Fuente: Laboratorios del Dr. Ian Pepper y el Dr. Charles Gerba – Universidad de Arizona
Demostrando autor: Luisa Ikner
La calidad del agua destinada para el uso en ajustes agrícolas, recreativos y domésticos es de gran importancia debido al potencial de brotes de enfermedades transmitidas por el agua. Agentes microbianos implicados en tales acontecimientos incluyen parásitos, bacterias y virus que están en alto número en las heces de personas infectadas y animales. Transmisión a los anfitriones nuevos y susceptibles luego puede ocurrir vía la ruta fecal-oral por ingestión de agua contaminada. Por lo tanto, la capacidad para monitorear las fuentes de agua para la presencia de microorganismos patógenos es importante para garantizar la salud pública.
Debido al gran número y variedad de patógeno fecal-oral potenciales que pueden estar presentes en el agua y sus concentraciones variables, resulta poco práctico y caro de ensayo directamente para cada uno de ellos sobre una base regular. Por lo tanto, los ensayos microbiológicos para el control de la calidad del agua emplean bacterias coliformes indicador. Coliformes comprenden, en parte, la microflora intestinal normal de los mamíferos de sangre caliente, son no patógenas y constantemente se excretan en las heces. Por lo tanto, la detección de bacterias coliformes en el agua significa que se produjo un comunicado de fecal, y que microorganismos patógenos perjudiciales pueden también estar presentes.
La técnica de filtración de membrana se utiliza para evaluar la calidad microbiológica del agua ensayando para las bacterias del indicador fecal. Una cantidad de agua (por ejemplo 100 mL) se pasa a través de un filtro de membrana especializada con un tamaño de poro promedio mínima de 0.45 μm, facilitando la captura de las bacterias, ya que son aproximadamente 1 μm de tamaño. Después de filtración, la membrana cuidadosamente es aplicada a un medio de cultivo especializado de agarosa y se incubaron bajo las condiciones adecuadas a la cultura de los microorganismos objetivo.
Cuando se aplica para el uso en el control de la calidad del agua, filtración de membrana es más ideal para fuentes de turbiedad baja tales como agua potable, piscinas y aguas recreacionales naturales como lagos y embalses. Aguas altas en materia de partículas (por ejemplo aguas residuales) resultará en la suciedad del filtro; por lo tanto, sólo pequeños volúmenes (p. ej. 100 mL) puede ser analizada. También, la filtración de membrana no es práctica para fuentes de agua con las bacterias de gran número de fondo (o no coliformes), que pueden aumentar la dificultad de la enumeración de las bacterias coliformes blanco en la incubación siguiente medio de agarosa.
Este video muestra la colección de muestras de agua ambiental y agua potable, la filtración de membrana de las muestras y la enumeración de los distintos tipos de colonias bacterianas indicador fecal utilizando medios de cultivo especializados agarosa incluyendo coliformes totales, coliformes fecales y enterococos fecales. Realizan las pruebas más para comprobar la presuntos colonias también se muestran.
1. recogida de muestras y procesamiento del agua
2. Colonia (enumeración)
3. Colonia verificación
Indicador bacteriano fecal | Medios recomendados (Temperatura de incubación, tiempo) 1 |
Coliformes totales | LES Endo Agar (35 ± 5 ° C, 24 h) Medio M-Endo (35 ± 5 ° C, 24 h) |
Coliformes fecales | Medio m-FC (44,5 ± 0,2 ° C, 24 h) |
Enterococos fecales | m. enterococos Agar (35 ± 0,5 ° C, 48 h) |
Tabla 1. Medios de crecimiento de cultivo comúnmente utilizado para la detección de indicadores bacterianas fecales en muestras ambientales
1 según lo recomendado por los Métodos estándar para la examinación de agua y aguas residuales (American Asssociation de salud pública y la Asociación estadounidense de obras hídricas, 22nd edición, 2012)
Filtración de membrana y el posterior cultivo de las bacterias recogidas es una técnica útil para evaluar la calidad y limpieza de una fuente de agua.
La calidad del agua destinada para el uso en ajustes agrícolas, recreativas o domésticas es de gran importancia, debido al potencial de brotes de enfermedades transmitidas por el agua. Si el agua está contaminada con materia fecal de animales o seres humanos, y parásitos patógenos, bacterias o virus se pueden diseminar a nuevos anfitriones a su ingestión. Monitoreo de fuentes de agua para estos organismos causantes de enfermedades es fundamental para garantizar la salud pública.
El gran número y variedad de feco-oral patógenos que pueden estar presentes en una fuente de agua hace que sea práctico análisis de cada uno independientemente y de forma regular. Por el contrario, ensayos microbiológicos comunes sobre calidad del agua utilizan bacterias coliformes indicador. Para obtener más información sobre este proceso, ver vídeo de la colección de organismos indicadores.
Este video ilustra el proceso de filtración de membrana en una muestra de agua ambiental, muestran cómo varios tipos de bacterias fecales indicador incluyendo entercocci fecal, coliformes totales y coliformes fecales la cultura y describe cómo verificar la presencia de contaminación fecal.
Técnica de filtración de membrana utiliza presión negativa para extraer muestras de agua a través de un filtro y trampa de bacterias. El filtro es una membrana especializada con un tamaño de poro promedio mínima de 0,45 μm que permite la captura de las bacterias, que suelen ser alrededor de 1 μm en tamaño. Después de la filtración, la membrana es aplicada a los medios de crecimiento de agarosa y se incubaron en condiciones adecuadas a la cultura de los microorganismos objetivo.
Esta técnica es ideal para fuentes de baja turbidez como agua potable, piscinas o lagos y embalses. Alto contenido de partículas de agua puede resultar en ensuciar u obstrucción del filtro, limitando el volumen que pueda ser procesado. Además, la filtración de membrana no es práctica para fuentes de agua que contiene gran cantidad de antecedentes, o bacterias no coliformes, como aguas residuales, como esto puede aumentar la dificultad de enumerar coliformes blanco sobre cultura e incubación.
Una vez que las muestras bacterianas han sido atrapadas en el filtro, que pueden ser transferidas a placas de crecimiento para determinar los tipos de indicador bacterias presentes en las muestras de agua. Placas en diferentes tipos de medios selecciona para diferentes tipos de bacterianos y pueden permitir la identificación rápida.
Luego de un crecimiento en las placas específicas de cultura, más confirmación de las identidades de las bacterias del indicador puede realizarse mediante técnicas como la selección de colonias en medios líquidos y usando tubos Durham para capturar gases que deben ser producidos solamente en presencia de coliformes fecales, coliformes totales. Además, enterococos fecales sospecha pueden confirmarse mediante una combinación de una tinción de Gram positiva, junto con una prueba de peróxido de hidrógeno-catalasa negativo.
Ahora que estamos familiarizados con los principios de la filtración de membrana de las muestras de agua, vamos a echar un vistazo a cómo se realiza este procedimiento.
Para comenzar el procedimiento, primero recoger muestras de agua de fuentes de agua de prueba de interés. Asegúrese de que las muestras son recolectadas en botellas estériles de 1 L. Una vez completada la colección, poner las muestras en hielo y transportar al laboratorio para su análisis microbiano.
Para comenzar el análisis, primero se deben esterilizar un múltiple de la filtración de membrana. A continuación, conecte el múltiple a una bomba de vacío y frasco residuos de filtración que contenga blanqueador.
El etanol llama-esterilizar pinzas y extraer una membrana cuadriculada estéril del embalaje. Coloque el filtro en el centro de la zona de filtración de membrana de los colectores y aplica un embudo de filtro estéril a la unidad, luego asegúrelo en su lugar.
Medir un volumen de prueba de agua en el embudo. Aplicar un vacío parcial para sacar la muestra a través del filtro. Material sólido en suspensión, como materia orgánica, mayor que 0.45 μm será atrapados en o dentro del filtro, mientras que las partículas más pequeñas, virus, bacterias y sólidos disueltos se pase aunque en la cubeta de residuos que contienen cloro.
Después de que la muestra ha pasado por el filtro, lave el interior del embudo con 25 mL de agua estéril 3 veces, permitiendo que esto pase a través del filtro. Al terminar el enjuague final, desconecte la aspiradora y quitar el embudo de los colectores.
A continuación, etanol llama-esterilizar pinzas y retire inmediatamente el filtro de membrana de la unidad. Coloque sobre la placa de crecimiento apropiado para el microorganismo objetivo usando un movimiento de balanceo para asegurar el contacto completo con la superficie y evitar atrapar burbujas de aire.
Para el procesamiento de cada muestra adicional, desinfecte el colector de acero inoxidable y use un embudo estéril para evitar la contaminación cruzada. Por último, coloque las placas en una incubadora durante el período de incubación apropiado.
Tras el período de incubación, quitar las placas de la incubadora para la enumeración. Si es posible, realizar los recuentos de colonias bajo ampliación de baja potencia utilizando una fuente de luz blanca fría. Para determinar coliformes totales, identificar y contar las colonias que aparecen rosado a rojo oscuro en color y tienen un brillo metálico de superficie total o parcialmente sobre la Colonia. Las colonias atípicas de coliformes totales pueden aparecer mucoide, rojo oscuro o nucleadas sin brillo.
Las colonias que aparecen en azul, blanco, incoloro o rosa sin brillo se consideran no coliformes y no deben incluirse en el recuento de coliformes totales.
Colonias de coliformes fecales aparecerá como distintos tonos de azul, y estos deben ser contados como una categoría separada. Colonias de coliformes fecales no son típicamente de color gris a crema en color y también deberían registrarse en una categoría individual. Finalmente, las colonias de enterococos fecales que van desde rosa a rojo oscuro en color y deben contarse por separado.
Para comprobar las colonias de coliformes totales, aplicar un asa de inoculación esterilizado y enfriado a una sola Colonia de interés. Transferir la Colonia seleccionada en un recipiente de vidrio que contenga caldo de triptosa de laurilo y un tubo de Durham. A continuación, coloque las culturas en una incubadora. La presencia de turbidez con producción de gas por el tubo de Durham verifica a la Colonia como un coliforme total.
Para la verificación de coliforme fecal, transferir asépticamente colonias de color azules en los recipientes de vidrio que contiene el medio estéril CE y un tubo de Durham. Colocar los tubos inoculados en una incubadora. Después de la incubación, turbio inocula junto con gas producción confirman la colonia que un coliforme fecal.
Para confirmar los enterococos fecales, asépticamente transferir las colonias sospechosas con la morfología correcta sobre placas de Agar infusión de cerebro corazón e incubar. A continuación, transferir crecimiento de una colonia aislada en BHIA sobre dos portaobjetos estériles.
Añadir 2-3 gotas de peróxido de hidrógeno 3% a una de las diapositivas de cristal. Producción de gas rápido indica una bacteria catalasa-positivos tales como Citrobacter. Las bacterias enterococos fecales son catalasa negativa; por lo tanto, no se observa burbujear. Para colonias catalasa negativo que no aparecen burbujas, realizar una tinción de Gram. Enterococos fecales, estos deben aparecen Gram positivo, ovoide en forma y ser en su mayoría agrupadas en pares o corta cadenas.
Encontrar cualquiera de estas bacterias del indicador en una fuente de agua indica la presencia de una contaminación. Si más del 5% de las muestras se encuentran contaminados durante un período de un mes, la fuente se considere impropia para el consumo humano.
Filtración de membrana se utiliza comúnmente en un número de usos biológicos, y organismos indicadores fecales también pueden ser detectados por otros procedimientos experimentales. Algunas de estas aplicaciones son exploradas aquí.
Filtración de membrana puede utilizarse también en la captura de virus de muestras de agua. Como virus por lo general estará presentes en niveles muy bajos, las muestras de agua deben concentradas para captar para el análisis. Virus capturados pueden soltarse de los filtros e identificaron usando técnicas tales como ensayos de infectividad de cultura celular o PCR.
Filtración de membrana se utiliza también en la producción de agua de alta pureza para uso industrial o de laboratorio. Muchas industrias requieren agua altamente purificada para sus procesos operativos, y la filtración de membrana puede servir para eliminar contaminantes como los metales disueltos no deseados y sales del agua. También puede ser utilizado en la desalinización de agua salada para producir agua potable.
Sólo ha visto la introducción de Zeus a la identificación de organismos indicadores en agua por filtración de membrana. Ahora usted debe entender cómo las muestras de agua de filtro de membrana, cómo cultivar varios tipos de bacterias fecales indicador de la membrana y cómo confirmar éstos como organismos indicadores. ¡Gracias por ver!
Filtración de membrana se utiliza en concentración de agua y captura de virus. Virus patógenos humanos llevan una carga negativa neta en soluciones acuáticas y a menudo están presentes en niveles bajos en las fuentes de agua. Por lo tanto deben ser concentradas antes del análisis. Filtración de membrana no es más que una captura método para ello y emplea un filtro cargado negativamente. Las muestras de agua (por ejemplo, 1 L) de interés se modifican con una solución de sal (ej. cloruro de magnesio) para impartir una carga positiva a los virus, facilitando así su absorción en el filtro de membrana HA cargado negativamente como se filtra el agua. Una solución de baja concentración de ácido se utiliza para enjuagar la membrana y deshacerse del exceso de sales. Una baja concentración y el volumen de hidróxido de sodio se utiliza entonces para liberar el virus del filtro antes de otros análisis (por ejemplo célula cultura ensayos de infectividad o PCR cuantitativa) y concentraciones.
Filtración de membrana se utiliza también en la producción de agua de proceso de alta pureza para uso industrial. Muchas industrias requieren de agua altamente purificada para sus procesos operativos. Filtración de membrana (por ejemplo, nano-filtración) sirve para eliminar los contaminantes incluyendo metales disueltos y sales del agua. Filtración de membrana se utiliza también en la desalación de agua salada para producir agua potable.
Membrane filtration and the subsequent culturing of bacteria collected is a useful technique to assess the quality and cleanliness of a water source.
The quality of water destined for use in agricultural, recreational, or domestic settings is of great importance, due to the potential for outbreaks of waterborne disease. If water is contaminated with fecal matter from animals or humans, then pathogenic parasites, bacteria, or viruses may be spread to new hosts upon their ingestion. Monitoring water sources for such disease-causing organisms is therefore critical to ensure public health.
The sheer number and variety of fecal-oral pathogens that may be present in a water source makes it impractical to assay for each independently and on a regular basis. Instead, common microbiological assays for water quality utilize coliform indicator bacteria. For more information on this process, see this collection’s video on indicator organisms.
This video will illustrate the process of membrane filtration on an environmental water sample, demonstrate how to culture several types of fecal indicator bacteria including total coliforms, fecal coliforms, and fecal entercocci, and describe how to verify the presence of fecal contamination.
Membrane filtration technique utilizes negative pressure to draw water samples across a filter and trap bacteria. The filter is a specialized membrane with a minimal mean pore size of 0.45 μm that allows the capture of bacteria, which are typically around 1 μm in size. After filtration, the membrane is applied to agarose growth media, and incubated at conditions appropriate to culture the target microorganisms.
This technique is most ideal for low turbidity sources such as drinking water, swimming pools, or lakes and reservoirs. Water high in particulate matter content can result in fouling or clogging of the filter, limiting the volume that can be processed. Additionally, membrane filtration is not practical for water sources containing large numbers of background, or non-coliform bacteria, like raw sewage, as this can increase the difficulty of enumerating target coliforms upon culture and incubation.
Once bacterial samples have been trapped in the filter, they can be transferred to growth plates to determine the types of indicator bacteria present in the water samples. Plating on different media types selects for different bacterial types, and can allow for rapid identification.
After growth on culture specific plates, further confirmation of indicator bacteria identities can be carried out using techniques such as picking colonies into liquid media and using Durham tubes to capture gases, which should only be produced in the presence of fecal coliforms or total coliforms. Additionally, suspected fecal enterococci can be confirmed by a combination of a positive Gram staining, along with a negative hydrogen peroxide-catalase test.
Now that we are familiar with the principles behind the membrane filtration of water samples, let’s take a look at how this procedure is carried out.
To begin the procedure, first collect water samples from test water sources of interest. Ensure the samples are collected in sterile 1-L bottles. Once collection is complete, put the samples on ice, and transport them to the laboratory for microbial analysis.
To begin the analysis, first sterilize a membrane filtration manifold. Next, connect the manifold to a vacuum pump and filtration waste flask containing bleach.
Ethanol flame-sterilize forceps and remove a sterile gridded membrane from the packaging. Place the filter onto the center of the membrane filtration area of the manifold, and apply a sterile filter funnel to the unit, then secure in place.
Measure out a desired volume of test water into the funnel. Apply a partial vacuum to draw the test sample through the filter. Suspended solid material, including bacteria and other organic matter, greater than 0.45 μm will be trapped on or within the filter, while smaller particles, viruses, and dissolved solids will pass though into the waste flask containing bleach.
After the sample has passed through the filter, rinse the interior of the funnel with 25 mL of sterile water 3 times, allowing this to pass through the filter. When the final rinse is complete, disconnect the vacuum and remove the funnel from the manifold.
Next, ethanol flame-sterilize forceps and immediately remove the membrane filter from the unit. Place it onto the appropriate growth plate for the target microorganism using a rolling motion to ensure complete contact with the surface and avoid trapping air bubbles.
For the processing of each further sample, sanitize the stainless steel manifold and use a sterile funnel to prevent cross contamination. Finally, place the plates into an incubator for the appropriate incubation period.
Following the incubation period, remove the plates from the incubator for enumeration. If possible, perform the colony counts under low power magnification using a cool white light source. To determine total coliforms, identify and count colonies that appear pink to dark red in color, and have a metallic surface sheen fully or partially covering the colony. Atypical total coliform colonies may appear dark red, mucoid, or nucleated without sheen.
Colonies that appear blue, white, colorless, or pink without sheen are considered non-coliforms, and should not be included in the total coliforms count.
Fecal coliform colonies will appear as various shades of blue, and these should be counted as a separate category. Non-fecal coliform colonies are typically grey to cream in color, and should also be recorded in an individual category. Finally, fecal enterococci colonies will range from pink to dark red in color and should be counted separately.
To verify total coliform colonies, apply a sterilized and cooled inoculating loop to a single colony of interest. Transfer the selected colony into a glass vessel containing lauryl tryptose broth and a Durham tube. Next, place the cultures into an incubator. The presence of turbidity along with gas production captured by the Durham tube verifies the colony as a total coliform.
For fecal coliform verification, aseptically transfer colonies blue in color into glass vessels containing sterile EC medium and a Durham tube. Place the inoculated tubes into an incubator. After incubation, turbid inoculates in conjunction with gas production confirm the colony to be a fecal coliform.
To confirm fecal enterococci, aseptically transfer suspected colonies with the correct morphology onto Brain-Heart Infusion Agar plates, and incubate. Next, transfer growth from an isolated colony on BHIA onto two sterile glass slides.
Add 2-3 drops of 3% hydrogen peroxide to one of the glass slides. Rapid gas production indicates a catalase-positive bacterium such as Citrobacter. Fecal enterococci bacteria are catalase negative; therefore, no bubbling is observed. For catalase-negative colonies that don’t display bubbling, perform a Gram stain. As fecal enterococci, these should appear Gram positive, ovoid in shape, and be grouped mostly in pairs or short chains.
Finding any of these indicator bacteria in a water source indicates the presence of a contamination. If more than 5% of samples are found to be contaminated over a one-month period, the source may be considered unfit for human consumption.
Membrane filtration is commonly used in a number of biological applications, and fecal indicator organisms can also be detected by other experimental procedures. Some of these applications are explored here.
Membrane filtration can also be used in virus capture from water samples. As viruses will typically be present at very low levels, water samples must be concentrated in order to capture them for analysis. Captured viruses can then be released from the filters, and identified using techniques such as cell culture infectivity assays or PCR.
Membrane filtration is also utilized in the production of high purity water for industrial or laboratory use. Many industries require highly purified water for their operational processes, and membrane filtration can serve to remove contaminants, including unwanted dissolved metals and salts from water. It can also be used in the desalination of salt water to produce potable water.
You’ve just watched JoVE’s introduction to identifying indicator organisms in water by membrane filtration. You should now understand how to membrane filter water samples, how to culture several types of fecal indicator bacteria from the membrane, and how to confirm these as indicator organisms. Thanks for watching!
Related Videos
Environmental Microbiology
360.2K Vistas
Environmental Microbiology
126.9K Vistas
Environmental Microbiology
101.3K Vistas
Environmental Microbiology
42.8K Vistas
Environmental Microbiology
59.0K Vistas
Environmental Microbiology
29.1K Vistas
Environmental Microbiology
44.9K Vistas
Environmental Microbiology
41.0K Vistas
Environmental Microbiology
48.3K Vistas
Environmental Microbiology
30.1K Vistas
Environmental Microbiology
39.8K Vistas
Environmental Microbiology
41.1K Vistas
Environmental Microbiology
185.4K Vistas
Environmental Microbiology
296.9K Vistas
Environmental Microbiology
14.1K Vistas