Почему вы решили заняться изучением жизни в атмосфере?
Это последняя неизученная экосистема на планете. В XXI веке осталось совсем мало неизученных сред. Кроме того, в мире было лишь несколько ученых, которые занимались этим вопросом, так что там есть еще огромное поле для работы.
Как вы начали изучать жизнь в верхних слоях атмосферы?
В 2008 году мы использовали для этого самый высотный самолет NASA, он летает так высоко, что пилот вынужден облачаться в космический скафандр. Раньше это был разведывательный самолет U-2. Вы, наверное, знаете, что когда наши страны не «очень» дружили, эти самолеты летали над СССР и Кубой, снимая ракетные установки. Они летали так высоко, что никто не мог обнаружить их при помощи радара.
Не то чтобы совсем никто не мог... Как эти самолеты оказались у вас?
После холодной войны самолеты остались у военных, и они не знали, что с ними делать. Теперь самолеты получили название ER-2, они используются для науки, и это здорово! Ловушка для пыли закреплена на конце крыла, поэтому она не подвергается воздействию со стороны фюзеляжа и ловит пыль непосредственно из набегающего потока воздуха. В 2008 году на этом самолете мы собирали образцы пыли на высоте 20 километров над Тихим океаном. Затем выращивали микроорганизмы, собранные вместе с пылью.
Почему именно над Тихим океаном?
Мы хотели избежать влияния земной поверхности и не загрязнять образцы местной пылью. Над Тихим океаном ее летает не так много, как над континентом. И кроме того, было интересно изучить воздух, который приходит к нам через океан из Азии. Весной там преобладают ветры, которые дуют из Азии в Северную Америку. Пролетая сквозь этот поток, мы узнали, откуда конкретно к нам приходит воздух. Давно известно, что гарь от лесных пожаров, в том числе российских, и выбросы от сжигания угля в Китае пересекают Тихий океан. Но никто раньше не пытался изучить микроорганизмы, путешествующие с этими загрязнителями. Мы впервые доказали наличие живых клеток в стратосфере, выяснили, что они перелетают океан в экстремальных условиях, и это значительное достижение. Если они существуют на высоте 20 километров, почему бы им не быть выше?
Когда люди стали задумываться о присутствии микробов в воздухе?
О них знали задолго до того, как стало понятно, что эти существа, собственно, из себя представляют. Тысячи лет люди знали о летающих в воздухе дрожжах, которые мы используем при приготовлении хлеба и алкоголя. Однако настоящим вызовом стали попытки сбора образцов атмосферы, ведь концентрации в ней микробов ничтожны. Чарлз Дарвин собирал пыль с парусов корабля «Бигль» в тридцатых годах девятнадцатого века. Спустя 150 лет в тех образцах обнаружили микроорганизмы.
В 1862 году Луи Пастер открыл одноклеточных микробов, живущих в воздухе, которые быстро умирают от высокой температуры. Его нехитрые эксперименты с бульоном показали, что любая питательная среда, оставленная на открытом воздухе, постепенно заселяется колониями клеток. Это самый простой способ узнать, какие организмы обитают в воздухе, — попытаться поймать и вырастить их. Мы используем крахмальный агар или простые сахара, и если клетке эта среда нравится, она начинает питаться, расти, делиться, и вскоре мы видим миллионы и миллиарды однотипных микроорганизмов. И для этого нам необходима всего одна жизнеспособная клетка. Метод применяется до сих пор, но мы понимаем, что он выявляет лишь порядка одного процента микробов. Если в питательной среде оказались мертвые организмы, вырастить их таким образом уже не удастся. Поэтому метод позволяет увидеть лишь вершину айсберга.
Какие эксперименты по поиску жизни в атмосфере проводились в XX веке?
Большинство экспериментов в начале XX века было сделано при помощи самолетов. Еще пионер авиации Чарлз Линдберг, перелетая океан, собирал образцы пыли. В них он искал жизнеспособных микробов. В конце семидесятых годов советские ученые под руководством Александра Имшенецкого провели ракетные эксперименты на больших высотах. Ракета в опытах Имшенецкого поднималась до мезосферы на 77 километров и в ходе спуска собирала образцы воздуха. По мере падения ракеты удалось собрать образцы грибов (например, Circinella muscae, Aspergillus niger, Papulaspora anomala). 77 километров по сей день остается самой большой высотой, с которой на Землю вернулись жизнеспособные организмы. Чуть позднее, в восьмидесятые годы, группа британцев запускала высотные аэростаты. Преимущество их перед ракетами заключалось в способности зависать и собирать пробы в течение долгого времени. На высотах от 20 и до 50 километров также были найдены жизнеспособные организмы.
Насколько можно доверять тем результатам?
За последние 10 лет в микробиологии свершилась настоящая революция. Сегодня у нас есть изощренные техники описания микробов и, что еще важнее, мы можем более тщательно следить за тем, чтобы не собирать микроорганизмы случайно с инструментов или нашего тела. Теперь мы знаем, как много микробов живет внутри и на поверхности нашего тела, и это совсем недавнее открытие. Не думаю, что ученые, которые начинали изучать верхние слои атмосферы, уделяли необходимое внимание возможности загрязнения. Они не только были не в состоянии обнаруживать многие виды, но и, скорее всего, сами загрязняли свои образцы. По этому прежние результаты вызывают у меня сомнения: ученые не объяснили, как сохраняли чистоту инструментов, как защищали их от сбора клеток по пути вверх и вниз.
Чем же отличается ваш опыт с самолетом?
Мы могли осуществлять строгий контроль сбора. И самое главное — пылесборники не открывались, пока самолет не набирал высоту 20 километров. По сравнению с прошлыми экспериментами, когда мы не могли быть уверены, откуда взяты образцы, это улучшенный подход. Подобно Луи Пастеру, выделить мы могли только живые организмы, помещая их в питательную среду. Мы выделили несколько микроорганизмов, которые встречаются и на поверхностях предметов, и в почве. Вероятно, мы собрали и сотни других видов микроорганизмов, но, скорее всего, все они были мертвы, кроме бацилл — ведь они образуют споры и выживают в экстремальных условиях.
Какой практический смысл в знании, кто живет в верхних и нижних слоях атмосферы?
Для формирования облаков, снежинок и капель дождя нужны ядра. Как выяснилось, такими ядрами могут служить микроорганизмы, например бактерии, размером 1-3 микрона. Поэтому важно знать, где и как перемещаются микробы, участвующие в формировании осадков. Ученые из Монтаны исследовали градинки и выяснили, что порядка 30 процентов из них образованы вокруг микроорганизмов.
А остальные 70 процентов?
Остальные — всевозможные твердые частицы: пылинки, пепел, различные выбросы, связанные с деятельностью человека. Думаю, атмосфера играет важную роль в эволюции и экологии микроорганизмов. Высокий уровень ультрафиолетового излучения может вызывать мутации и даже образование новых видов!
Микроорганизмы могут передвигаться сами по себе?
Конечно! К примеру, так перемещаются споры грибов. Их репродуктивная стратегия — использование ветра для распыления спор без участия пыли.
В каких условиях пребывают микроорганизмы в верхних слоях атмосферы?
Живым организмам необходима вода. Верхние слои атмосферы, безусловно, чрезвычайно сухое место. Кроме того, там особенно велико ионизирующее излучение. Большая часть озонового слоя находится между 18 и 40 километрами и предохраняет все живое на Земле от ультрафиолетового излучения. Еще один экстремальный фактор — это низкие температуры. На 20 километрах, у нижней границы стратосферы, где летел наш самолет, температура опускалась до -100 °С. И последний фактор — очень низкое давление. Большинство земных организмов испытывают давление в одну атмосферу. Известно, что живые клетки, помещенные в камеру, из которой откачали воздух, прекращают расти.
Какие внутренние механизмы помогают микробам выживать в этих условиях?
Многие микробы, оказавшись в таких условиях, образуют споры, теряя воду и объем. Клетка становится крепостью, в которой клеточная мембрана предохраняет такие важные части, как ДНК.
Почему жизнью в атмосфере заинтересовались в NASA?
Это расширяет наши представления о том, где в Солнечной системе и Вселенной может существовать жизнь. Интересно наблюдать, как жизнь противостоит суровым условиям, поскольку, взглянув на Солнечную систему, мы видим, что условия на большинстве планет довольно жесткие. Поэтому если мы можем найти формы жизни, обитающие в экстремальных режимах на Земле, мы можем говорить о том, какие виды могут, в принципе, обитать на других планетах. И отправившись к другим мирам, например на Марс, мы будем знать, какие формы жизни нам стоит там искать и каким способом.
Как вы охотитесь за микробами сейчас?
Недостаток ракет и самолетов — ограниченное время для эксперимента. Собирать пробы постоянно мы можем только в горной обсерватории. Эта обсерватория Bachelor находится на высоте 2700 метров выше уровня моря на вершине потухшего вулкана в горах штата Орегон. Мощные насосы позволяют собирать пробы воздуха непрерывно. Мы выбрали эту обсерваторию для поиска микроорганизмов, так как на такой высоте приборы не подвержены загрязнению с поверхности Земли.
Вы освоили и новый метод сбора?
Теперь, собирая огромные объемы воздуха, мы стали получать достаточно клеток, чтобы использовать более тонкие методы. Один из них — ПЦР (метод полимеразной цепной реакции) — состоит в получении большого количества клеток, из которых выделяются молекулы ДНК, а ДНК копируется в лаборатории. Кроме того, мы используем и другие методы, например так называемые ДНК-микрочипы, и изучаем последовательности этих ДНК. Прелесть метода в том, что мы можем получить ДНК мертвых организмов. Именно так мы впервые смогли обнаружить более 2000 видов микроорганизмов в образцах!
Среди них были неизвестные?
Нет, все это уже известные науке виды. ДНКмикрочипы сделаны на основе уже известных последовательностей, поэтому наш метод не позволяет обнаружить неизвестные виды. Из 60 000 видов, на основе которых выполнены микрочипы, мы смогли обнаружить более 2000. Это говорит о том, как много мы пропускали ранее.
А ранее в атмосфере находили неизвестные виды?
Индийские ученые запускали аэростат на высоту 50 километров. Они считали, что обнаружили новый вид микробов, залетевших из космоса. Но это бессмыслица, нелепость. Ведь эти виды используют те же молекулы, что и земные организмы. Самое простое объяснение состоит в том, что эти популяции существуют в наземных или водных экосистемах, но пока не обнаружены. В наших работах и работах Имшенецкого (1978) и Лысенко (1980) всегда прослеживалась строгая генетическая связь между организмами, собранными в воздухе, и теми, что живут на поверхности земли и воды.
Есть ли среди найденных микробов болезнетворные или вызывающие аллергию?
Большинство из них не являются патогенными, они безвредны. А некоторые даже весьма полезны. Я не думаю, что стоит беспокоиться о возможности перемещения патогенных микробов в атмосфере, так как большинство их погибает. Однако мы собрали некоторые грибки, которые ассоциированы с заболеваниями сельскохозяйственных культур. Перенос болезней по воздуху вполне реален. Науке известны случаи, когда вирусы разносились на большие расстояния, например через пролив Ла-Манш. Вирусы по численности превосходят бактерии, они более подвержены ионизирующему излучению, но могут находиться внутри бактерий и переноситься ими. В дальнейшем будет очень интересно искать их в наших образцах воздуха.
Как микробы попадают в атмосферу?
Поскольку большинство клеток прикрепляется к пылинкам, то главный фактор — пылевые бури. Это может происходить во время ураганов, гроз, муссонов. Еще один интересный факт, который мы выявили, — обилие морских микроорганизмов, которые попадают в атмосферу при всплеске волн.
Как вы определяете родину микробов?
Основные источники — пустыни (например, Гоби, Такла-Макан), океаны, а также лесные пожары. Еще один источник, который мы обнаружили — городские станции очистки сточных вод. Происхождение частиц мы определяем, используя методы геохимии. К примеру, уголь, сжигаемый в Азии, привносит характерные следы в частички гари. Такие пылинки имеют конечное время существования в атмосфере, и, измеряя их концентрацию в Северной Америке, мы можем узнать, как давно они были выброшены. Из Китая, например, пепел доходит до США за неделю. Некоторые виды пыли заносятся исключительно из пустынь или с вулканов, из лесных экосистем или городов.
Кстати, в нашем исследовании мы обнаружили бактерии, которые встречаются только у берегов Японии. Они живут в районах выхода гидротермальных вод на дне океана. Оказавшись на поверхности, эти бактерии уносятся ветрами и достигают Северной Америки. Изучая ДНК микробов, биологи выстраивают последовательность всех нуклеотидов и, сравнивая их с базой данных, узнают тип среды и даже место на планете, где они обитают. Если разные методы приводят нас к одним и тем же выводам, это здорово!
А к вам прилетают постоянные «гости» из России?
Да. К примеру, Amphibacillus tropicus ранее находили только в России. Вообще, мы ловим довольно много пепла от сибирских лесных пожаров. И с ним прилетает много ваших микробов.
Как далеко и долго могут путешествовать микробы?
Они перемещаются на огромные расстояния, примером самых дальних перелетов может служить перенос через Тихий океан. Клетки в нижних слоях атмосферы быстро возвращаются на землю благодаря осадкам и под действием силы тяжести. Но если микроорганизмы заносятся ветром в верхние слои, вернуться уже сложно, и они могут неделями, месяцами и даже годами летать вокруг света. Я думаю, мы близки к тому, чтобы назвать атмосферу экосистемой.
Каким будет следующий этап в этих исследованиях?
Мы не можем судить о жизни в атмосфере, имея только одну обсерваторию в США. Для нас очень важно, чтобы ученые по всему миру начали заниматься сборами воздуха, и мы могли бы сравнивать наши результаты. На основе наших методик можно разработать единый стандарт — одинаковые насосы и фильтры для сбора клеток. Ставшие универсальными ПЦР и ДНК-микрочипы уже считаются стандартными инструментами. Нужны такие же станции в Европе, России, Азии, Южной Америке, Австралии. Нам нужна всемирная сеть.
Купить дешевые лекарства от гепатита С
Сотни поставщиков везут Софосбувир, Даклатасвир и Велпатасвир из Индии в Россию. Но доверять можно лишь немногим. В их числе интернет-аптека с безупречной репутацией Главное Здоровье . Избавьтесь от вируса гепатита С навсегда всего за 12 недель. Качественные препараты, быстрая доставка, самые дешевые цены.
Причиной того, что люди болеют, часто являются вирусы и бактерии, которые живут вокруг. Именно они ответственны за порчу продуктов и воды, за развитие инфекций и воспаления. Одним из средств борьбы с ними является температура. Но на различные виды микроорганизмов она действует совершенно по-разному.
Все микроорганизмы делятся на три условные группы, в зависимости от того, какой именно диапазон температур для них будет самым подходящим. Точные значения ученые вычисляют, наблюдая за ростом и размножением бактерий или вирусов. Если эти процессы идут с максимальной скоростью, значит, условия самые подходящие. Так, ученые выделяют:
Вирусы, которые чаще всего вызывают простуду или грипп относятся к мезофиллам. Поэтому на морозе, особенно в сухом воздухе, погибают за несколько часов.
Для чего нужно знать при какой температуре погибают бактерии? Например, для того чтобы дольше сохранить продукты от порчи. Или чтобы не сбивать температуру при простуде. Однако даже одни и те же микроорганизмы, в зависимости от других условий окружающей среды, могут иметь разную чувствительность к холоду или жаре.
Большинство микроорганизмов погибают уже при нагревании до +50 С, но только если нагревание происходит в сухом воздухе, а вот в жидкости они могут выживать и при +70 С. Для того, чтобы обезопасить мясо или рыбу, их придется нагреть до 100 С. А вот в человеческом организме большинство инфекций погибают уже при +37,5–38 С.
Выживаемость бактерий и вирусов во внешней среде будет зависеть не только от температуры, но и от того на какой именно поверхности и при какой влажности они оказались. Например:
Для того чтобы избежать большинства инфекций, в том числе и тех, которые вызывают острые респираторные заболевания, достаточно мыть руки после того, как вы пришли с улицы, дополнительно промывать нос специальными спреями и поддерживать чистоту в доме.
Для большинства возбудителей инфекционных заболеваний именно внутренняя среда организма человека является идеальной. Тот же вирус гриппа особенно хорошо размножается во влажной среде и при температуре +36–37 С. То есть в условиях, которые существуют в вашей дыхательной системе. Причем в организме человека он способен сохраняться от пяти до десяти дней, в зависимости от состояния иммунитета и проводимого лечения. Именно поэтому минимальный курс приема противовирусных препаратов – пять дней.
Что же касается лихорадки, которая мучает вас во время болезни. То цифры в + 38 и даже в +40 С сам вирус убить не могут. Однако такая температура блокирует способность возбудителя проникать в новые клетки и размножаться. Помимо этого, именно повышенная температура запускает процесс выработки организмом интерферона – специального белка, который собственно вирус и уничтожают.
§ Атмосфера Земли представляет собой освещенную, динамичную, хорошо перемешанную среду с непродолжительным пребыванием в ней различных компонентов и быстрыми транспортными системами.
Слои атмосферы Стратосфера Тропопауза 1) Конвекционный слой – 10 км 2) Переходный, или внешний слой свободной турбулентности – 500 – 1000 м Тропосфера 3) Турбулентный пограничный слой 10 -500 м 4) Локальный вихревой слой – 2 - 10 м 5) Ламинарный пограничный слой 1 мм – 2 м
Состав газов в воздухе Метан (СН 4) – образуется метаногенами, разрушается метилотрофами. Закись и окись азота, азот (NO 2, NO, N) – образуется нитрификаторами, разрушается денитрификаторами. Окись углерода (СО 2) – образуется при дыхании, окислении органических соединений, пожарах, а используется при фотосинтезе и хемоситезе Двуокись серы (SO 2) – образуется серными бактериями и при сжигании серосодержащих топлив Кислород и водород
Основным источником парниковых газов на Земле является деятельность микроорганизмов. Антропогенная деятельность лишь усиливает дисбаланс в атмосфере на 510%, что способствует выходу климатической системы из равновесия.
Микроорганизмы в воздухе находятся в трёх основных фазах бактериального аэрозоля Капельная, или крупноядерная фаза (состоит из бактериальных клеток, окружённых водно-солевой оболочкой. Диаметр частиц около 0, 1 мм и более). Мелкоядерная фаза (образуется при высыхании частиц первой фазы и состоит из бактериальных клеток, сохранивших только химически связанную воду на своей поверхности и свободную воду внутри клеток, диаметр большинства частиц не превышает 0, 05 мм). Фаза «бактериальной пыли» (Из первых двух фаз бактерии могут переходить в состав более крупных частиц, оседающих в виде пыли на различных предметах. Размер частиц варьирует от 0, 01 до 1 мм)
Санитарно-микробиологическое исследование воздуха Седиментационный метод Основан на оседании бактериальных частиц и капель за 515 мин под влиянием силы тяжести на поверхности агара открытых чашек Петри А х 100 Х = ---- 75 см 2 Аспирационный метод Основан на принудительном оседании микроорганизмов на поверхность плотной питательной среды или в улавливающую жидкость. Используют аппарат Кротова
Критерии оценки воздуха жилых помещений Оценка воздуха Общее количество бактерий в 1 м 3 Количество стрептококков Лето чистый загрязненный до 1500 до 2500 до 16 до 36 Зима чистый загрязненный до 4500 до 7000 до 36 до 124
Обеззараживание воздуха проводят: газами (фенол, С 5 Н 6 О 3); аэрозольно (формалин с креолином); УФЛ; удалением воздуха (вентиляция); применением аэроионизаторов.
Количественный и качественный состав микрофлоры атмосферного воздуха зависит от характера почвенного и водного покрова, общесанитарного состояния местности, сезонных, климатических и метеорологических факторов (интенсивность солнечной радиации, температура, атмосферные осадки и пр.).
Количество микроорганизмов в воздухе Местность Кол-во микробов в 1 м 3 Воздух над тайгой, морем 1 -10 воздух в городах 4000- 9800 воздух парка 175- 345 воздух помещений для животных 12000- 86000
К водным экосистемам относят: Океаны, моря Озера Реки Подземные воды Амфибиальные ландшафты, экотоны Болота
В зависимости от биологического потребления кислорода и концентрации органического вещества водоемы различают по степени трофии: Олиготрофные – 50 ∙ 103 клеток бактерий в 1 мл (оз. Байкал, Ладожское) Мезотрофные – 1000 ∙ 103 клеток бактерий в 1 мл (пруды) Евтрофные – 2000 – 10000 ∙ 103 клеток бактерий в 1 мл (реки) Дистрофные – 1000 – 2000 ∙ 103 клеток бактерий в 1 мл (болота)
Факторы, влияющие на жизнедеятельность микроорганизмов Температура Солевой состав воды Растворенные газы Кислотность воды Окислительно восстановительный потенциал Донные отложения
Характеристика водных микроорганизмов Аллохтонные (поступающие извне) (патогенные, молочнокислые и др.) Автохтонные (аборигены) (цианобактерии, скользящие бактерии, серные, метаногены, метилотрофы,
Санитарно-микробиологическое исследование воды Определение бактерий семейства Enterobacteriaceae Метод мембранных фильтров. Необходимый объем воды - 300 мл -фильтруют через мембранные фильтры по 100 мл. Фильтры переносят на среду Эндо в чашке Петри и инкубируют при 37 ° С 24 ч. Подсчитывают число красных и красных с металлическим блеском колоний. Идентификацию бактерий проводят по оксидазному тесту и тесту образования кислоты и газа при ферментации лактозы (маннита) Титрационный метод. Принцип метода заключается в посеве 333 мл воды - 3 объема по 100 мл, 3 объема по 10 мл, 3 объема по 1 мл - в лактозно-пептонную (или глюкозопептонную) среду, с последующим пересевом в среду Эндо и идентификацией культуры
Определение спор сульфитредуцирующих бактерий Метод мембранных фильтров. Метод основан на фильтровании воды через мембранные фильтры, выращивании посевов в железо-сульфитном агаре в анаэробных условиях и подсчете черных колоний. Результаты анализа выражают числом колониеобразующих единиц (КОЕ) спор сульфитредуцирующих клостридий в 20 мл воды. Метод прямого посева. Производят посев 20 мл воды в пробирки с железо-сульфитным агаром (2 объема по 10 мл в 2 пробирки или 4 объема по 5 мл в 4 пробирки) инкубируют при 44 ° С 24 ч и посчитывают черные колонии. Результаты выражают числом КОЕ в 20 мл воды.
Определение колифагов Прямой метод. Исследуемую воду вносят в 5 стерильных чашек по 20 мл. В 6 -ю - контрольную воду не берут. Затем во все чашки заливают расплавленный и остуженный до 45 ° агар с добавлением суточной культуры E. сoli. Перемешивают, оставляют для застывания и инкубируют при 37 ° С 24 ч. Учитывают результат подсчетом бляшек в чашках Петри в БОЕ (бляшкообразующих единицах) в 100 мл воды. В контрольной чашке бляшки должны отсутствовать. Титрационный метод. В основе метода - предварительное подращивание колифагов в среде обогащения в присутствии E. сoli и последующее выявления бляшек колифага на газоне E. сoli.
Нормативы качества питьевой воды Единицы измерения Нормативы 1. Общее микробное число КОЕ в 1 мл в оды Не более 50 2. Бактерии семейства Enterobacteriaceae Число кишечных бактерий в 300 мл воды Отсутствие 3. Термотолерантные колиформные бактерии Число кишечных бактерий в 300 мл воды Отсутствие 4. Споры сульфитредуцирующи х клостридий Число спор в 20 мл воды Отсутствие 5. Колифаги Число БОЕ в 100 мл воды Отсутствие Показатели
Воздух как среда обитания для микроорганизмов менее благоприятен, чем почва и вода, так как в нем содержится очень мало или не содержится совсем питательных веществ для размножения микроорганизмов. Тем не менее, попадая в воздух, многие микроорганизмы могут сохраняться в нем более или менее долго. В воздухе микроорганизмы распределены неравномерно. В пыльном и грязном воздухе микроорганизмов больше, чем в чистом, так как они адсорбируются на поверхности твердых частиц. Воздух особенно загрязнен вблизи земной поверхности, а по мере удаления от нее он становится все более чистым. В воздухе центра города микроорганизмов больше, а на окраинах меньше. Летом микроорганизмов в воздухе содержится больше, зимой меньше.
Микроорганизмы обнаружены даже в облаках. На больших высотах встречают микроорганизмы, образующие пигменты, которые повышают их устойчивость к неблагоприятным условиям жизни, особенно к ультрафиолетовым лучам. Выше 84 км над уровнем моря микроорганизмы не обнаруживаются.
Численность и видовой состав микроорганизмов в воздухе . В естественных условиях в воздухе обнаруживаются сотни видов сапрофитных микроорганизмов, представленных кокками (в том числе сарцинами), спорообразующими бактериями и мицелиальными грибами, отличающимися большой устойчивостью к ультрафиолетовым лучам и к другим неблагоприятным воздействиям внешней среды. Воздух открытых пространств относительно чист, а воздух закрытых помещений загрязнен значительно больше. В воздухе закрытых помещений при плохом проветривании накапливаются микроорганизмы, выделяемые через дыхательные пути человека. Патогенные микроорганизмы попадают в воздух из мокроты и слюны при кашле, разговоре, чихании. Даже здоровый человек при чихании и кашле выделяет в воздух 10…20 тысяч КОЕ, а больной человек – во много раз больше.
Количество микроорганизмов в воздухе варьирует в больших диапазонах: от единичных бактерий до десятков тысяч КОЕ/1м 3 . Так воздух Арктики содержит 2…3 КОЕ в 20 м 3 , а в городах с промышленными предприятиями в воздухе обнаруживается огромное количество бактерий. В лесу, особенно хвойном, микроорганизмов в воздухе очень мало, на них губительно действуют фитонциды леса. Над Москвой на высоте 500 м в 1м 3 воздуха обнаружено от 1100 до 2700 КОЕ микроорганизмов, а на высоте 2000м – 500-700 КОЕ. Спорообразующие бактерии и мицелиальные грибы были найдены на высоте 20 км, другие группы микроорганизмов – на высоте 61…77 км.
Человек в среднем вдыхает за сутки 12000…14000 дм 3 воздуха. При этом в дыхательных путях задерживаются 99,8% микроорганизмов, содержащихся в воздухе.
Загрязнение воздуха патогенными микроорганизмами . При чихании, кашле и разговоре в воздух выбрасывается множество капелек жидкости, внутри которых содержатся микроорганизмы. Эти капельки могут часами удерживаться в воздухе во взвешенном состоянии, т.е. образуют стойкие аэрозоли. За счет влаги микроорганизмы в капельках живут дольше. Таким воздушно-капельным путем происходит заражение многими острыми респираторными заболеваниями (грипп, корь, дифтерия, легочная чума и др.). Подобный путь распространения возбудителей – одна из основных причин развития не только эпидемий, но и крупных пандемий гриппа, а в прошлом и легочной чумы.
Помимо воздушно-капельного пути патогенные микроорганизмы могут распространяться через воздух «пылевым» путем. Объясняется это тем, что находящиеся в выделениях больных (каплях мокроты, слизи и т.п.) микроорганизмы окружены белковым субстратом, поэтому они более устойчивы к высыханию и другим факторам. Когда такие капли высыхают, они превращаются в своеобразную микробную пыль, содержащую многие патогенные микроорганизмы.
Частицы микробной пыли имеют диаметр от 1 до 100 мкм. У частиц диаметром более 100 мкм сила тяжести превышает сопротивление воздуха, и они быстро оседают. Скорость переноса пыли зависит от интенсивности воздушных перемещений. Микробная пыль играет особенно важную роль в эпидемиологии туберкулеза, дифтерии, туляремии и других заболеваний.
Для снижения микробной обсемененности воздуха в производственных помещениях применяют физические способы его очистки и обеззараживания. С помощью системы приточно-вытяжной вентиляции загрязненный воздух удаляется из помещений, а на его место поступает более чистый атмосферный воздух. Фильтрация поступающего воздуха через специальные воздушные фильтры значительно повышает эффективность вентиляции.
Наибольшее распространение получил метод фильтрации воздуха через волокнистые пористые или зернистые материалы. Несмотря на то, что волокнистые фильтры имеют диаметр не менее 5 мкм и слабое уплотнение (промежутки не менее 50 мкм), они легко задерживают большинство микроорганизмов со средним размером около 1 мкм.
Фильтры, пропитанные специальной пылесвязывающей жидкостью, задерживают до 90-95% микроорганизмов и частиц пыли, находящихся в воздухе. После очистки воздух подвергают обеззараживанию. Применяя воздушные фильтры тонкой очистки (ФТО) можно добиться эффективности очистки до 99,999%. Требуемая степень очистки воздуха в помещении определяется условиями и характером выпускаемого продукта. Современное оборудование для биологической очистки воздуха обеспечивает организацию общих и специальных зон. Линия биологической очистки воздуха, как правило, включает несколько работающих последовательно технологических элементов: масляный фильтр, фильтр грубой очистки, головной и индивидуальные фильтры тонкой очистки. Набор отдельных элементов в системе определяется конкретной задачей производства.
Обеззараженный воздух можно получить, используя УФ-облучение. С этой целью помещение оборудуется стационарными или переносными бактерицидными лампами из расчета 2,0-2,5 Вт/м 3 объема помещения. Работа ламп в течение 6 час позволяет уменьшить количество микроорганизмов в воздухе на 80-90%. Однако следует иметь в виду, что работа обычных ламп должна проводиться в отсутствии людей, так как их излучение оказывает неблагоприятное воздействие на кожу, слизистые оболочки организма и глаза. Обеззараживание воздуха в присутствии людей можно проводить, только используя ультрафиолетовые бактерицидные облучатели-рециркуляторы, которые рассчитаны на периодическую и непрерывную работу.
Обычно в воздухе производственных помещений пищевых предприятий должно содержаться не более 500 КОЕ/м 3 . Для некоторых производств допустимые показатели содержания микроорганизмов в воздухе более жесткие, их значения приводятся в нормативной документации.
Санитарная оценка воздуха. Для определения микроорганизмов воздуха используют следующие методы:
седиментационный (метод Коха), фильтрационный (воздух пропускают через стерильную воду);
методы, основанные на принципе ударного действия воздушной струи с использованием специальных приборов. Последние методы надежнее, так как они позволяют точно определить количественное загрязнение воздуха микроорганизмами и изучить их видовой состав.
На предприятиях пищевой промышленности, в производственных цехах и в местах хранения продуктов необходимо соблюдать определенную влажность, температуру и микробиологическую чистоту воздуха.
Санитарную оценку воздуха закрытых помещений осуществляют по следующим показателям: КМАФАнМ (количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов); содержание плесневых (мицелиальных) грибов и дрожжей; количество санитарно-показательных стрептококков в 1м 3 воздуха.
По числу клеток (КОЕ) в 1 м 3 воздуха судят о степени обсеменения стрептококком носоглоточных микроорганизмов человека и, следовательно, о возможном присутствии в воздухе патогенных микроорганизмов.
Как уже было сказано, на состав сообществ микроорганизмов поверхностного снега могут влиять несколько факторов, один из которых - эоловый перенос материала из близлежащих биотопов. Сотни миллионов тонн пыли, содержащей микроорганизмы, органические кислоты и неорганические соли, ежегодно перемещаются между континентами [ 67 ]. Многочисленные биотопы на поверхности Земли могут служить источником бактерий в атмосфере: поверхность почвы, растений, водная поверхность и, наконец, антропогенные объекты [ 68 ].
Микробные клетки могут пребывать в атмосфере в течение долгого времени сохраняя жизнеспособность и переноситься на огромные расстояния [ 69 ]. Различные факторы окружающей среды, такие как УФ радиация, окислительный стресс, обезвоживание и недостаток питательных веществ, оказывают влияние на микроорганизмы в атмосфере [ 70 ]. Численность микроорганизмов в атмосфере зависит от множества факторов, таких как время года, температура, топология местности, потоки тепла от земной поверхности, ветер и антропогенный фактор [ 71 ]. По некоторым оценкам, численность микроорганизмов в атмосфере может составлять от 100 до 100000 бактерий в мл воздуха [ 72 , ].
Отдельный вопрос, которые возникает при изучении разнообразия микроорганизмов в атмосфере - это в каком метаболическом состоянии они находятся, и могут ли они принимать участие в атмосферных процессах [ 74 ]. Способность бактерий жить и размножаться на частицах пыли в атмосфере была показана еще в 1979 году [ 75 ]. Жизнеспособные бактерии были обнаружены на высоте до 60-70 км, где температура воздуха достигает -100*C [ 76 , ]. Было показано, что атмосферные бактерии могут влиять на химический состав осадков [ 78 ] и даже вызывать их образование, способствуя конденсации воды и льда [ 79 ]. Самым известным примером бактерии, которая способствует образованию кристаллов льда на поверхности клетки это Pseudomonas syringae [ 80 ]. На внешней мембране клеток P. syringae находятся белки, которые связывают молекулы воды из атмосферы и упорядочивают их структуру при замерзании, что приводит к образованию регулярных кристаллов льда.
Антарктический континент изолирован от других континентов антарктическим циркумполярным воздушным течением , которое практически не позволяет перемешиваться воздушным потокам над Антарктикой и более северными районами [ 81 ]. Другим важным фактором, ограничивающим транспорт веществ по воздуху к территории Антарктиды, являются стоковые ветра , которые снижают количество заносимого на побережье органического материала [ 82 ]. Стоковые ветра возникают вследствие охлаждения слоя воздуха у поверхности ледника, который под действием силы тяжести стекает вниз по куполообразному склону Антарктического континента. Основными источниками пыли, оседающей на территории Антарктики и Южного океана, являются территория Австралии, Южной Америки, Южной Африки, а также территории Северного полушария. Южно-американские потоки оседают главным образом в Атлантико-Индийском секторе Антарктики, австралийские - в секторе Тихого океана [ 83 ].
Несколько исследований были посвящены описанию разнообразия микроорганизмов в воздухе над Антарктикой. Микробиологическими методами были обнаружены споры мхов и грибов, пыльца, водоросли, бактерии и даже вирусы [ 84 ]. Молекулярно-генетическими методами удалось детектировать представителей цианобактерий , диатомовых водорослей и актиномицетов в воздухе над Антарктическим полуостровом [ 85 ]. Как отмечают авторы, ближайшие гомологи многих из них были ранее обнаружены в других холодных местах обитания, в том числе на территории Антарктики. С помощью методов высокопроизводительного секвенирования удалось описать состав сообщества микроорганизмов в воздухе над Сухой Долиной недалеко от американской исследовательской станции МакМердо [ 86 ]. Самым часто встречающимся филумом бактерий оказались Firmicutes , многие представители которых имели ближайших гомологов среди термофильных бактерий . Авторы предположили, что наибольший вклад в состав бактериального сообщества атмосферы над Сухими Долинами вносят , который находится в 100 км от места отбора образцов. Возможно, консервации термофильных бактерий филума Firmicutes в атмосфере способствовало то, что многие из них способны образовывать споры при неблагоприятных условиях. В остальном, состав сообщества бактерий воздуха над Сухими Долинами был схож с бактериальным составом аэрозолей над другими континентами, формируя таким образом специфическую экосистему бактерий, способных к транспортировке на дальние расстояния и обладающих повышенной устойчивостью к неблагоприятным условиям окружающей среды [
