ФАКТОРЫ ПАТОГЕННОСТИ БАКТЕРИЙ РОДА PSEUDOMONAS

ФАКТОРЫ ПАТОГЕННОСТИ БАКТЕРИЙ РОДА PSEUDOMONAS,
ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ ВОДЫ И СУДАКА (SANDER LUCIOPERCA) В ДЕЛЬТЕ Р. ВОЛГИ
УДК 579.68:556.551.5
1Л.В. Ларцева, 2О.В. Обухова, 1А.Н. Бармин
1А ст раханский государст венны й университ ет , lartsevaolga@ m ail.ru
2А ст раханский государст венны й т ехнический университ ет , obuhow a-ov@ yandex.ru
ФАКТОРЫ ПАТОГЕННОСТИ БАКТЕРИЙ РОДА PSEUDOMONAS,
ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ ВОДЫ И СУДАКА (SANDER LUCIOPERCA)
в д е л ь т е Р. ВОЛГИ
Анализ многолетнего микробиологического материала (1995-2010 гг.) показал частую встреча­
емость условно-патогенных бактерий рода Pseudomonas в воде и рыбе дельты реки Волги. Уста­
новлено, что они обладали набором факторов патогенности: высокой температурной адаптацией,
протеазой, лецитиназой, каталазой, гемолизином. Отмечено увеличение этих признаков у бактерий,
выделенных из воды и рыбы, в осенний сезон, совпадающий с промыслом, что определяет их эпи­
демиологическую значимость.
К лю чевые слова: дельта Волги; условно-патогенные бактерии; факторы патогенности; сезонная
динамика.
Введение
В связи с интенсивным биологическим за­
грязнением гидросферы открытых водоемов со­
здаются условия, благоприятные для развития и
накопления условно-патогенных микроорганиз­
мов, в частности псевдомонад. Их важнейшее би­
ологическое свойство - наличие адаптационного
потенциала, отражающегося качественными и
количественными проявлениями ферментатив­
ной активности. Особое значение имеет свойство
этих бактерий продуцировать ферменты защиты
и агрессии, участвующие в процессах адгезии и
инвазии (Бухарин, 1999; 2012). Как все возбуди­
тели сапронозных инфекций людей, псевдомона­
ды способны быстро адаптироваться к постоянно
меняющимся условиям окружающей среды и при
массовом развитии могут обусловливать различ­
ные патологические процессы у людей. Эволю­
ция этих бактерий проявляется в освоении ими
новых биотопов в организме человека (ожого­
вых, операционных ран и др.), поражений кожи,
глаз, ушей, мозговых оболочек, органов дыхания.
В настоящее время они играют ведущую роль в
этиологии внутрибольничных инфекций (Шагинян и др., 2005; Покровский и др., 2011; Холодок
и др., 2014). Широко распространенные в гидро­
экосистемах различные виды псевдомонад могут
инициировать заболевания рыб и других гидробионтов. Они способны контаминировать рыбу и
рыбопродукты и в процессе хранения на холоде
превалировать над другой микрофлорой (Долганова и др., 2005; Ларцева и др., 2008).
Ранее в Волго-Каспийском бассейне псевдомо­
нады доминировали в микробном пейзаже воды
и промысловых видах рыб, уступая по частоте
встречаемости только энтеробактериям и аэромо­
надам (Ларцева, 1998; Обухова, 2004). В Каспий­
00
ском море бактерии этого рода инфицировали
воду, бычков, осетров, желетелых гребневиков
(Лисицкая, 2008).
В связи с этим изучение факторов патогенно­
сти псевдомонад, циркулирующих в воде и рыбе
в условиях антропогенной нагрузки, сегодня яв­
ляется актуальным и своевременным.
Материалы и методы
Материалом для исследований служили 375
проб воды и 447 экз. судака, собранные посезонно
с 1995 по 2010 г. в дельте р. Волги (Главный, Гандуринский банки, р. Бузан). У рыб анализировали
жабры, кровь, кишечник, паренхиматозные орга­
ны, мышцы. За этот период проанализировано бо­
лее трех тысяч бактериальных культур. Из воды
было выделено 375, а из рыбы - 720 штаммов,
идентифицированных как Pseudomonas (Опреде­
литель..., 1997). Персистентные свойства изуча­
ли по общепринятым методам (Бухарин, 1999).
Статистическую обработку проводили с ис­
пользованием компьютерных программ Statistica.
Результаты и их обсуждение
Результаты проведенного анализа показали,
что псевдомонады в удельном весе всей выделен­
ной микрофлоры составляли в воде 30.4±0.6; в
рыбе - 20.8±0.6 % проб. В структуре рода в обоих
эконишах доминировали штаммы Ps. alcaligenes
u Ps. fluorescens (табл. 1). Эпидемически значи­
мая Ps. aeruginosa была зарегистрирована в воде
жарким летом 2010 г. единичными штаммами.
Основными биотопами выделенных нами псев­
домонад были желудочно-кишечный тракт, жа­
бры и почки, в которых содержание этих бакте­
рий было выше (Р < 0.05; r = 0,81), чем в крови и
мышцах. Значительное обсеменение желудочно-
р осс и й с ки й ж у р н а л при кл ад ной экологии
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
кишечного тракта рыб бактериями этого рода от­
мечено ранее (Ларцева, 1998; Обухова, 2004; Лисицкая, 2008).
Существенных различий в микробном пейзаже
воды и судака по районам исследований нами не
выявлено. Однако эти бактерии имели сезонную
цикличность с подъемами своего развития весной
и осенью, совпадающие с промысловым перио­
дом в дельте р. Волги.
и
п°
нс^3
о+
Р
мы псевдомонад были инертны по отношению
к реакции Фогес-Проскауэра и наличию уреазы,
что, по-видимому, обусловлено биохимическими
свойствами этих бактерий.
Максимальные значения маркеров патоген­
ности отмечены у водных и рыбных штаммов
Ps. alcaligenes u Ps. fluorescens; минимальные у Ps. putida. Штаммы последнего вида были инер­
тны по протеазе, лецитиназе, гемолизину (табл.
2). Во всех случаях у водных штаммов показатели
Таблица 1. Удельный вес псевдомонад, вы деленны х
всех тестируемых факторов патогенности в сред­
из воды и р ы б ы (в ст рукт уре рода)
нем были в 1.1-1.2 раза выше, чем у рыбных (Р <
Процент штаммов
0.05; r=0.89), что согласуется с ранее проведен­
Виды псевдомонад
вода
рыба
ными исследованиями в этом регионе (Ларцева,
Pseudomonas fluorecens
41.1 ± 0.7
36.5 ± 0.6
1998; Обухова, 2004; Лисицкая,2008).
Ps. alcaligenes
33.2 ± 0.9
36.1 ± 0.7
Фактические материалы, приведенные в табл. 3
Ps. syringae
13.7 ± 0.7
16.9 ± 0.9
и
4,
показали существенную гетерогенность всех
Ps. putida
10.5 ± 0.9
10.3 ± 0.8
испытуемых маркеров патогенности у бактерий
Ps. aeruginosa
1.6 ± 0.9
этого рода.
Возможность роста условно-патогенных ми­
Фактические материалы, приведенные в табл. 2,
свидетельствуют о том, что все виды и штаммы,
кроорганизмов при +37°C свидетельствует о вы­
выделенные из воды и рыбы, со значительной до­
сокой экологической пластичности псевдомонад
лей вариабельности обладали набором факторов
и их эпидемической опасности для людей. Имен­
но этим биологическим свойством, по-видимо­
патогенности. Однако все тестируемые штамму, можно объяснить
Таблица 2. Средние данны е по ф акт орам пат огенност и у т ест ируем ы х псевдомонад «уход»
и «приход»
Процент позитивных штаммов
Тестируемые
водных
сапронозов
в
Биотоп
микроорганизмы
протеаза
лецитиназа гемолизин каталаза
разные сезоны года
рыба
28.6
27.0
57.8
37.1
59.6
(Бухарин, 1999; 2012;
Pseudomonas spp.
вода
33.7
30.6
67.5
38.8
81.4
Яковлев, 2011).
рыба
73.9
93.7
16.7
70.1
77.3
Ps. alcaligenes
Цифровые
значе­
вода
79.8
98.2
20.8
83.4
89.6
ния, приведенные в
рыба
54.6
96.3
46.6
16.7
55.6
Ps. fluorecens
табл.
3 и 4, свиде­
вода
69.6
100.0
54.2
17.3
73.5
тельствуют
о том, что
рыба
10.6
26.1
Ps. putida
вода
14.0
28.4
у водных штаммов
рыба
42.0
54.3
30.3
31.0
54.7
псевдомонад способ­
Средние значения
вода
48.3
57.2
35.6
34.9
68.2
ность роста при +37°С
в среднем была выше,
Таблица 3. С езонная динам ика ф акт оров пат огенност и псевдомонад,
чем
у рыбных в 1.2
вы деленны х из воды
раза
(Р
< 0.05; r=0.91).
Процент позитивных штаммов
Тестируемые
Сезон
Максимальные
зна­
микроорганизмы
года
протеаза лецитиназа гемолизин
каталаза
чения этого призна­
весна
21.7
65.3
32.9
89.0
ка были отмечены у
Pseudomonas spp.
лето
50.0
30.1
71.2
41.8
58.5
осень
29.4
61.7
66.0
41.6
96.6
Ps. alcaligenes u Ps.
весна
60.7
94.6
70.3
100.0
Fluorescens,
мини­
Ps. alcaligenes
лето
93.4
100.0
83.6
68.9
мальные - у Ps. putida.
осень
85.2
100.0
62.4
96.2
100.0
Анализ полученных
весна
57.8
100.0
58.7
84.2
данных показал обрат­
лето
85.5
100.0
44.0
21.4
60.1
Ps. fluorecens
ную зависимость об­
осень
65.5
100.0
59.8
30.4
76.2
щего
вегетирования
весна
10.0
34.1
бактерий
этого рода
Ps. putida
лето
32.0
в воде и рыбе по се­
осень
51.2
весна
21.7
65.3
32.9
89.0
зонам года и способ­
Средние
лето
50.0
30.1
71.2
41.8
58.5
ности их роста при
значения
и
п°
нс^3
о+
Р
осень
2/2015
29.4
61.7
66.0
41.6
96.6
61
ФАКТОРЫ ПАТОГЕННОСТИ БАКТЕРИЙ РОДА PSEUDOMONAS,
ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ ВОДЫ И СУДАКА (SANDER LUCIOPERCA) В ДЕЛЬТЕ Р. ВОЛГИ
Таблица 4. С езонная динам ика ф акт оров пат огенност и псевдомонад, вы деленны х из ры б ы
Ps. alcaligenes
Ps. fluorecens
Ps. putida
Средние значения
Рост при
+37°C
весна
лето
осень
весна
лето
осень
весна
лето
осень
весна
лето
осень
весна
лето
осень
16.5
49.1
20.3
50.6
90.7
80.4
48.1
65.8
50.0
31.8
28.8
59.4
37.7
протеаза
25.0
56.1
81.0
100.0
100.0
8
Pseudomonas spp.
Сезон
года
8
Г
О
Тестируемые
микроорганизмы
100.0
100.0
42.6
56.3
64.0
показала дина­
мичный рост от
весны к осени
как у водных,
так и у рыбных
штаммов.
Ps.
aeruginosa, заре­
гистрированная
нами
единич­
ными штамма­
ми только летом
2010 г. в воде.
во всех случаях
обладала гемо­
лизином. Ранее
существенных
различий у гемолитически активных штаммов псевдомонад,
выделенных из воды и судака, не было отмечено
(Обухова, 2004). Следовательно, полученные дан­
ные по наличию гемолизина у псевдомонад, персистирущих в гидроэкосистеме дельты р. Волги,
свидетельствуют о ее эпидемиологическом не­
благополучии.
Каталазная активность как защитная функция
бактерий, весьма зависимая от растворенного в
воде кислорода и температурного режима гидро­
экосистем, была зарегистрирована практически
у всех анализируемых видов и штаммов псев­
домонад, за исключением изолятов Ps. putida в
летний сезон (табл. 3, 4). Максимальными значе­
ниями этого признака в обоих биотопах облада­
ли штаммы Pseudomonas spp, а минимальными
- Ps. putida. Сезонная периодичность каталазной
активности у всех видов и штаммов псевдомонад
характеризовалась значительными подъемами в
весенний и особенно в осенний сезоны и резким
спадом в летний период. Так, в исследуемых био­
топах у анализируемых бактерий каталаза при­
сутствовала весной и осенью в 100%, снижаясь
летом до 75.0% случаев. У штаммов Ps. putida
(водных и рыбных) летом этот признак отсутст­
вовал. Наиболее четко выраженными сезонными
колебаниями каталазы характеризовались водные
и рыбные штаммы Pseudomonas spp. Отмечена
прямая зависимость встречаемости всех видов
псевдомонад в обоих биотопах; увеличения или
ослабления экспрессии каталазы в зависимости
от таких абиотических факторов среды, как тем­
пературный и кислородный показатели, которые
определяют детоксикацию перекиси водорода.
Видимо, поэтому показатели каталазы у псевдо­
монад значительно снижались в летний сезон в
обоих биотопах. В связи с этим можно предпо-
Процент позитивных штаммов
лецитиназа гемолизин
каталаза
54.4
30.6
68.8
59.0
40.6
41.4
60.1
40.1
69.0
54.1
88.4
76.2
57.4
50.1
80.0
86.1
48.8
64.8
41.1
20.1
43.3
50.0
30.0
58.6
28.4
50.0
25.8
21.2
62.6
25.0
34.2
35.5
40.1
37.5
65.9
+37°С (табл. 3, 4). На фоне снижения их встре­
чаемости в этих биотопах летом отмечен подъ­
ем их роста при +37°С. В связи с этим возможно
предположить наличие у псевдомонад различных
биоваров с повышенной ферментативной актив­
ностью, что придает им определенную эпидемио­
логическую значимость.
В пользу этого свидетельствуют данные по
протеолитической и лецитиназной активности,
которые обуславливают расщепление белков,
лизис мышечной ткани, автолиз и порчу рыбы
вследствие проникновения псевдомонад в ее ор­
ганизм (Долганова и др., 2005). Показатели этих
признаков у анализируемых бактерий имели
динамичный рост от весны к осени (табл. 3, 4).
Исключением были водные и рыбные штаммы
Ps. putida, которые были инертны в отношении
протеазы и лецитиназы.
Гемолитическая активность бактерий (феномен
Канагава) - показатель способности гемолизировать эритроциты человека. Является важным фак­
тором патогенности многих микроорганизмов.
Гемолизин обуславливает продукцию цитолизи­
на, который оказывает повреждающее действие
на клеточные мембраны, поэтому может служить
критерием эпидемиологического благополучия
исследуемого биоценоза. Этот персистентный
признак был зарегистрирован у всех выделенных
нами псевдомонад, за исключением штаммов Ps.
putida (табл. 2, 3, 4). Средние данные без учета
сезонной динамики свидетельствуют о неболь­
ших различиях наличия гемолизина у рыбных и
водных штаммов (Р < 0.05; r=0.82). При этом мак­
симальные показатели этого признака отмечены
у водных и рыбных штаммов Ps. Alcaligenes, ми­
нимальные - у Ps. fluorescens. Сезонная динамика
гемолитической активности по своим значениям
росс и й с ки й ж у р н а л при кл ад ной экологии
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
ложить, что сезонная летняя «депрессия» этих
бактерий связана в определенной мере с паде­
нием их каталазной активности, которая играет
существенную роль в саморегуляции микробных
сообществ.
Заключение
Результаты многолетнего микробиологическо­
го мониторинга, проведенного с 1995 по 2010 г.
в гидроэкосистеме дельты р. Волги, показали до­
минирование в микробиоценозе бактерий рода
Pseudomonas, которые по частоте встречаемости
уступали только энтеробактериям и аэромонадам.
Среди выделенных бактерий этого рода в воде и
рыбе (судаке) доминировали Ps. alcaligenes и Ps.
fluorescens. Основными биотопами выделенных
псевдомонад были желудочно-кишечный тракт,
жабры и почки, а пики их вегетирования прихо­
дились на весну и осень - периоды промысла в
дельте р. Волги.
Условно-патогенные псевдомонады, как воз­
будители сапронозных инфекций людей, весьма
адаптивны к различным экологическим нишам
благодаря своим персистентным свойствам. При
смене биотопов: вода - фито-, зоопланктон рыба - человек у микроорганизмов будут появ­
ляться или усиливаться биологические свойства
(факторы патогенности/персистенции), облегча­
ющие им адаптацию к новым условиям обитания.
Анализ фактического материала показал, что
обитающие в воде и рыбе псевдомонады облада­
ли определенным набором факторов патогенно­
сти: способностью роста при +37°C, протеазой,
лецитиназой, гемолизином и каталазой. Во всех
случаях штаммы этих бактерий, выделенных из
воды, имели патогенные признаки в среднем в 1.2
раза выше, чем изолированные из рыбы. Как пра­
вило, грамнегативные неферментирующие псев­
домонады показали обратную зависимость их
встречаемости в воде и рыбе с показателями фак­
торов патогенности, за исключением экспрессии
каталазы. Наиболее четко и выражено они прояв­
лялись у штаммов Ps. alcaligenes и Ps. fluorescens.
Способность роста при +37°C у анализируемых
псевдомонад с максимальными значениями от­
мечена летом, с небольшим спадом осенью. По
другим тестируемым факторам патогенности от­
мечен динамичный рост цифровых показателей
от весны к осени.
Таким образом, приведенные данные много­
летнего фактического материала свидетельству­
ют о широком распространении псевдомонад в
дельте р. Волги и о наличии у них важных перси­
стентных/патогенных свойств, обуславливающих
2/2015
экологическую и эпидемиологическую напря­
женность гидроэкосистемы, особенно в летне­
осенний сезон.
Список литературы
1. Бухарин О.В. От персистенции к симбиозу // Микробио­
логия. 2012. № 4. С. 4-9.
2. Бухарин О.В. Персистенция патогенных бактерий. М.:
Медицина, 1999. 336 с.
3. Долганова Н.В., Першина Е.В., Хасанова З.К. Микро­
биология рыбы и рыбных продуктов. М.: Мир, 2005. 224 с.
4. Ларцева Л.В. Гигиеническая оценка по микробиологи­
ческим показателям рыбы и рыбных продуктов Волго-Каспийского региона: Автореф. дис. ... докт. биол. наук, М.,
1998. 44 с.
5. Ларцева Л.В., Обухова О.В., Лисицкая И.А. Микрофло­
ра рыб и других гидробионтов: учеб. пособие // Астрахань:
Астраханский гос. ун-т, 2008. 108 с.
6. Лисицкая И.А. Бактериальные сообщества некоторых
компонентов экосистемы дельты Волги и Северного Каспия:
Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Астрахань, 2008. 23 с.
7. Обухова О.В. Бактериоценоз воды и судака (Stizostedion
lucioperca) в дельте Волги: Автореф. дис. .к а н д . биол. наук.
М., 2004. 23 с.
8. Определитель бактерий Берджи. В 2 т. / Ред. Дж. Хоулт
и др. М.: Мир, 1997. Т.2. 799 с.
9. Покровский В.И., Акимкин В.Г., Брико Н.И., Брусина
Е.Б. Внутрибольничные инфекции: новые горизонты профи­
лактики // Эпидемиол. и инфекц. болезни. 2011. №1. С. 4-8.
10. Холодок Г.Н., Алексеева И.Н., Стрельников Н.В., Коз­
лов В.К. Колонизационные свойства условно-патогенных
бактерий, изолированных при пневмониях детей // Микробио­
логия, эпидемиология и иммунология. 2014. № 2. С. 17-25.
11. Шагинян И.А., Чернуха М.Ю. Неферментирующие
грамотрицательные бактерии в этиологии внутрибольнич­
ных инфекций: клинические, микробиологические и эпиде­
миологические особенности // Клин. микробиол. и антими­
кроб. химиотерапия. 2005. Т. 7. № 3. С. 271-285.
12. Яковлев А.А. Экологическое направление в эпидеми­
ологии // Эпидемиол. и инфекц. болезни. 2011. № 3. С. 58-62.
L.V. Lartseva, O.V. Obuhova, A.N. Barmin.
Pathogenicity factors of Pseudomonas bacteria,
isolated from water and perch (Sander lucioperca)
in the Volga river delta.
Analysis of long-term microbiological material
(1995-2010) showed frequent incidence of conditionally-pathogenic bacteria of the genus Pseudo­
monas in water and fish of the Volga River delta. It
was found that they had a set of pathogenicity fac­
tors: high temperature adaptation, protease, lecithinase, catalase, hemolysin. Increase of these traits in
bacteria isolated from water and fish was revealed
in the fall season, which coincides with the fishery,
which determines their epidemiological significance
is marked.
Keywords: Volga delta; opportunistic pathogenic
bacteria; pathogenicity factors; seasonal dynamics.
63