Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Исследование факторов микробиологического риска в условиях сохранения и экспозиции бальзамированных объектов

ВАК РФ 03.00.23, Биотехнология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Каменных, Владимир Петрович, Москва

/

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ ЦЕНТР БИОМЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

ВИЛАР

ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА В УСЛОВИЯХ СОХРАНЕНИЯ И ЭКСПОЗИЦИИ БАЛЬЗАМИРОВАННОГО ОБЪЕКТА

Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук

специальности 03.00.23. - биотехнология 03.00.07. - микробиология

Научные руководители: доктор технических наук, профессор, академик РАМН Быков Валерий Алексеевич доктор медицинских наук Викторов Александр Несторович

КАМЕННЫХ ВЛАДИМИР ПЕТРОВИЧ

Москва 1999

р

Оглавление.

Введение.....................................................................................4

Часть I. Обзор литературы............................................................ 10

Глава 1. «Проблема консервирования биообъектов путём бальзамирования и возможность защиты сохраняемых в условиях экспозиции бальзамированных объектов от биодеградации»................... 10

Глава 2. «Микроорганизмы, обеспечивающие дезагрегирование биосубстратов и субстратов, появление которых во внешней среде связано с хозяйственной деятельностью человека»......................... 17

Вводные замечания ..................................................................... 17

2.1. «Способность бактерий, обитающих во внешней среде, осуществлять биодеградацию дезагрегированных биосубстратов и субстратов, появление которых во внешней среде связано с хозяйственной деятельностью человека».................................... 20

2.2. «Способность грибов таксономических групп, выделенных из различных экологических ниш, осуществлять биодеградацию дезагрегированных биосубстратов и субстратов, появление которых во внешней среде связано с хозяйственной деятельностью человека»............................................................................ 26

2.3. «Роль консорциумов, составленных популяциями различных видов бактерий и низших грибов, в процессах биодеградации биополимеров и полютантов, загрязняющих окружающую среду»........................................................................... 35

2.4. «Микробная контаминация бальзамированного объекта, предназначенного для экспонирования»........................................38

Часть II. Собственные исследования................................................. 40

Глава 3. «Материал и методы исследования»................................... 40

3.1. «Штаммы микроорганизмов, исследованные в работе».......... 40

3.2. «Питательные среды»........................................................ 43

3.3. «Оборудование»............................................................... 44

о

3.4. «Реактивы, бальзамирующие растворы (БЖ), среды для сохранения изолятов микроорганизмов, субстраты для оценки ферментативной активности этих изолятов»..................................... 45

3.5; «Методика микробиологического мониторинга за контаминирую-щей флорой в зонах, предназначенных для экспонирования бальзамированных объектов»................................................... 46

3.6. «Методика оценки выживаемости отдельных изолятов контами-нирующей флоры в БЖ».................................................. 49

3.7. «Методика оценки коллагенолитической активности (КА) свеже-выделенных изолятов микроорганизмов и изолятов, заложенных на хранение»................................................................... 50

Глава 4. «Характеристика уровней микробной контаминации и видового

состава микрофлоры помещений и объёмов в комплексе «Мавзолей В.И. Ленина», используемых для экспонирования и работы с

бальзамированным объектом»........................................... 51

Глава 5. «Жизнеспособность, коллагенолитическая активность с способность к адаптации у изолятов дейтеромицетов и бактерий, выделенных по ходу микробиологического мониторинга экспозиционных и вспомогательных помещений, а также с поверхностей и сред непосредственно относящихся к бальзамированному

объекту»...................................................................... 72

Глава 6. «Анализ факторов микробиологического риска и обоснование дополнительных мероприятий по противомикробной защите среды

содержания экспонируемого бальзамированного объекта»....... 91

Обсуждение полученных результатов и заключение............................101

Выводы...................................................................................... 109

Библиография.............................................................................. 110

ВВЕДЕНИЕ.

Консервация биологических объектов для различных целей составляет специальную область современной биологии, и научная разработка отдельных аспектов этой большой проблемы в настоящее время вышла на совершенно новый уровень, в связи с обсуждаемой возможностью использования сохраняемых в условиях экспозиции бальзамированных объектов, как источника реорганизации ранее функционировавшей генетической информационной системы.

Следует, однако, постоянно иметь в виду, что экспонируемый длительный период в воздушной среде бальзамированный объект, пусть даже интегрированный в достаточно стабильную систему контролируемых по ряду параметров физических и химических переменных, не может не взаимодействовать в искусственно созданной (техногенной) экологической нише с теми микроорганизмами, от которых эта ниша не защищена.

Высокая пластичность микроорганизмов и их способность под влиянием факторов отбора (в рассматриваемых ситуациях, прежде всего -искусственного, но в то же время, совершенно очевидно и естественного) формировать ценозы и использовать любой биосубстрат для обеспечения своей жизнедеятельности, может сделать весьма проблематичным перспективу использования экспонируемых бальзамированных объектов для грядущих биотехнологических манипуляций.

Накопленный к настоящему времени микробиологический материал (15,144) свидетельствует о способности микроорганизмов и, в частности, грибов Trichothecium roseum, Pénicillium chrysogenum к биодеградации как бальзамированной мышечной ткани, так и аналогичным образом обработанной кожи. Известно, также, что грибы видов Aspergillus clavatus and Hormodendrum atrum хотя и не способны к биодеструкции бальзамированной кожи, но в смешанных культурах в состоянии индуцировать при инкубации с бальзамированной мышечной тканью, некоторое (не во всех

опытах статистически значимое) увеличение аминного и остаточного азота в анализируемых системах.

Очевидно, что основной причиной возникновения ряда проблем с консервированными тканями в условиях, предусматривающих экспонирование бальзамированного объекта в относительно незащищённой воздушной среде, может стать контаминация этих объектов микрофлорой из фактически открытой эко системы. При анализе причин такой контаминации внимание должно быть, прежде всего, обращено на те микроэкологические условия, которые могут выступать как факторы отбора для представителей «дикой» микрофлоры из числа гетеротрофов, присутствующих в воздушной среде.

С другой стороны, при неопределённо длительном сроке экспонирования бальзамированных объектов, контроль за факторами контаминацион-ного риска приобретает не только познавательное значение. Основываясь на результатах такого мониторинга можно, в свою очередь, не только оценить эффективность работы системы физического обеспечения экспонирующего устройства, но и продолжить коррективы к организации его интегральной структуры с учётом не только физических, но и биологических критериев сбалансированности всей конкретной техногенной экологической ниши.

Всё перечисленное обосновывает целесообразность проведения мониторинговых и экспериментальных исследований с целью:

-изучения особенностей отбора представителей отдельных видов микроорганизмов в состав техногенно формируемого микроценоза среды объёмов и помещений, эксплуатируемых при работе с экспонируемыми бальзамированными объектами.

В свою очередь, результатом достижения поставленной цели должна стать разработка биолого - экологической рекомендации к системе техногенного совершенствования интегральной организации микро - экологиче-

ских ниш, предназначенных для экспонирования бальзамированных объектов.

По ходу достижения поставленной цели последовательно решались следующие задачи:

- с помощью количественных методов оценивалась динамика микробной контаминации помещений и объёмов, используемых для работы с бальзамированным объектом;

- проводилась идентификация высеянных микроорганизмов по критериям международных таксономических комитетов, и определялись физиологические параметры идентифицированных до рода и вида культур;

- исследовалась жизнеспособность и коллагенолитическая актив- • ность выделенных культур при росте на различных питательных средах, а также их адаптационная способность к действию жидкостей, применяемых для поддержания бальзамированных объектов в равновесном состоянии;

- анализировались факторы микробиологического риска и обосновывались дополнительные мероприятия по противомикробной защите среды содержания экспонируемого бальзамированного объекта.

Всего выполнено более 1000 различных микробиологических анализов; 128 чистых культур собранной коллекции идентифицировано до рода и вида, определена частота встречаемости каждой из культур в пробах из воздуха, с поверхностей экспозиционных и смежных объёмов, бальзамированных тканей, определён видовой состав микрофлоры, полученной по ходу микробиологического анализа.

Научная новизна и практическая ценность.

Впервые описан микробный пейзаж воздушной среды и интерьеров помещений и объёмов, предназначенных для сохранения и работы с бальзамированным объектом в условиях, предусматривающих экспонирование.

Показано, что в изученной техногенной экологической нише возможен отбор (как естественный, так и искусственный) некоторых вариантов гетеротрофных микроорганизмов, потенциально способных к биодеградации бальзамированных тканей.

Продемонстрирована способность вариантов микроорганизмов, прошедших в изучаемой экологической нише фильтр отбора, персистировать в бальзамирующей жидкости (БЖ). Выявлены условия, обеспечивающие столь парадоксальную персистенцию и определены те параметры составляющих БЖ, варьируя которые, можно в определённых пределах интенсифицировать давление отбора на популяционные переменные контамини-рующих БЖ изолятов.

На основе анализа факторов микробиологического риска предложены дополнительные мероприятия по противомикробной защите среды содержания экспонируемого бальзамированного объекта.

По итогам всех впервые установленных научных положений разработаны практические рекомендации по совершенствованию систем обеспечения и контроля за функционированием техногенной экологической ниши, организованной для экспонирования и работы с бальзамированным объектом.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены на итоговых научно - практических конференциях НПО «Биомедицинские технологии» НИЦ ММА им. И.М. Сеченова в 1995-1998 гг., и на научной конфе-

ренции Научно-исследовательского и учебно-методического Центра биомедицинских технологий ВИЛАР в 1999 г.

Диссертационная работа прошла экспертизу и апробирована на расширенном заседании Научно - технического совета НИЦ БМТ ВИЛАР (март 1999 г.).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 6 научных работ в Сборнике научно - исследовательских работ НИЦ БС и в периодическом издании «Биомедицинские технологии» (сборники, выпускаемые под эгидой ММА им. И.М. Сеченова и РУДН).

Положения, выносимые на защиту.

1. Воздух объёмов техногенных экологических ниш, предназначенных для работы с бальзамированным объектом и его экспонирования контаминируется различными гетеротрофными микроорганизмами, часть из которых представляет собой транзиторную флору, а часть - флору, которая под действием фактора отбора может превращаться в индигенную, - резидентную для данных инженерно - организованных и функционирующих в заданном режиме открытых техногенных систем.

2. Факторами, обеспечивающими отбор среди транзиторной микрофлоры индигенных вариантов, могут быть как параметрические переменные инженерных систем, так и химические составляющие БЖ, равно как и жидкостей (с бактерицидными составляющими), используемых при обработке поверхностей технических, вспомогательных и экспозиционных объёмов.

3. Прошедшие процесс естественного и искусственного отбора ин-дигенные варианты гетеротрофной микрофлоры представляют потенциальную опасность для экспонируемых объектов, поскольку

могут рассматриваться как потенциальные биодеградаторы бальзамированной мышечной ткани и кожи.

4. Варьируя состав БЖ можно из популяции индигенной гетеротрофной микрофлоры обеспечить элиминацию вариантов, потенциально опасных для бальзамированных тканей.

5. Варьируя условия функционирования инженерных систем обеспечения состава воздуха замкнутых объёмов и помещений, в которых осуществляется работа с бальзамированными объектами и их экспонирование можно снизить как контаминирующий уровень микрофлоры в воздухе этих объёмов, так и уровень присутствия индигенных вариантов, способных к персистенции в условиях рассматриваемых техногенных экологических ниш.

6. Экспресс - системы для мониторинга характера функционирования систем обеспечения условий экспонирования бальзамируемых объектов должны включать устройства, позволяющие судить о степени микробной контаминации воздуха в этих системах.

Структура и объём диссертации.

Диссертация состоит из введения, обзора данных литературы, описания материалов и методов, двух глав собственных исследований, заключения, выводов, указателя литературы и приложений.

Работа изложена на 122.. страницах машинописного текста, включая 17 рисунков и 31 таблицу. Указатель цитируемой литературы включает 151 источник, из которых на долю отечественных приходится 39 наименований.

ЧАСТЬ I. Обзор литературы

ГЛАВА 1.

«Проблема консервирования биообъектов путём бальзамирования и возможность защиты сохраняемых в условиях экспозиции бальзамированных объектов от биодеградации».

Одной из медицинских процедур, достаточно активно применяемых до настоящего времени, является консервирование целого трупа человека или отдельных его элементов путём бальзамирования. Это мероприятие проводится с целью использования бальзамированных тел в качестве учебных пособий, в интересах судебно-медицинской практики или для последующего хранения в условиях, доступных для обозрения (трупы отдельных людей, мумии древних, найденные при археологических раскопках и т.д.). Основной задачей данной процедуры является обеспечение устойчивости тканей к действию аутолитических ферментов или ферментов, происхождение которых связано с контаминирующей объекты микрофлорой, сохранение их морфологических и физико-химических особенностей для достижения анатомической целостности и прижизненного облика бальзамированного объекта.

Центральным моментом процесса бальзамирования следует считать пропитывание тканей, подлежащих сохранению консервирующими растворами. Применяются разные способы введения последних: инъекционный, сосудистый, сосудисто-ванный и т.д. В качестве компонентов бальзамирующих жидкостей используются разнообразные химические соединения -чаще всего, это формалин, тимол, спирт, глицерин, вода и ряд других веществ. Известно большое количество прописей бальзамирующих растворов того или иного состава (1,9,12,16,103).

Консервированные с помощью различных химических реагентов (девитализированные) ткани или бальзамированные тела (консервирование целого трупа) нельзя строго отнести к биологическим системам. В то же время консервированные и бальзамированные объекты обладают опреде-

лённой анатомической и гистологической специфичностью, сложными структурно-функциональными уровнями организации тканей, обеспечивающими прижизненный облик бальзамированного тела. В соответствии с классификацией, предложенной Николаевым В.И. и Бруком В.М. (10), консервированные органы и ткани, бальзамированные объекты можно охарактеризовать, как биотехнические или биотехнологические системы, отличительной особенностью которых оказывается различная природа управляемого объекта и управляющей системы. В биотехнических и биотехнологических системах, объектом управления является биологический объект или объект биологического происхождения, а управляющей системой - конструкция искусственного происхождения.

Например, при бальзамировании и последующем сохранении тела в условиях, доступных для обозрения, это с одной стороны, - система обеспечивающая стабильности анатомических, морфологических, химических, физико-химических характеристик, отражающих специфику человеческого тела, а с другой стороны, - технология его хранения: состав и свойства бальзамирующего раствора; способ и периодичность обработки им тела, температура, относительная влажность и состав окружающей атмосферы; наличие факторов микробиологического риска и т.д.

В отношении стабильности систем консервированных и бальзамированных объектов на первое место, по-видимому, будут выдвигаться соображения, с�