XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Определение содержания патогенных грибов в птичьих вольерах Московского зоопарка
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность-Проблема
Зоопарки стремятся продемонстрировать высокий уровень качества содержания птиц, в том числе взятых из других зоопарков, а также диких животных. Одним из главных критериев успеха является разведение животных с получением здорового потомства. Однако высокая концентрация птиц приводит к закономерному накоплению остатков перьев, продуктов обмена, мертвой органики компонентов питания, особенно в вольерах хищников. Сезонное посещение открытых вольеров городскими птицами также увеличивает нагрузку на процесс естественной утилизации отходов жизнедеятельности. Площадь вольеров для птиц меньше их естественной среды обитания, а значит, накопление отходов происходит более интенсивно. В процессе длительного содержания в вольере формируется уникальный микробиом. Однако накопление органических продуктов жизнедеятельности также может привести к развитию патогенной микрофлоры. Патогенные или условно-патогенные микромицеты и бактерии могут представлять особую опасность для животных и человека. Соблюдение правил гигиены, регулярный вывоз органических отходов дезинфекция вольеров, ветеринарный осмотр животных входит в обязанности персонала, обслуживающего вольер (ГОСТ Р 54955-2012). Нарушение правил ухода и осмотра может привести к накоплению болезнетворных штаммов, что, в свою очередь, может создать опасную эпидемиологическую ситуацию в зоопарке, нанести вред и содержащимся в нём животным, и его посетителям. Однако современные контактные мини-зоопарки, цирки или сафари-парки стремятся находить возможность избегать или урежать регулярных гигиенических мер по уходу за животными, что может ухудшать эпидемиологическую обстановку в вольере.
Московский зоопарк обладает уникальным опытом долговременного содержания птиц из разных уголков мира в больших открытых птичниках. В почве вольеров водоплавающих и хищных птиц ожидаемо должно быть представлено наибольшее разнообразие микроорганизмов, в том числе кератинолитических. В данной работе мы представляем краткий обзор наших исследований микобиоты некоторых вольеров Московского зоопарка.
Гипотеза
В вольерах с хорошим уходом, внешним мониторингом и регулярной санобработкой патогенные штаммы, опасные для человека, отсутствуют.
Цель
Провести точечный мониторинг почвы зоопарка в местах скопления птиц на предмет выявления грибов-кератинолитиков.
Задачи
1.Пользуясь литературными источниками, составить описание наиболее опасных патогенных микроорганизмов, которые могут встречаться в зоопарке.
2.Взять образцы грунта с мест наиболее частого пребывания птиц.
3.Совершить посев на дифференциальные (селективные) среды.
4.Провести скрининг микроорганизмом на предмет выявления кератинолитической активности и содержание потенциально патогенных штаммов.
Глава 1 – Литературный обзор
Грибы могут вызывать различные заболевания у людей и животных, а некоторые даже могут приводить к зоонозным инфекциям. Например, Cryptococcus neoformans — это вид патогенных дрожжей, обычно встречающиеся в почве и помете птиц, особенно голубей. Споры, вдыхаемые людьми, проникают в ткани и развиваются в мицелий или дрожжи, вызывающие менингоэнцефалит. Недавние исследования показали присутствие C. neoformans у домашних птиц, что может способствовать зоонозной передаче [1]. Точно так же грибы рода Trichophyton живут на крупном рогатом скоте, лошадях, ежах, домашних кроликах и других млекопитающих [2]. Эти дерматофиты разрушают кожу и вызывают стригущий лишай, пустулезный опоясывающий лишай, паховую эпидермофитию и другие подобные заболевания кожи, ногтей и волос. Заражение происходит при непосредственном контакте с больными животными или при длительном контакте в животноводческих хозяйствах, ветеринарных клиниках, зоопарках. Точно так же грибы Microsporum canis живут на собаках и кошках и вызывают микроспорию.
Еще одним опасным заболеванием, поражающим человека, является споротрихоз, вызываемый грибами рода Sporotrichium. Оно может поражать кожу, подкожную клетчатку, слизистые оболочки и внутренние органы и часто наблюдается у лиц, контактирующих с растениями или животными [3], таких как фермеры и садоводы.
Грибы встречаются в птичьем помете. Например, Candida albicans [4] представляет собой дрожжи, которые могут вызывать инфекции кожи и слизистых оболочек, а также системные инфекции, особенно у лиц с ослабленным иммунитетом. Blastomyces dermatitidis — это гриб, который обычно встречается в почве и разлагающихся органических веществах и может вызывать респираторные инфекции, особенно у людей с ослабленной иммунной системой [5]. Птицы могут служить резервуаром для накопления вышеописанных заболеваний и передавать их как человеку при контакте с кожей, так и городским животным посетителям зоопарка.
Следует упомянуть зоонозов — группу инфекционных болезней, которые могут передаваться человеку от животных. Возбудителями таких инфекций могут быть вирусы, бактерии и грибы. Прямой контакт с зараженными животными или вдыхание частиц пыли также могут стать причиной заражения. Симптомы широко варьируются в зависимости от конкретного возбудителя. Микотические зоонозы, вызванные, например, Trichophyton sp. и Microsporum canis, передаются при контакте с инфицированными животными и могут вызывать поражения кожи, ногтей и волос у людей.
Другим способом заражения грибами может быть воздушно - пылевой. Например, виды рода Cryptococcus, споры которых в норме присутствуют в почве и помете птиц, способны заразить человека при вдыхании им частиц пыли. Из-за такого способа распространения риск заболевания возрастает в теплое и сухое время года. Интересным представителем данного рода является вид Cryptococcus neoformans, который может распространяться гематогенным путем по всему телу и поражать головной мозг. Поэтому важно знать о различных типах грибов, местах их обитания и симптомах, которые они могут вызывать у людей и животных, чтобы предотвратить распространение болезней.
Надлежащая гигиена и предотвращения контакта с инфицированными животными или их отходами имеют решающее значение для предотвращения зоонозных инфекций. Вакцинация также является эффективным способом профилактики зоонозных инфекций как у людей, так и у животных.
Глава 2.
Чтобы предотвратить появление патогенных штаммов грибов в зоопарке, важно соблюдать правила гигиены и принимать меры по снижению риска микотических инфекций. Вот несколько общих правил, которым должен следовать зоопарк:
Регулярная уборка и дезинфекция вольеров для животных, мисок с едой и водой и других поверхностей, с которыми соприкасаются животные.
Хорошие системы вентиляции и фильтрации воздуха для предотвращения накопления спор в воздухе.
Надлежащее обращение с отходами животноводства и материалами для подстилки для предотвращения роста и распространения патогенов.
Регулярный ветеринарный уход и наблюдение за животными для раннего выявления и лечения инфекций.
Надлежащее обучение персонала зоопарка правилам гигиены и мерам инфекционного контроля.
Карантин и изоляция больных животных для предотвращения распространения инфекций.
Регулярный осмотр и уход за вольерами и помещениями для животных, чтобы убедиться, что в них нет благоприятных условий для роста грибов, таких как протечки воды или сырость.
Надлежащее обращение и хранение кормов для животных и других материалов для предотвращения заражения грибками и другими патогенами.
Соблюдая эти правила, зоопарки могут помочь предотвратить появление патогенных штаммов грибов и обеспечить здоровье и благополучие животных и персонала.
Глава 3. Культивирование, выделение и определение
Взятие проб
В Московском Зоопарке были взяты пробы с поверхности грунта (до 5 см) и перьев из вольеров хищных птиц беркутов Aquila chrysaetos, водоплавающих птиц американских пеликанов Pelecanus erythrorhynchos, а также с разных мест Большого пруда. Взятие производили в стерильные зип–пакеты с помощью шпателей, которые перед этим были стерилизованы. Так как посев образцов производили не сразу, то собранный материал был помещен в холодильник и хранился при температуре 6℃.
Первичный посев
Посев образцов производили на среды Сабуро и Чапека, с добавлением антибиотика (цефтриаксон).
Использовали метод посева почвенных комочков и метод серийных разведений, описанные в Е.Ю. Благовещенской в методическом пособии “Микологических исследованиях. Основы лабораторной техники”[8]
Среды и их состав:
Сабуро: Селективная для кератинофилов и потенциальных патогенов, например, дерматофитов, имеет разные составы, характеризуется повышенным содержанием белка, а также глюкозой (декстрозой) вместо сахарозы. Состав среды сабуро: 5 г/л казеинового пептона, 5 г/л мясного пептона, 20 г/л глюкозы, 0,1 г/л хлорамфеникола и 12 г/л агара.
Чапек: (полная 30 г/л сахарозы или голодная - 3 г/л сахарозы). Голодная выполняет селективную функцию и подходит для первичных посевов, на полной же хорошо растут чистые культуры, в особенности хороша для грибов рода Penicillium, которые на ней максимально проявляют свою морфологию и их можно определять до вида. Состав среды чапека для 0.1л: Сахароза - 3 г, Нитрат натрия - 0,2г, Калийно-фосфатный буфер - 0,1 г, агар - 2 г, вода - 0,1 л, MS (mineral solution) - 1 мл, TMS (trace metal solution) - 0,1 мл
Все среды готовили в колбах объемом 300 мл, а потом помещали в автоклав для стерилизации. После автоклавирования, среды готовы к использованию: либо их можно разливать прямо после автоклава, либо же можно поместить в холодильник, а позже, при необходимости, растопить. Мы разливали среды по чашкам петри в стерильных условиях в ламинаре около пламени горелки.
Описание морфотипов
В результате культивирования первичного посева были выявлены колонии с разными морфологическими признаками. На основе описания этих признаков были выбраны организмы для выделения в чистую культуру.
Колонии были разделены с помощью морфологических признаков: размера, формы, фактуры, цвета реверса (обратной части) колонии, формы и цвета края колонии, профиля (“вида сбоку”) колонии, цвета самой колонии, наличия экссудата (капелек жидкости на колонии).
Выделение чистых культур
На основе полученных морфотипов мы выделили чистые культуры на среду Чапека. Для этого с помощью посевной иглы, которую заранее прокаливали в пламени горелки. Мы захватывали иглой мицелий и споры интересующего нас гриба и сажали в чашки петри со средой Чапека. После этого мы оставляли их в термостате на 7 дней при 28°C.
5. Хранение культур
Хранение культур производили на пробирках со скошенным сусло-агаром (ссылка на методичку Благовещенской), при температуре 8°C.
Сусло-агар: 60-75 мл разбавленного сусла, 6-8г агара, 440-425 мл воды. Универсальная, с не до конца установленным составом (сусло, как природный экстракт, может иметь разные составы, но, главное, содержит необходимые микроэлементы и сахара). Натуральная среда на основе неохмеленного пивного сусла, которая богата питательными веществами. Концентрацию сусла в зависимости от целей работы варьируют в достаточно широких пределах.
6. Определение грибов
Мы рассматривали колонии под микроскопом с использованием такого оборудования, как предметные стекла, покровные стекла, препаровальные иглы (использовались для захвата спороношений), разбавленный раствор щелочи и вода. Далее мы определяли грибы с помощью Compendium of Soil Fungi [6] до рода и вида. Были определены следующие виды: Mucor hiemalis Wehmer, Mucor racemosus Fresen, Mucor circinelloides Tiegh, Penicillium sec. divaricata, Fusarium oxysporum Schltdl, Clonostachys rosea (Link) Schroers, Samuels, Seifert & W. Gams, Cladosporium cladosporioides (Fresen.) G.A. de Vries
Результаты
Mucor hiemalis Wehmerи Mucor racemosus Fresen - это два вида грибов рода Mucor, которые обычно встречаются в почве, разлагающихся растительных остатках и навозе животных. Эти грибы иногда могут вызывать инфекции у людей. Особенную опасность заболевание представляет для людей с ослабленной иммунной системой, например, для больных диабетом, раком или ВИЧ/СПИДом.
Заражение видами рода Mucor может привести к серьезному заболеванию, называемому мукормикозом, которое может поражать придаточные пазухи носа, легкие, мозг или другие части тела. Мукормикоз может быть опасным для жизни, особенно у людей с сопутствующими заболеваниями. Однако важно отметить, что виды рода Mucor относительно редко вызывают инфекции.
Penicillium sec. divaricata - это группа грибов рода Penicillium, которые обычно встречаются в почве, разлагающихся растительных остатках и в помещениях, таких как дома, школы и больницы. Некоторые виды Penicillium могут вырабатывать микотоксины, которые являются токсичными соединениями, способными причинить вред людям и животным [7].
Воздействие видов Penicillium и их микотоксинов может вызвать целый ряд последствий для здоровья, включая проблемы с дыханием, раздражение кожи и аллергические реакции. В редких случаях воздействие определенных типов микотоксинов Penicillium может вызвать более серьезные последствия для здоровья, такие как повреждение печени или почек.
Люди могут заразиться грибами рода Mucor или подвергнуться воздействию Penicillium в самых разных условиях, включая зоопарки, фермы и дома с домашними животными. Однако риск заражения или воздействия можно свести к минимуму, соблюдая правила гигиены, такие как регулярное мытье рук и избегание контакта с почвой или навозом животных, а также путем надлежащего проветривания помещений, чтобы уменьшить рост грибов.
В заключении будет важным отметить, что в почве не были указаны опасные для человека патогенные штаммы грибов. За последние 15 лет активного мониторинга как в указанных вольерах, так и в остальных открытых и закрытых птичниках не было обнаружено ни одного случая заражения грибами, вызывающие поражения кожи или перьев. Содержание определенных в статье грибов является естественным. Для защиты случайного контакта детей с почвой вольеры имеет металлическое ограждение. Посещение зоопарка безопасно для людей и не требует дополнительных мер безопасности, превышающих регулярное соблюдение тривиальных мер гигиены.
Список литературы:
Praveen,P. K., Ganguly, S., Wakchaure, R., Ahmad, P., Qadri, K., & Shekhar, S. Zoonotic issues on cryptococcosis relevant to veterinary public health and veterinary microbiology: a review.
Green, J., Jakins, C., Asfaw, E., Bruschi, N., Parker, A., de Waal, L., & D’Cruze, N. (2020). African lions and zoonotic diseases: implications for commercial lion farms in South Africa. Animals, 10(9), 1692.
Tamsitt, J. R., & Valdivieso, D. (1970). Los murciélagos y la salud pública: Estudio con especial referencia a Puerto Rico. Boletín de la Oficina Sanitaria Panamericana (OSP); 69 (2), ago. 1970.
Sharma, B., & Nonzom, S. (2021). Superficial mycoses, a matter of concern: Global and Indian scenario‐an updated analysis. Mycoses, 64(8), 890-908.
Terrell, S. P. (2013). Zoonotic Disease. Zookeeping: An Introduction to the Science and Technology, 455.
Peraica, M., Radić, B., Lucić, A., & Pavlović, M. (1999). Toxic effects of mycotoxins in humans. Bulletin of the World Health Organization, 77(9), 754-766.
Е.Ю.Благовещенская (2017). Микологические исследования: Основы лабораторной техники: Учебное пособие. — М.: ЛЕНАНД, — 96 с. ISBN 978-5—9710-4375-17