指標生物による水質分析

Environmental Microbiology

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Overview

ソース: ドクターペッパー イアン博士チャールズ Gerba - アリゾナ大学所
示す著者: ルイーザ Ikner

水質汚染物質、栄養素、病原体、およびリソースとして水の整合性に影響を与える他の成分などの人為的影響を監視します。糞便汚染は、疾患や病気を持つ植物、動物および人間の健康を脅かす微生物病原体を貢献しています。水需要の増加と厳しい品質基準は、低病原体レベルの人間や環境資源のために供給されている水を監視する必要があります。しかし、糞便汚染に関連付けられている各病原体の監視ができないとき、実験技術豊富な労働力、時間、およびコストが含まれる。したがって、指標生物の検出は、不衛生な状態に関連付けられている病原体を監視する簡易・迅速かつコスト効果の高い手法を提供します。

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JoVE Science Education Database. 環境微生物学の必需品. 指標生物による水質分析. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

インジケーターは、1 つまたは複数の病原体汚染環境に直接関連してその存在容易に検出できる生物です。適切な指標を考慮するために有機体が 5 つを満たす必要があります次の条件。

  1. 指標生物が存在とき病原体が存在し、指標生物は、病原体はいないとき欠席する必要があるする必要があります。
  2. 指標生物の濃度は、病原体の濃度と相関する必要があります。しかし、指標生物は、高い数字を常に発見する必要があります。
  3. 指標生物が簡単に生き残ることができる環境の病原体よりも長い必要があります。
  4. 指標生物の検出は簡単、安全で、安価なする必要があります。
  5. 指標生物はすべて水タイプに有効にする必要があります。

ほとんどの指標は、腸溶性生物または暖かい blooded 哺乳類と鳥胃腸システム、糞便汚染への直接接続を与えることで一般的に見られるウイルスです。しかし、多くの指標は特定の病原体を持つ貧しい相関効果を不足することができます。2 つの最も広く受け入れられている細菌指標生物は大腸菌と大腸菌群の糞便中の連携のため、実験室の分析の容易します。

Colilert は、同時検出、特定識別、エシェリヒア属大腸菌および大腸菌群水試料中の確認のために定義された基板技術 (DST) アプローチです。この検査手法は、基板栄養細菌化合物を変更するときに、信号を解放する目的微生物のみを列挙する各指標生物の代謝経路に固有を利用しています。オルト-ニトロフェニル-β-D-ガラクトピラノシド (ONPG) 栄養は、大腸菌群の存在下で大腸菌の β-ガラクトシダーゼ酵素で加水分解します。化合物の製品では、オルト-ニトロフェニルは色信号、黄色水の回転 (図 1) を解放する発色。

Figure 1
図 1。オルト-ニトロフェニル水の回転は黄色い色信号を解放を示す模式図。

エシェリヒア属大腸菌の存在下で methylumbelliferyl-β-D-グルクロニド (マグカップ) 栄養は青緑の紫外光 (図 2) の下で蛍光を発するメチルウンベリフェロン製品を生産、細菌のグルクロニダーゼ酵素によって切断され。

Figure 2
図 2。青緑の紫外線の下で蛍光を発する methylumberlliferone 製品を生産、細菌のグルクロニダーゼ酵素によって裂かれる methylumbelliferyl-β-D-グルクロニド (マグカップ) 栄養素を示す模式図。

Colilert は、サンプルに生物が存在するかどうかを示すための在・不在が P A) テストとして実行できます。このテストは 100 mL 水試料に基質を溶解することにより完成品 35 ± 0.5 ° C 24 時間インキュベートし、色信号を観察すること。指標の存在は、各有機体の最確数 (MPN) を決定するシステムを活用して定量化することができます。この手順では、49 の大規模な井戸と 48 の小さな井戸を含むトレイに封入されて 100 mL 水試料に基板を溶解します。トレイは 35 ± 0.5 ° C 24 時間で培養した、肯定的な色の変更を含む井戸のカウント。肯定的な信号を含む小さな井戸に大型の比率は、各指標生物存在の存在の定量化は、MPN グラフに配置されます。米国の飲料水のための規則は、ゼロの大腸菌群 100 mL の水道水に存在する必要があります。

Procedure

1. Colilert プレゼンス-不在 (P-A) テスト

  1. 100 mL プラスチック Colilert ボトルを開きます。ボトルに適切な反応に必要な粉末状の試薬の少量が含まれています、この粉末を廃棄しないでください。
  2. Colilert ボトルに 100 mL の水のサンプルを追加します。
  3. 栄養基板を含む枕管を開き、内容を注ぎ Colilert ボトル内部の水のサンプルします。
  4. キャップ、Colilert ボトルを密封します。積極的に、繰り返し反転ボトル基板を完全に溶解するまでボトルを振る。
  5. 35 ± 0.5 ° C 24 時間でボトル内試薬/水サンプルの混合物を孵化させなさい。
  6. 黄色の色サンプル混合試薬/水の変化を観察します。黄色の色を示す大腸菌群が存在します。澄んだ水や色の変更なし、大腸菌群が存在しないことを示します。
  7. 紫外線光を試薬/水のサンプルを公開し、青色蛍光を観察します。青い蛍光は、大腸菌が存在していることを示します。蛍光は、大腸菌である (図 3) 欠席がないことを示します。

Figure 3
図 3。(左) P A テスト陰性、大腸菌群陽性 (中央)、エシェリヒア属大腸菌陽性 (右)。

2. Colilert MPN: ひらトレイ 2000年

  1. Colilert ボトルに Colilert ボトル 100 mL 水サンプルを開きます。
  2. 栄養基板を含む枕管を開き、内容を注ぎ Colilert ボトル内部の水のサンプルします。
  3. キャップ、Colilert ボトルを密封します。積極的に、繰り返し反転ボトル基板を完全に溶解するまでボトルを振る。
  4. 慎重に上部トレイの端をつかんで、ひらにトレイ 2000年を開くし、トレイが開いている圧迫を維持して、紙のタブを引いてします。
  5. 試薬/水サンプルの混合物を注ぎ、トレイと、35 ± 0.5 ° C 24 時間トレイ内サンプルをインキュベートします。
  6. 黄色の色サンプル混合試薬/水の変化を観察します。大腸菌群の肯定的な存在を示す大小の井戸の数をカウントします。黄色の色を示す大腸菌群が存在します。澄んだ水や色の変更なし、大腸菌群が存在しないことを示します。
  7. 紫外線光を試薬/水のサンプルを公開し、青色蛍光を観察します。エシェリヒア属大腸菌のための肯定的な存在を示す大小の井戸の数をカウントします。青色の蛍光は、大腸菌が存在していることを示します。蛍光は、大腸菌が存在しないことがないことを示します。
  8. 水 100 mL にそれぞれの指標生物の濃度を定量化するのにひらトレイ 2000 MPN シート (図 4) を使用します。スプレッドシートを使用して、大規模な比較: 両方の指標生物の存在を列挙する肯定的なよく比が小さい。

Figure 4
図 4。(左) ひらトレイ陰性、大腸菌群陽性 (中央)、エシェリヒア属大腸菌陽性 (右)。

水質分析は、水資源の整合性を保護するために不可欠です。指標微生物の病原体を含む可能性のある糞便の存在と相関しています。したがって、指標生物は水供給の安全性の評価に使用できます。

消化管病原体は、糞便の非常に高い数値で流すと、水中の糞便汚染ポーズ、植物、動物、人間の健康に重大なリスクです。しかし、糞便汚染に関連付けられている一意の病原体の種類ごとに水試料を監視することは、不可能ではないです。指標生物の調査は、水資源の糞便汚染を検出する簡易・迅速かつコスト効果の高い方法を提供します。

このビデオで、水質を評価する指標生物を使用しての背後にある原則は、収集した水サンプル、および解釈と結果データの定量化をテストする方法。

水の品質指標として使用される、生物は 5 つの特定の条件を満たす必要があります。最初に、それする必要があります水で検出病原体が存在、および病原体はいないとき不在。第二に、指標生物の数は、病原体のレベルで対応しなければなりません。それはまた厳しくなるし、病原体より環境で長期間保存します。最後に、検出はあらゆる種類の水で簡単、安全で、安価な効果的なする必要があります。

2 つの最も一般的な細菌指標群が大腸菌群、糞便大腸菌群、一般大腸菌です。大腸菌は、哺乳類の腸が土壌や地表水の自然発生も可能性があります。糞便大腸菌群は、哺乳類や鳥類の消化管の内で完全に存在し、糞便中に連続的に流す、そのサブセットです。大腸菌群は、多く一般的な腸内の病原体、水処理や低栄養レベル、水サンプルにおける自分の存在などは病原体の潜在的な存在の有用な指標として同じストレスに対して脆弱です。大腸菌群と大腸菌の両方が容易に実験室の設定で検出されました。

検出、化学基板は、大腸菌の代謝、色変更を伴うサンプルに追加されます。大腸菌群、追加 ONPG 黄色水を回してニトロフェノールに変換されます。糞便の大腸菌の大腸菌はマグカップを紫外光下で青緑色の蛍光を発するメチル ウンベリフェロン製品に変換します。最も簡単な応用で基板テストはサンプリングの時に既存の水で大腸菌群の存在の有無を確認できます。

この質的な方法と対照をなして専門パーティション トレイを使用してサンプルあたり合計大腸菌群数を推定できます。反応性基質が溶解した後水サンプルを大小の井戸を含むトレイに追加して、孵化します。色の変化を示す井戸は数えられ、肯定的な比色信号を示す大きな井戸の比率は量を示すグラフに配置されます。米国の飲料水の供給は、100 mL 当たり大腸菌群ゼロを含める必要があります。

今では私たちは水汚染の定量化指標生物を使用しての原則に精通している、どのように研究室で実施していますでみましょう。

サンプルが収集されると、テストの実験室に連れ込みます。開始するには、100 mL のプラスチック製のボトルを開きます。ボトルは、微量存在するかもしれない塩素の中和を確実に使用するチオ硫酸ナトリウム粉末試薬を含めることができます。瓶に試料水 100 mL を追加します。栄養基板を含む枕管を開き、内容を注ぎ、瓶の中の水のサンプルします。キャップ、ボトルを密封し、精力的に、繰り返し、基板は完全に溶解するまでボトルを反転を振る。次に、サンプル試薬ボトルに 35 ° C 24 時間孵化させなさい。

黄色の色サンプル試薬の混合物の変化を観察します。黄色の色は、大腸菌群が存在することを示します。色の変化は、大腸菌が存在しないことがないことを示します。最後に、紫外線光をサンプル試薬の混合物を公開し、確認します。黄色の色の変化との組み合わせで、青色の蛍光は、大腸菌が存在していることを示します。蛍光は不在がないことを示します。

ほとんどのありそうな数または MPN は、サンプルを確認できます。ボトルを開き、試料水 100 mL を加えます。栄養基板の枕管を開き、内容を注ぎ、瓶の中の水のサンプルします。キャップし、ボトルを密封します。基板を完全に溶解するまで繰り返し反転を積極的に振る。慎重に上部の端をつかんで、トレイを開くし、バックのトレイをオープンに保つために一定の圧力を適用 [用紙] タブを引き出します。トレイにシール サンプル試薬の混合物を注ぐ。24 h 35 ° C でトレイを孵化させなさい。

サンプル試薬ミックス トレイに変更色を確認します。大きな井戸および大腸菌群の存在を示す黄色になっている小さな井戸の数をカウントします。次に、紫外線光をサンプル試薬トレイを公開し、青色蛍光を観察します。エシェリヒア属大腸菌の肯定的な存在を示す大小の井戸の数をカウントします。

水 100 mL にそれぞれの指標生物の濃度を定量化する提供の MPN シートを使用する。テーブルの上部にある小さな肯定的な井戸の数と左側の軸に大規模な肯定的な井戸の数を見つけます。2 つの交差は推定 100 mL あたりの菌数は、考えられるほとんどの数を表す図を与えます。

大腸菌群と大腸菌の検出テストは、さまざまな水のサンプルの汚染を確認する使用されます。

飲用、または人間の消費のためのものは水が汚染のため日常的にテストされます。水の安全とみなされるためより少ない 1 100 mL 当たり大腸菌群を含める必要がありますそれ。ここでは、水道の蛇口から水を採取し、大腸菌群数、大腸菌汚染、前述の実証テストします。結果は、水の源は消費のために安全なかどうかを決定しました。

一般テスト別のサンプルは、下水です。水は、または転用人間の使用のために環境へのリリースのために安全を確認してテストする必要があります。治療前に汚染の高レベルを予想していたとして未処理下水サンプル希釈 1: 100, 000 します。これらのサンプルは、大腸菌群と大腸菌検出テストでは、MPN 値を計算し、受けた。処理後の安全な値はゼロ検出指標細菌をする必要があります。

ゼウスの水質指標生物を用いた入門を見てきただけ。今、大腸菌と他の大腸菌群の水のサンプルをテストする方法、および現在の汚染の程度を定量化する方法を理解する必要があります。見てくれてありがとう!

Applications and Summary

指標生物は、急速にそして安く環境汚染を決定するために用いられます。飲んで、レクリエーション、および排水源の水質を分析する Colilert の試金に活用されます。水質は、環境保護庁 (EPA) と州の規制部門の人間および/または環境の消費のためのリソースとして認められるために法的基準を満たす必要があります。

Colilert アッセイ内環境の研究、物質収支マーカとして使用するも戦略的と結果との相関関係を測定するその他の環境の試金と共にこのデータを分析できます。サンプルが汚染されて、研究結果の横を分析することができるかどうか指示を与える単純な P-A Colilert テストを実行します。P A サンプルは、水の汚染があることを示しています、水試料の研究で利用されている汚染につながることもありますに誤解の結果で MPN のひらにトレイが被曝の基準数量を提供しながら。たとえば、指標生物は水サンプルで見つかった病原体数とインジケーター数量を関連付けるに使用できます。ひらトレイ表示番号を列挙する場合は、試料水必要があります低病原体レベルと同様の傾向を経験しても示唆しています。

1. Colilert プレゼンス-不在 (P-A) テスト

  1. 100 mL プラスチック Colilert ボトルを開きます。ボトルに適切な反応に必要な粉末状の試薬の少量が含まれています、この粉末を廃棄しないでください。
  2. Colilert ボトルに 100 mL の水のサンプルを追加します。
  3. 栄養基板を含む枕管を開き、内容を注ぎ Colilert ボトル内部の水のサンプルします。
  4. キャップ、Colilert ボトルを密封します。積極的に、繰り返し反転ボトル基板を完全に溶解するまでボトルを振る。
  5. 35 ± 0.5 ° C 24 時間でボトル内試薬/水サンプルの混合物を孵化させなさい。
  6. 黄色の色サンプル混合試薬/水の変化を観察します。黄色の色を示す大腸菌群が存在します。澄んだ水や色の変更なし、大腸菌群が存在しないことを示します。
  7. 紫外線光を試薬/水のサンプルを公開し、青色蛍光を観察します。青い蛍光は、大腸菌が存在していることを示します。蛍光は、大腸菌である (図 3) 欠席がないことを示します。

Figure 3
図 3。(左) P A テスト陰性、大腸菌群陽性 (中央)、エシェリヒア属大腸菌陽性 (右)。

2. Colilert MPN: ひらトレイ 2000年

  1. Colilert ボトルに Colilert ボトル 100 mL 水サンプルを開きます。
  2. 栄養基板を含む枕管を開き、内容を注ぎ Colilert ボトル内部の水のサンプルします。
  3. キャップ、Colilert ボトルを密封します。積極的に、繰り返し反転ボトル基板を完全に溶解するまでボトルを振る。
  4. 慎重に上部トレイの端をつかんで、ひらにトレイ 2000年を開くし、トレイが開いている圧迫を維持して、紙のタブを引いてします。
  5. 試薬/水サンプルの混合物を注ぎ、トレイと、35 ± 0.5 ° C 24 時間トレイ内サンプルをインキュベートします。
  6. 黄色の色サンプル混合試薬/水の変化を観察します。大腸菌群の肯定的な存在を示す大小の井戸の数をカウントします。黄色の色を示す大腸菌群が存在します。澄んだ水や色の変更なし、大腸菌群が存在しないことを示します。
  7. 紫外線光を試薬/水のサンプルを公開し、青色蛍光を観察します。エシェリヒア属大腸菌のための肯定的な存在を示す大小の井戸の数をカウントします。青色の蛍光は、大腸菌が存在していることを示します。蛍光は、大腸菌が存在しないことがないことを示します。
  8. 水 100 mL にそれぞれの指標生物の濃度を定量化するのにひらトレイ 2000 MPN シート (図 4) を使用します。スプレッドシートを使用して、大規模な比較: 両方の指標生物の存在を列挙する肯定的なよく比が小さい。

Figure 4
図 4。(左) ひらトレイ陰性、大腸菌群陽性 (中央)、エシェリヒア属大腸菌陽性 (右)。

水質分析は、水資源の整合性を保護するために不可欠です。指標微生物の病原体を含む可能性のある糞便の存在と相関しています。したがって、指標生物は水供給の安全性の評価に使用できます。

消化管病原体は、糞便の非常に高い数値で流すと、水中の糞便汚染ポーズ、植物、動物、人間の健康に重大なリスクです。しかし、糞便汚染に関連付けられている一意の病原体の種類ごとに水試料を監視することは、不可能ではないです。指標生物の調査は、水資源の糞便汚染を検出する簡易・迅速かつコスト効果の高い方法を提供します。

このビデオで、水質を評価する指標生物を使用しての背後にある原則は、収集した水サンプル、および解釈と結果データの定量化をテストする方法。

水の品質指標として使用される、生物は 5 つの特定の条件を満たす必要があります。最初に、それする必要があります水で検出病原体が存在、および病原体はいないとき不在。第二に、指標生物の数は、病原体のレベルで対応しなければなりません。それはまた厳しくなるし、病原体より環境で長期間保存します。最後に、検出はあらゆる種類の水で簡単、安全で、安価な効果的なする必要があります。

2 つの最も一般的な細菌指標群が大腸菌群、糞便大腸菌群、一般大腸菌です。大腸菌は、哺乳類の腸が土壌や地表水の自然発生も可能性があります。糞便大腸菌群は、哺乳類や鳥類の消化管の内で完全に存在し、糞便中に連続的に流す、そのサブセットです。大腸菌群は、多く一般的な腸内の病原体、水処理や低栄養レベル、水サンプルにおける自分の存在などは病原体の潜在的な存在の有用な指標として同じストレスに対して脆弱です。大腸菌群と大腸菌の両方が容易に実験室の設定で検出されました。

検出、化学基板は、大腸菌の代謝、色変更を伴うサンプルに追加されます。大腸菌群、追加 ONPG 黄色水を回してニトロフェノールに変換されます。糞便の大腸菌の大腸菌はマグカップを紫外光下で青緑色の蛍光を発するメチル ウンベリフェロン製品に変換します。最も簡単な応用で基板テストはサンプリングの時に既存の水で大腸菌群の存在の有無を確認できます。

この質的な方法と対照をなして専門パーティション トレイを使用してサンプルあたり合計大腸菌群数を推定できます。反応性基質が溶解した後水サンプルを大小の井戸を含むトレイに追加して、孵化します。色の変化を示す井戸は数えられ、肯定的な比色信号を示す大きな井戸の比率は量を示すグラフに配置されます。米国の飲料水の供給は、100 mL 当たり大腸菌群ゼロを含める必要があります。

今では私たちは水汚染の定量化指標生物を使用しての原則に精通している、どのように研究室で実施していますでみましょう。

サンプルが収集されると、テストの実験室に連れ込みます。開始するには、100 mL のプラスチック製のボトルを開きます。ボトルは、微量存在するかもしれない塩素の中和を確実に使用するチオ硫酸ナトリウム粉末試薬を含めることができます。瓶に試料水 100 mL を追加します。栄養基板を含む枕管を開き、内容を注ぎ、瓶の中の水のサンプルします。キャップ、ボトルを密封し、精力的に、繰り返し、基板は完全に溶解するまでボトルを反転を振る。次に、サンプル試薬ボトルに 35 ° C 24 時間孵化させなさい。

黄色の色サンプル試薬の混合物の変化を観察します。黄色の色は、大腸菌群が存在することを示します。色の変化は、大腸菌が存在しないことがないことを示します。最後に、紫外線光をサンプル試薬の混合物を公開し、確認します。黄色の色の変化との組み合わせで、青色の蛍光は、大腸菌が存在していることを示します。蛍光は不在がないことを示します。

ほとんどのありそうな数または MPN は、サンプルを確認できます。ボトルを開き、試料水 100 mL を加えます。栄養基板の枕管を開き、内容を注ぎ、瓶の中の水のサンプルします。キャップし、ボトルを密封します。基板を完全に溶解するまで繰り返し反転を積極的に振る。慎重に上部の端をつかんで、トレイを開くし、バックのトレイをオープンに保つために一定の圧力を適用 [用紙] タブを引き出します。トレイにシール サンプル試薬の混合物を注ぐ。24 h 35 ° C でトレイを孵化させなさい。

サンプル試薬ミックス トレイに変更色を確認します。大きな井戸および大腸菌群の存在を示す黄色になっている小さな井戸の数をカウントします。次に、紫外線光をサンプル試薬トレイを公開し、青色蛍光を観察します。エシェリヒア属大腸菌の肯定的な存在を示す大小の井戸の数をカウントします。

水 100 mL にそれぞれの指標生物の濃度を定量化する提供の MPN シートを使用する。テーブルの上部にある小さな肯定的な井戸の数と左側の軸に大規模な肯定的な井戸の数を見つけます。2 つの交差は推定 100 mL あたりの菌数は、考えられるほとんどの数を表す図を与えます。

大腸菌群と大腸菌の検出テストは、さまざまな水のサンプルの汚染を確認する使用されます。

飲用、または人間の消費のためのものは水が汚染のため日常的にテストされます。水の安全とみなされるためより少ない 1 100 mL 当たり大腸菌群を含める必要がありますそれ。ここでは、水道の蛇口から水を採取し、大腸菌群数、大腸菌汚染、前述の実証テストします。結果は、水の源は消費のために安全なかどうかを決定しました。

一般テスト別のサンプルは、下水です。水は、または転用人間の使用のために環境へのリリースのために安全を確認してテストする必要があります。治療前に汚染の高レベルを予想していたとして未処理下水サンプル希釈 1: 100, 000 します。これらのサンプルは、大腸菌群と大腸菌検出テストでは、MPN 値を計算し、受けた。処理後の安全な値はゼロ検出指標細菌をする必要があります。

ゼウスの水質指標生物を用いた入門を見てきただけ。今、大腸菌と他の大腸菌群の水のサンプルをテストする方法、および現在の汚染の程度を定量化する方法を理解する必要があります。見てくれてありがとう!

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