность выпаса также зависит от физиологического состояния простейших, которые могут быть чувствительны к физическим нагрузкам ( 9 ) и связан со скоростью пищеварения, которая значительно уменьшается для мелких бактерий, потому что требуется более сложное пищеварение для извлечения всех питательных молекул из мелкой добычи ( 12 ). Хемотаксис (способность обнаруживать специфические химические продукты и мигрировать [ 16 ]), что является важной поведенческой особенностью инфузорий и жгутиконосцев ( 3 , 38 ), также зависит от истории и физиологического состояния видов жертвы ( 44 ). Удельная скорость приема пищи, измеренная в биопленке, может быть завышена из-за присутствия большего числа жертв, чем в обычной среде. Ириберри и соавт. ( 15 ) показали, что высокая плотность добычи способствует более высокой частоте клиренса для двух видов инфузорий ( Uronema sp. и Colpoda inflata ).

Хотя точность оценки проглатывания простейшими, оцененная в этом исследовании, сомнительна, метод является довольно инновационным и дает первоначальную оценку экологической значимости как плотности простейших, так и активности выпаса в системе распределения питьевой воды. В отличие от знаний о простейших в природных экосистемах ( 8 , 14 ), популяции простейших в сетях питьевой воды были описаны лишь недавно.

Несмотря на необходимость оптимизации используемых методов, это исследование показывает (i), что процесс нанофильтрации ограничивает простейший компонент пищевой цепи за счет ограничения количества организмов-жертв и удаления простейших в питательной воде и (ii) в GAC В водной сети, которая содержала разнообразную экосистему, выпас скота минимально способствовал контролю за прикрепленной бактериальной популяцией.