УДК 619:614.94613.155:619.616-97

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ВОЗДУХА ЗАКРЫТЫХ ПОМЕЩЕНИЙ

Дмитриев Анатолий Федорович1, Ахмадиев Габдулахат Маликович2
1Ставропольский государственный аграрный университет, доктор биологических наук, профессор,заслуженный деятель науки РФ
2Набережночелнинский институт Казанского федерального университета, Набережночелнинский государственный торгово-технологический институт РТ, доктор ветеринарных наук, профессор

Аннотация
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


A METHOD AND APPARATUS FOR THE MICROBIOLOGICAL ANALYSIS OF INDOOR AIR

Dmitriev Anatoly Fedorovich1, Akhmadiev Gabdulahat Malikovich2
1Stavropol State Agrarian University, Sc.D., professor, Honored Worker of Science
2Naberezhnochelninsky Institute of Kazan Federal University, Naberezhnochelninsky State Trade and Technology Institute of the Republic of Tatarstan, doctor of veterinary sciences, professor

Abstract
The purpose of this paper is to test the developed scientific production method and apparatus for the microbiological analysis of air.
A method and apparatus for the microbiological analysis of air, including the deposition of the aerosol particles and seeding microorganisms on the surface of a dense nutrient medium and subsequent thermostating sample count the number of colonies grown on the medium surface, characterized in that the deposition of the aerosol particles carried in a liquid trap microorganisms with subsequent disintegration rehydration and aerosol particles and slurry inoculation of microorganisms carried on solid medium.

Keywords: microbiological analysis


Рубрика: 03.00.00 БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Дмитриев А.Ф., Ахмадиев Г.М. Способ и устройство для микробиологического анализа воздуха закрытых помещений // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 6 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/06/51099 (дата обращения: 20.11.2016).

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

№ опыта Устройства для отбора проб воздуха Количество проб воздуха Способ посева на плотную питательную среду
Количество микроорганизмов в 1 воздуха л
М±m М±m
    1 Улавливатель микроорганизмов       10 После взятия проб посев улавливающей жидкости       251,5±7,3,
2.  Прибор Кротова 6 При отборе проб воздуха      180,1±5,4
3.  Прибор Кротова 19 При отборе проб воздуха      194,2±5,7
4. Улавливатель микроорганизмов 15 После взятия проб посев улавливающей жидкости       239  ± 8,4

Заключение. 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.


Все статьи автора «Ахмадиев Габдулахат Маликович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация