По сравнению с динамикой интродуцентов, как P. fluorescens 32 gfp, так и энтеробактерий и в ЭКРС, и в смеси ЭКРС-почва, которая была довольно стабильной, динамика аборигенов была волнообразной, как это имеет место у природных популяций бактерий (Кожевин, 1989; Zelenev et al, 2004; Semеnov, 2005). В динамике КОЕ аборигенов, учитываемых на богатой среде - копиотрофов и на бедной - олиготрофов, в ЭКРС и смеси ЭКРС-почва имели место пики возрастания и снижения численности (рис.

2). Усредненная численность аборигенов в целом соответствовала тем «промежуточным»

начальным численностям интродуцентов (108 и 107) в наших экспериментах, которые оказались наиболее оптимальными при выживании исследуемых интродуцентов в ЭКРС и смеси ЭКРС-почва.

Рис. 1. Динамика выживания: А - S. Typhimurium MAE 110 gfp; Б - E. coli O157:H7 gfp; В - P. fluorescens 32 gfp при интродукции в ЭКРС с последующим перемещением в почву в зависимости от исходной концентрации клеток; стрелкой показано время смешивания с почвой. Исходная концентрация: 1 - 109 кл/г сух. ЭКРС, 2 кл/ г сух. ЭКРС, 3- 107 кл/г сух. ЭКРС, 4 - 105 КОЕ/г сух. ЭКРС.

Численность интродуцентов на растениях и в экскрементах виноградных улиток после скармливания растений улиткам. Судьба энтеробактерий и псевдомонады при разных исходных инокуляционных дозах была прослежена на растениях и в экскрементах животных после скармливания этих растений беспозвоночным (рис. 3). Закономерности выживания популяций интродуцентов, по крайней мере энтеробактерий, в филосфере и ризосфере кресс-салата отличались от таковых в ЭКРС и смеси ЭКРС-почва. Если в ЭКРС и смеси ЭКРС-почва, хотя и медленно, но происходило снижение численности, то на растениях, как в ризосфере, так и в филосфере обнаружено увеличение численности всех исследованных бактерий.

Таким образом, растения кресс-салата как местообитание оказалось благоприятным и для энтеробактерий, и для сапротрофной псевдомонады, условия которого способствовало их росту или концентрированию.

Таким образом, оптимальной концентрацией бактерий для интродукции в природные субстраты и успешного прохождения по цепи разных субстратов в краткосрочных исследованиях при постоянной температуре является такая, которая более или менее совпадает с концентрацией, выявляемых на средах аборигенов.

1.3. Краткосрочная и долгосрочная динамика выживания бактерий, интродуцированных в ЭКРС при циклически меняющейся температуре, и их численность в смеси ЭКРС-почва, на растениях кресс-салата и в экскрементах виноградных улиток.

В этой серии экспериментов решались задачи как определения длительности выживания популяций в цепи природных субстратов, так и влияние циклически изменяющейся температуры по сравнению с постоянной на выживание исследуемых бактерий.

1.3.1. Краткосрочная и долгосрочная динамика выживания бактерий в ЭКРС и в смеси ЭКРС-почва при циклически меняющейся температуре. Сразу после внесения суспензии каждого конкретного интродуцента с ЭКРС количество бактерий составляло в среднем 1010 кл/г сух. ЭКРС.

Рис. 3. Динамика выживания: А - S. Typhimurium MAE 110 gfp; Б - E. coli O157:H gfp; В - P. fluorescens 32 gfp, интродуцированных в ЭКРС при разной исходной численности и в последующих ключевых точках при перемещении интродуцентов в почву, на растения кресс-салата и через ЖКТ улиток после скармливания им выращенного кресс-салата. Исходная концентрация: 1 - 109 кл/г сух. ЭКРС, 2 - 108 кл / г сух. ЭКРС, 3 - 107 кл/г сух. ЭКРС, 4 - 105 КОЕ/г сух. ЭКРС.

Со временем численность E. coli О157:Н7 gfp и P. fluorescens 32 gfp постепенно снижалась и через 15 сут составила 5·107 кл/г сух. ЭКРС для P. fluorescens 32 gfp и 3,0· кл/г сух. ЭКРС для E. coli O157:H7 gfp. Численность S. Тyphimurium gfp в течении первых 8 сут после интродукции также снизилась до 2,6·108 кл/ г сух. ЭКРС, но затем произошла стабилизация и даже некоторое увеличение численности. На 15-й день динамики численность S. Тyphimurium gfp составляла 3,4·108 кл/г сух. ЭКРС (рис. 4).

Для изучения динамики выживания бактерий в серии разных субстратов необходима их достаточно высокая популяционная плотность. Хотя в динамике численности S. Тyphimurium gfp наступила стабилизация, но численность E. coli О157:Н gfp и P. fluorescens gfp уменьшалась, то в связи с этим через 15 сут после интродукции было произведено смешивание ЭКРС с интродуцентами с почвой (рис. 4). Чтобы не допустить уменьшения численности интродуцентов ниже детектируемого уровня, а с другой стороны, чтобы как можно дольше проследить динамику выживания интродуцентов, было проведено разделение массы ЭКРС так, чтобы динамика численности каждой бактерии в ЭКРС и смеси ЭКРС-почва была бы исследована и при краткосрочном инкубировании, и при долгосрочном.

После смешивания ЭКРС с почвой численность интродуцентов из- за разведения, естественно, резко уменьшилась в среднем на порядок и составила 2,9·107, 2,5·107 и 3,4·107 кл/ г сух. вещ. для S. Тyphimurium gfp, E. coli O157:H7 gfp и P. fluorescens 32 gfp соответственно. В дальнейшем, в течение последующих 20 сут, имело место плавное уменьшение численности интродуцентов, которое было более выражено у E. coli O157:H7 gfp, слабее у S. Тyphimurium gfp и практически не наблюдалось у P. fluorescens 32 gfp (рис. 4).

В долгосрочных экспериментах при инкубировании ЭКРС до 55 сут у всех бактерий наблюдалось снижение численности, однако скорость снижения была разной.

Наибольшее снижение, более порядка, как при учете КОЕ, так и клеток, выявлено в популяции E. coli O157:H7 gfp, а минимальное снижение – в популяции сальмонеллы.

Смешивание ЭКРС с почвой в долгосрочном эксперименте, как это было и в краткосрочном, сначала привело к скачкообразному уменьшению численности интродуцентов, которое составило 1,2·106, 4,0·105 и 1,1·106 кл/ г сух. вещ. для S.

Тyphimurium gfp, E. coli O157:H7 gfp и P. fluorescens 32 gfp соответственно. Дальнейшая динамика интродуцентов несколько различалась. Происходило уменьшение численности КОЕ в популяции сальмонеллы и E. coli O157:H7 gfp, а численность клеток оставалась довольно стабильной. В популяции P. fluorescens 32 gfp в смеси ЭКРС-почва наблюдалась, фактически, противоположная закономерность (рис. 4). Было выявлено, что E. coli O157:H7 gfp и, особенно, P. fluorescens 32 gfp выживают лучше при постоянной температуре (данные не приводятся), а выживание S. Тyphimurium gfp не зависело от изменений температуры.

Для уточнения закономерностей выживания исследуемых бактерий в ЭКРС и смеси ЭКРС-почва нами была проведена аппроксимация данных динамики различными моделями. В краткосрочных экспериментах в ЭКРС снижение численности E. coli O157:H7 gfp и P. fluorescens 32 gfp более соответствовало экспоненциальному закону, в то время как в популяции S. Тyphimurium gfp наблюдалась или линейная зависимость (отсутствие снижения), или флуктуации численности. После смешивания ЭКРС с почвой экспоненциальная закономерность снижения наблюдалась у E. coli O157:H7 gfp и S.

Тyphimurium gfp, в популяции P. fluorescens 32 gfp наблюдалась стабилизация численности (линейная зависимость).

1. 3. 2. Численность бактерий на растениях и в экскрементах виноградных улиток после скармливания растений улиткам в краткосрочных и долгосрочных экспериментах.

Для получения количественных показателей выживания исследуемых бактерий на растениях, а, следовательно, определения возможности контаминации овощной продукции, в смеси ЭКРС-почва провели выращивание кресс-салата. Перед посевом численность интродуцентов в смеси ЭКРС-почва составляла 8,2·105, 7,0·105 и 5,0·106 кл./ г сухого вещества в краткосрочном и 9,5·105, 3,0·105 и 4,7·105 кл./ г сухого вещества в долгосрочном эксперименте для S. Тyphimurium gfp, E. coli O157:H7 gfp и P. fluorescens 32 gfp соответственно (рис. 5).

В случае с S. Typhimurium gfp и E. coli O157:H7 gfp имело место некоторое увеличение численности интродуцента в филосфере до 1,1·107 и 2,8·106, а в ризосфере до 5,9·106, 1,4·106 кл./ г сухого вещества в краткосрочном эксперименте, а в долгосрочном эксперименте в филосфере до 4,4·106 и 4,3·105 кл./ г сухого вещества и в ризосфере до 5,4·106 и 5,6·105 кл./г сухого вещества соответственно. Численность P. fluorescens 32 gfp в филосфере составила 2,9·106 и 4,2·105, а в ризосфере - 1,5·106 и 5,6·105 кл./ г сухого вещества в краткосрочном и долгосрочном экспериментах соответственно, то есть несколько уменьшилась. Последний факт несколько неожиданный, так как некоторые исследователи склонны рассматривать P. fluorescens как типично ризосферную бактерию (рис. 5 А-В), однако большую приспособленность к «ризосфере–филосфере»

продемонстрировали энтеропатогены, а не сапротроф.

Инфицированные растения кресс-салата были скормлены виноградным улиткам. В их экскрементах методом посева на среды были также выявлены искомые бактерии (рис.

5 А-В). Численность gfp-бактерий в экскрементах улиток, по сравнению с численностью на растениях, заметно уменьшилась и составила для S. Typhimurium gfp 4,7·105 и 5,2·104, для E. coli O157:H7 gfp 1,7·105 и 1,8·105, для P. fluorescens 32 gfp 1,8·105 и 1,7·105 КОЕ/г сухого вещества в краткосрочном и долгосрочном экспериментах соответственно. Однако численность исследуемых бактерий оставалась достаточно высокой и, таким образом, беспозвоночные, в нашем случае виноградные улитки, могут являться активными переносчиками энтеропатогенов в природе.

Рис. 4. Динамика выживания: А - S. Typhimurium MAE 110 gfp; Б - E. coli O157:H gfp; В - P. fluorescens 32 gfp при интродукции в ЭКРС с последующим перемещением в почву в краткосрочных (А, Б, В ) и в долгосрочных (Г, Д, Е ) экспериментах при циклически меняющейся температуре; стрелкой показано время смешивания с почвой.

2. Ч исленность микроорганизмов при перемещении по цепи местообитаний:

коровы – их экскременты – почва – растения – грызуны и их экскременты. При изучении динамики выживания бактерий в модельных экосистемах было установлено, что бактерии успешно выживают в разных естественных субстратах. Далее была поставлена задача провести натурные эксперименты, используя крупный рогатый скот (коров) и других млекопитающих, которые традиционно считаются резервуарами, инкубаторами, переносчиками и др. микроорганизмов, в том числе патогенных.

Рис. 5. Динамика выживания: А - S. Typhimurium MAE 110 gfp; Б - E. coli O157:H7 gfp; В - P. fluorescens 32 gfp, интродуцированных в ЭКРС при циклически изменяющейся температуре и в последующих ключевых точках при перемещении интродуцентов в почву, на растения кресс-салата и через ЖКТ улиток после скармливания им выращенного кресс-салата в краткосрочном и долгосрочном экспериментах.

2. 1. Динамика роста бактерий в суспензии комбикорма. Наиболее простой вариант инфицирования животных различными микроорганизмами – это поступление микроорганизмов с кормом и, в частности, с комбикормом. Комбикорма дают животным в разной форме: в сухом виде, влажном, а в некоторых случаях и в виде довольно жидкой суспензии. Мы исследовали динамику роста энтеропатогенов и сапротрофа в суспензии комбикорма. С некоторыми вариациями, но фактически для всех бактерий, была выявлена традиционная кривая роста с выходом на стационарную фазу через сутки. S.

Typhimurium gfp и E. coli O157:H7 gfp имели короткий лаг-период, а P. fluorescens 32 gfp росла без такового. Через сутки численность клеток бактерий составила 1.2106 для S.

Тyphimurium gfp, 5.8106 для P. fluorescens 32 gfp и 6.9105 для E. coli O157:H7 gfp на грамм сухого комбикорма.

2. 2. Численность исследуемых бактерий в экскрементах коров после скармливания коровам инокулированного комбикорма и после смешивания ЭКРС с почвой. Определение численности меченых бактерий в ЭКРС проводили через 24 ч после скармливания коровам инокулированного комбикорма. В свежесобранных образцах было обнаружено 7.0103, 3.2102 и 7.1103 КОЕ/г сух. вещ. S. Тyphimurium gfp, P.

fluorescens 32 gfp и E. coli O157:H7 gfp соответственно. Далее собранные экскременты инкубировали в течение 11 сут в лабораторных условиях, как и в предыдущих экспериментах. Схема эксперимента приведена на рис. 6. При инкубировании экскрементов произошло некоторое увеличение численности меченых бактерий, составив через 11 сут 2.5104, 5.9103 и 1.1104 КОЕ/г сух. вещ. S. Тyphimurium gfp, P. fluorescens 32 gfp и E. coli O157:H7 gfp соответственно (рис. 7). В предыдущих экспериментах, когда проводили искусственную интродукцию бактерий в свежесобранные ЭКРС, такого факта не наблюдалось. Выявленный факт представляется очень важным с точки зрения экологии и эпидемиологии бактерий в целом и энтеропатогенов в частности. Повидимому, увеличение численности энтеропатогенов при прохождении ЖКТ животных происходит не только и не столько в самом ЖКТ, а в свежевыделенных экскрементах.

Хотя такое заключение является предварительным и нуждается в специальных исследованиях.

Рис. 6. Схема эксперимента исследования перемещения бактерий по цепи местообитаний-субстратов: корм – желудочно-кишечный тракт животных – экскременты животных – почва – растения и опять животные с фактическим образованием цикла.

После выявленной стабилизации численности gfp-бактерий в ЭКРС было произведено смешивание ЭКРС с почвой в соотношении 1:16 по сух. вещ. (рис. 7).

Численность бактерий после смешивания составила 2.2103, 6.4102 и 5.2103 КОЕ/г сух.

вещ. S. Тyphimurium gfp, P. fluorescens 32 gfp и E. coli O157:H7 gfp соответственно. При определении численности бактерий в смеси ЭКРС-почва через 3 сут было установлено, что их численность не снизилась, в отличие от предыдущих экспериментов. Таким образом, условия в ЭКРС, возможно из-за присутствия воздуха, являются более благоприятными для выживания исследуемых бактерий, чем в ЖКТ.

Рис. 7. Динамика численности S. Typhimurium MAE 110 gfp; E. coli O157:H7 gfp; P.

fluorescens 32 gfp в ЭКРС, полученного после скармливания коровам инокулированного комбикорма и после смешивания ЭКРС с почвой; стрелкой показано время смешивания с почвой.

2. 3. Численность исследуемых бактерий на растениях и в экскрементах мышей и морских свинок после скармливания им растений. Для выявления возможности инфицирования исследуемыми бактериями кроме кресс-салата и других растений, через 3 сут. после смешивания ЭКРС с почвой в эту смесь был посеяны семена овса. Перед посевом овса численность меченых бактерий в смеси ЭКРС-почва составила 3.8103, 8.0103 и 9.5103 КОЕ/г сух. вещ. S. Тyphimurium gfp, P. fluorescens 32 gfp и E.

coli O157:H7 gfp соответственно.

Через 7 сут после появления всходов был произведен учет численности бактерий в филосфере и ризосфере проростков овса. В филосфере растений овса было обнаружено 4.4103, 1.3104 и 1.5104 КОЕ/г сух. стеблей S. Тyphimurium gfp, P. fluorescens 32 gfp и E. coli O157:H7 gfp соответственно, а в ризосфере – 8.9103, 2.4104 и 6.2104 КОЕ/г сух.

корней S. Тyphimurium gfp, P. fluorescens 32 gfp и E. coli O157:H7 gfp соответственно, то есть как в филлосфере, так и в ризосфере выявлено увеличение численности меченых бактерий.

Для определения выживания бактерий при прохождении через ЖКТ животных, инфицированные растения овса скормили грызунам. Одна наземная часть растений овса была скормлена мышам, а другая морским свинкам. В собранных экскрементах мышей было обнаружено 5.8103, 2.5104 и 2.1104 КОЕ/г сух. экскрементов S. Тyphimurium gfp, P. fluorescens 32 gfp и E. coli O157:H7 gfp соответственно, а в экскрементах морских свинок было обнаружено 1.6103, 1.9104 и 1.8104 КОЕ/г сух. экскрементов S.

Тyphimurium gfp, P. fluorescens 32 gfp и E. coli O157:H7 gfp соответственно. Таким образом, популяции исследованных бактерий смогли два раза пройти через ЖКТ разных млекопитающих и тем самым фактически совершив полный цикл. Кроме этого, настоящими экспериментами еще раз было показана способность грызунов служить активными векторами распространения различных бактерий и инфицировать разные природные местообитания.

Таблица 1. Выживание исследуемых бактерий в серии природных субстратов после скармливания их крупному рогатому скоту.

инокулюмав скармливании коровам после скармливания смешиванием с почвой перед посевом овса свинок Рис. 8. Численность S. Typhimurium MAE 110 gfp; E. coli O157:H7 gfp; P.

fluorescens 32 gfp в экскрементах кур после скармливания курам инокулированного комбикорма и после смешивания экскрементов с водой; стрелкой показано время смешивания с водой.

3. Перемещение микроорганизмов в цепи природных субстратов: птицы – их экскременты – вода. Птицы являются наиболее мобильными векторами в распространении микроорганизмов. С одной стороны, они часто питаются вблизи различных животных, нередко питаясь их экскрементами, а затем во время миграции перемещаются не только над сушей, но и над водными объектами. При этом суша и вода могут контаминироваться различными, в том числе и патогенными, бактериями, что впоследствии может привести к инфицированию разных животных и людей. Целью исследования было изучение выживания исследуемых бактерий при прохождении через ЖКТ птиц и возможность выживания в водной среде после ее контаминирования.

3. 1. Численность исследуемых бактерий в экскрементах кур после скармливания курам инокулированного комбикорма и контаминирования этими экскрементами воды. После скармливания курам комбикорма, содержащего 107 кл.

меченых бактерий/г сух. комбикорма, в собранных через сутки экскрементах кур было обнаружено до 1,2*104 меченых клеток энтеробактерий и 104 клеток P. fluorescens 32 gfp в грамме сухого вещества (рис. 8).

Наблюдение динамики численности меченых бактерий проводили в течение 8 сут.

При этом в экскрементах выявили значительное увеличение численности S. Typhimurium gfp – почти на два порядка, несколько меньше для E. coli O157:H7 gfp и отсутствие прироста у P. fluorescens 32 gfp. После этого провели смешивание экскрементов со стерильной и нестерильной водой. Определение численности исследуемых бактерий в нестерильной и в стерильной воде выявило монотонно убывающую динамику популяций бактерий. При этом в стерильной воде снижение было несколько медленнее, чем в нестерильной, что может быть связано с конкурентным давлением со стороны водных аборигенов.

ОБСУЖДЕНИЕ

fluorescens 32 gfp и две энтеробактерии - потенциальные энтеропатогены - S. Typhimurium gfp и E. coli O157:H7 gfp при разной исходной численности способны успешно и длительно выживать в различных природных субстратах. Даже при самой низкой исходной популяционной плотности бактерии способны проходить сложную и длинную цепь местообитаний, указывая тем самым на не единоместное существование в природе каждой конкретной популяции микроорганизмов, а на последовательное и многократное перемещение всей или части популяции в ряду субстратов, что можно, по- видимому, назвать многоступенчатой интродукцией или инокуляцией.

В естественных экосистемах температура крайне редко бывает стабильной. При исследовании влияния колебаний температуры на динамику выживания бактерий интенсивное уменьшение численности бактерий имело место при циклически меняющейся температуре по сравнению с постоянной. Колебания температуры, повидимому, увеличивают расход субстратов и энергии клетками, в частности, энергозатраты на поддержание.

Было отмечено, что популяционная плотность интродуцентов, сравнимая или несколько меньшая плотности вырастающих на средах аборигенов, является более оптимальной для прохождения интродуцентов по циклу субстратов, по сравнению с очень высокой или очень низкой популяционной плотностью. Это вероятно связано с тем, что при интродукции бактерий в ЭКРС с высокой исходной численностью быстро наступает недостаток питательных веществ, что и приводит к значительному уменьшению численности бактерий до установления определенной равновесной концентрации. Неоднократным определением ВОУ в ЭКРС, перед интродукцией туда бактерий, а также перед и после смешивания ЭКРС с почвой было выявлено более чем на порядок снижение этого показателя. С другой стороны, при исходной низкой интродуцируемой концентрации бактерии, особенно энтеропатогены, могут испытывать сильное конкурентное давление со стороны автохтонных микроорганизмов, что может привести к снижению популяционной плотности ниже детектируемого уровня.

Общей целью экспериментов было прослеживание динамики исследуемых бактерии в цепи природных местообитаний, в частности на растениях. На растениях кресс-салата как в ризосфере, так и в филосфере выявлено увеличение численности всех исследованных бактерий. То же самое было выявлено и для проростков овса.

Следовательно, экониша растений благоприятна и для сапротрофной псевдомонады, и для энтеробактерий, способствуя их росту или концентрированию. В связи с этим, использование недокомпостированных органических смесей, а тем более свежего навоза, при выращивании таких “зеленых” витаминов и других овощей может приводить к серьезным последствиям в виде пищевых отравлений и даже эпидемий.

Для выявления возможности прохождения энтеропатогенов и сапротрофа через ЖКТ животных, растения кресс-салата скармливали виноградным улиткам, которые, как известно, являются активными потребителями растительного материала и тем самым активными переносчиками различных микроорганизмов. Хотя в экскрементах улиток выявлено некоторое уменьшение численности бактерий на грамм их сухих экскрементов, по сравнению с кресс-салатом, тем не менее, главным является то, что исследуемые бактерии способны преодолевать этот серьезный экологический барьер. Кроме того, вполне очевидно, что исследованные беспозвоночные являются активными распространителями микроорганизмов в природе, действительно играя роль векторов в эпидемиологическом смысле.

После того как была изучена динамика выживания бактерий при искусственном инокулировании ЭКРС с последующим прослеживанием перемещения бактерий через серию субстратов и выявления способности интродуцентов сохранять популяционную плотность длительно и на высоком уровне, было решено проследить выживание исследуемых бактерий при непосредственном попадании их в ЖКТ коров и способности прохождения через ЖКТ коров. При успешном исходе первой части такого эксперимента предполагалось проследить дальнейшую судьбу интродуцентов, определяя их численность в экскрементах, почве после смешивания с ЭКРС, на растениях, выращиваемых в такой смеси, а также и в экскрементах животных после скармливания таких растений разным животным.

Перед скармливанием коровам инокулированного исследуемыми бактериями корма было определено выживание этих бактерий в суспензии комбикорма. Попадание патогенных микроорганизмов с комбикормом в ЖКТ животных реально при кормлении животных. Было выявлено, что комбикорм при достаточной температуре и влажности может являться хорошим субстратом для размножения разных, в том числе и патогенных, бактерий, и, следовательно, приводить к инфицированию сельскохозяйственных животных.

Выявленное уменьшение численности меченых бактерий в экскрементах коров позволяет отметить то, что условия ЖКТ коров, по- видимому, не совсем благоприятны для исследованных бактерий, но и не смертельны. Исследуемые бактерии успешно выживали в собранных и инкубируемых в лаборатории экскрементах даже с некоторым увеличением численности, успешно выживали в смеси ЭКРС с почвой, на растениях овса и были способны проходить через ЖКТ других теплокровных животных (мышей и морских свинок), преодолевая специфические условия, связанные с изменением температуры, рН, кислородного режима и доступности субстратов.

Показано, что в ЖКТ грызунов происходит, хотя и не столь значительное, но вполне заметное увеличение численности бактерий E. coli O157:H7 gfp, а также и P.

fluorescens 32 gfp. Этот интересный факт, несомненно, нуждается в дальнейших исследованиях, особенно учитывая следующий важный аспект. При выживании энтеропатогенов в ЖКТ грызунов, с учетом высокой подвижности последних, возникает серьезная опасность контаминации больших площадей крайне опасными бактериями E.

coli O157:H7, вызывающих энтерогеморрагический синдром с высокой смертностью заболевших.

Помимо слежения за перемещением исследуемых бактерий через серию твердых субстратов, была проверена судьба этих бактерий при попадании их с экскрементами в воду. Для этого были выбраны наиболее мобильные векторы в перемещении микроорганизмов в природе – птицы, в нашем случае - куры. После скармливания инокулированного исследуемыми бактериями корма курам в их экскрементах были обнаружены искомые бактерии, то есть, исследуемые бактерии были способны проходить ЖКТ кур. Более того, при инкубировании экскрементов в лабораторных условиях наблюдалось увеличение численности маркированных бактерий. После смешивания (инокулирования) экскрементами кур воды сначала было выявлено уменьшение численности бактерий из-за разбавления. Однако в дальнейшем имел хотя и слабый, но прирост численности бактерий с дальнейшим плавным уменьшением численности.

Бактерии в течение всего эксперимента (25 сут) успешно выявлялись. Наши результаты указывают на серьезную опасность распространения с экскрементами кур не только Salmonella ssp., что является твердым фактом, но и штаммов E. coli O157:H7, что является новым фактом. Учитывая, что инфекционная доза шига-токсин продуцирующих (STEC)/ энтерогемморагических (EHEC) штаммов E. coli O157:H7 крайне низка – менее 100 кл., то выявленные в наших экспериментах численности E. coli O157:H7 в экскрементах кур до 3,6*104 представляются впечатляющими.

Нашими исследованиями твердо показано, что именно одна и та же популяция бактерий может проходить весь цикл без привнесения дополнительно такой же популяции извне, хотя вполне реалистично предположить возможность и попутной инокуляции сходной популяцией микроорганизмов того или иного природного субстрата.

Вместе с тем нами показано, что в некоторых нишах, в частности на растениях и в ЖКТ грызунов, происходит, хотя и не столь значительное, но вполне заметное увеличение численности бактерий E. coli O157:H7 gfp и P. fluorescens 32 gfp. Этот интересный факт, несомненно, нуждается в дальнейших исследованиях.

В связи с тем, что исследованные микроорганизмы вызывают различные заболевания человека и обнаружена их высокая выживаемость в различных эконишах, то современные представления эпидемиологии о резервуарах, источниках, «носительстве» и прочее нуждаются в соответствующей корректировке.

Помимо практической значимости нашими исследованиями обосновывается и такой важный теоретически факт как существование круговорота микроорганизмов в виде перемещения отдельных популяций микроорганизмов или в комплексе с разными популяциями через ряд взаимосвязанных природных субстратов в виде цикла. При «расщеплении» или «диссипации» таких популяций с перемещением сразу в несколько новых местообитаний, по- видимому, можно говорить не только о круговороте микроорганизмов в виде цепи, но и в виде сети. Этот факт с одной стороны вполне естественен, однако с другой, далеко не для всех и всегда очевидный. Именно благодаря подобным перемещениям, как это было показано в настоящей работе, в природе, повидимому, сохраняются большинство не только энтеропатогенных, но и сапротрофных микроорганизмов. Полученные результаты показывают, что сохранение и поддержание популяции того или иного микроорганизма в природе зависит не только от того, как долго он может выживать в том или ином субстрате, но и от того, как успешно он может выживать при перемещении из одного субстрата в другой, третий и т.д.

ВЫВОДЫ

Циклическое перемещение популяций бактерий возможно через разное количество промежуточных звеньев.

2. Соответствующие суточному циклу изменения температуры в режиме день-ночь более негативны для выживания бактерий в экскрементах животных и смеси экскрементыпочва, чем традиционно применяемая в исследованиях постоянная температура. Этот факт необходимо учитывать при оценке риска выживания и распространения микроорганизмов, особенно патогенных, в природе.

3. Популяционная плотность интродуцентов, сравнимая или несколько меньшая плотности выявляемых на средах «аборигенных» бактерий является более подходящей для прохождения интродуцентов по цепи разных природных субстратов, по сравнению с очень высокой или очень низкой популяционной плотностью.

4. При интродукции микроорганизмов в природные местообитания имеет место не краткосрочный и одиночный акт существования микроорганизма в конкретном субстрате или местообитании, а последовательное многоступенчатое внедрение микроорганизма в экосистему. Показано, что генетически модифицированные микроорганизмы (ГММ) способны к длительной циркуляции в разных местообитаниях. Обильное и неконтролируемое применение ГММ в практике может привести к их длительному внедрению в экосистемы с положительными или отрицательными последствиями для компонентов этих экосистем.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

2. Куприянов А.А., Семенов А.М., Ван Бругген А.Х.К., Нетрусов А.И., Семенова Е.В.

Динамика выживания энтеропатогенных и сапротрофных бактерий при прохождении через пищеварительный тракт птиц, в их экскрементах и в воде // Вестник Московского университета. Биология. 2009. Т. 64. № 3. С. 102-106.

3. Куприянов А.А., Куненкова Н.Н., Ван Бругген А.Х.К., Семенов А.М. Перемещение бактерий из экскрементов животных в почву и сопряженные с ней местообитания // Почвоведение. 2009. № 11. С. 76-83.

4. Семенов А.М., Куприянов А.А., Куненкова Н.Н., Семенова Е.В., Ван Бругген А.Х.К.

Круговорот микроорганизмов в наземных экосистемах // Доклады ТСХА. 2007. Выпуск 279. Ч. 2. С. 208-212.

5. Куприянов А.А., Семенов А.М., Ван Бругген А.Х.К. Перемещение энтеропатогенных и сапротрофных бактерий в цикле экониш // Известия РАН. Серия биологическая. Принята к опубликованию.

6. Semenov A.M., Kuprianov A.A. & van Bruggen A.H.C. Transfer of enteric pathogens to successive habitats within microbial cycles // Microbial Ecology (submitted).

7. Куприянов А.А., Семенов А.М., Van Bruggen A.H.C. Генетически модифицированные микроорганизмы в естественных субстратах: многоступенчатая интродукция или неконтролируемая контаминация? // Проблемы биодеструкции техногенных загрязнителей окружающей среды. Материалы международной конференции. Саратов.

14-16 сентября 2005 г. Тезисы докладов. C. 138-139.

8. Куприянов А.А., Семенов А.М., Семенова Е.В., Van Bruggen A.H.C. Возможность преодоления экологических барьеров аналогом энтеропатогенного микроорганизма Salmonella Typhimurium MAE 110 gfp при интродукции в естественные субстраты // Автотрофные микроорганизмы. Всероссийский симпозиум с международным участием, Москва, МГУ имени М.В. Ломоносова, биологический факультет, 21-24 декабря 2005 г.

Тезисы докладов. C. 94.

9. Куприянов А.А., Семенов А.М., Семенова Е.В., Нетрусов А.И., Van Bruggen A.H.C.

Закономерности перемещения бактерий в системе естественных местообитаний:

животные – экскременты – почва – растения – животные // Микроорганизмы и биосфера.

Материалы международной научной конференции. Москва. 19-20 ноября 2007 г. Тезисы докладов. C. 73-74.