microbik.ru
1


124460, Москва, Зеленоград, НИИФП, ООО "КОМРИС"

т./ф. (095) 530 57 27,

E-mail : smkuzmin@mtu-net.ru

http://www.mtu-net.ru/comrisfilter
Государственный научный центр РФ Гос. НИИФП им. Ф.В.Лукина,

103482, Москва, Зеленоград.
Микролаборатории "вода-воздух" для оперативного определения

санитарно- значимых микроорганизмов.
Безручко С.М. ,Васенков А.А1. , Кузьмин С.М.

1.ВВЕДЕНИЕ. Историческая справка.

Развитие технологии микроэлектроники постоянно требовало разработки и совершенствования методик и средств оперативного, прецизионного анализа и контроля в реальном масштабе времени газообразных и жидких сред, поверхности кремниевых пластин и реакционных камер, трубопроводов и т.п. объектов, обеспечивающих суперчистые условия при проведении всех технологических процессов. Одной из проблем всегда был контроль микробиологических загрязнений.

Хотя разнообразные методики определения микроорганизмов имеются и совершенствуются со времен Пастера, проблема состоит в скорости получения результата по ним. В основе всего многообразия методик лежит обнаружение видимых свидетельств присутствия микроорганизмов - появление колоний, помутнение среды, выделение газа, изменение электропроводности среды и т.п. Для проявления этих свидетельств требуется значительное (до нескольких суток) время, и это обстоятельство составляет проблему примененимости классического микробиологического анализа для контроля быстротекущих технологических процессов. Практически это означало, что процесс кончится раньше, чем оператор получит данные об условиях его проведения.

Это обстоятельство нам удалось преодолеть, когда в нашем институте в качестве одного из методов контроля чистоты технологических сред была разработана методика флуоресцентно - микроскопического экспресс определения микроорганизмов в суперчистой воде и воздухе "чистых производственных помещений", отличающаяся высокой чувствительностью и практически моментальным временем получения результата (5 мин). В 1995 году методика и аппаратура получили золотую медаль на всемирной выставке в Брюсселе "Эврика-95" (см. фото).

Методика прошла успешные испытания на ряде предприятий электронной промышленности, но дальнейшая разработка и внедрение были остановлены вследствие общего кризиса.,

Однако, нам представляется, что в современных условиях разработанная методика имеет хорошую перспективу на самом массовом рынке средств микробиологического анализа, которым является государственный санитарный надзор.

Эта область велика и разнообразна, а экспрессные методы микробиологического определения могут найти широкое применение для контроля воды и воздуха.

Методическая основа определения одна и та же и для суперчистых сред микроэлектроники и для среды обитания человека, но конкретные методики и их инструментальное оформление, конечно, будут различается с учетом конкретных

особенностей анализируемых объектов вода - воздух.

^ Главное конкурентное преимущество микролабораторий - быстрота обнаружения и определения.

Решает ли это качество какие-либо проблемы санитарного контроля воды и воздуха?

^ 2. Проблемы санитарного микробиологического контроля, решаемые при помощи

микролабораторий.

2.1 ВОДА.

Главным объектом санитарного контроля в Москве и других городах является городская распределительная сеть водопровода. Так, примерно из 120 000 баканализов/год воды в Москве, на распределительную сеть приходится 76 000. Такое внимание к распределительной сети обусловлено опасностью, подтвержденной мировым и отечественным 2 опытом, неожиданного попадания бактериальных загрязнений в питьевую воду из-за своевременно не обнаруженной аварии в системе водопровода и канализации. При помощи применяемых в настоящее время методик и аппаратуры выполнение анализа требует не менее суток, и к этому времени анализируемая вода оказывается уже выпитой. С этим положением власти и санитарный надзор мирятся только вследствие отсутствия более быстрого метода.

2.2 ВОЗДУХ.

Опасность микробиологической загрязненности воздуха начала осознаваться совсем недавно в США (в 1976 году там открыта легионелла, а в 1984 г. возникло понятие

"синдрома больного здания" - Sick Building Sindrome).

Ввиду "молодости" биовоздушной опасности она в общественном сознании, кажется гораздо меньшей, чем загрязнение воды. В нашей же стране, она вообще пока не привлекает внимания, отчасти, быть может, из-за благоприятных обстоятельств: умеренности климата и малой распространенности систем кондиционирования воздуха в зданиях. Последнее обстоятельство имеет, однако, тенденцию к быстрому увеличению, и может оказаться, что нам придется вслед за более "продвинутым" западом платить по счетам легионеллы за комфорт и экономию.

Мы остановимся более подробно на менее актуальной для нашей страны проблеме, потому что, хотя она у нас пока мало известна, мы ее рассматриваем как возможный рынок для наших микролабораторий.

Американские гигиенисты связывают с воздухом закрытых помещений следующие неприятные явления.

^ 2.2.1 Синдром "больного здания" (Sick Building Sindrome)

Проявляется этот синдром в виде следующих отдельных симптомов или их комбинаций: головные боли, утомляемость, раздражительность, тошнота, бессонница, насморк, зуд кожи и слизистых оболочек, различные высыпания и даже расстройство менструального цикла. Считается, что причиной этого синдрома является загрязнение системы кондиционирования воздуха здания биогенными загрязнителями - микрогрибками, бактериями и их ядовитыми метаболитами - эндотоксинами и микотоксинами. В качестве меры предупреждения синдрома рекомендуется регулярный контроль воздуха в системе кондиционирования на загрязненность микрогрибками, спорами и микроорганизмами для своевременного принятия технических и санитарных мер.

^ 2.2.2 Легионеллез (или болезнь легионеров) - самая известная и установленная болезнь от несовершенства систем кондиционирования воздуха (источником заражения могут служить также градирни, фонтаны и даже душ ). Легионелла (бактерия - возбудитель) открыта в 1976 году при исследовании массового заболевания участников конференции Американского Легиона, проходившей в одном из отелей Филадельфии. Тогда заболело 200 участников, из них умерло 29 человек. Легионелла имеет своеобразную биологию. Если большиство (за исключением раневых и некоторых пищевых инфекций) возбудителей болезни попадают к человеку от других хозяев: людей, животных, грызунов, насекомых, то легионелла размножается просто в загрязненной теплой воде и попадает к человеку с потоком воздуха. Понятно поэтому, что системы кондиционирования воздуха наиболее опасный источник заражения.

В США ежегодно диагностируется 8000 - 18000 заболеваний легионеллезом (что по оценкам американских медстатистиков составляет 5-10% от числа фактически заболевших), смертность составляет 5-30 %% от числа зарегистрированных.

Достоверной статистики по легионеллезу в нашей стране также не имеется

. Дело в том, что легионеллез по симптоматике - это тяжелая форма пневмонии, и только очень дотошный патологоанатом направит материал на исследование в единственную в стране лабораторию воздушных инфекций.

^ 2.2.3 Кластерный рак. Так называют явление одновременного или в течение короткого промежутка времени заболевания раком легких нескольких человек, работающих в одном здании. Точно механизм его возникновения не установлен, но как версия пока остаются биогенные загрязнения системы кондиционирования воздуха.

. В группу риска по этим трем неприятностям попадают обитатели отелей, больниц, административных зданий и т.п.

Американские гигиенисты, первыми осознавшие и интенсивно разрабатывающие эту проблему, в качестве первой меры борьбы рекомендуют биологический контроль воздуха в системах кондиционирования и в самих помещениях для своевременного принятия технических мер.

Но проблема в отношении баканализа воздуха та же, что и по воде: ретроспективность анализа, даже более выраженная - например, определение легионеллы занимает 7 суток. Это сравнимо с инкубационным периодом и анализ может только подтвердить диагноз патологоанатома.

Предлагаемая методика позволяет обнаружить присутствие различных микроорганизмов ( микрогрибков, спор и бактерий) практически в течение нескольких минут, а для их идентификации потребуется от 0.5 до 4 часов.

Поэтому рынок контроля воздуха мы также рассматриваем как благоприятную перспективу для воздушного варианта нашей методики.

^ 3. Научно-технические основы решения проблемы длительности анализа.

Основной признак, по которому определяется присутствие микроорганизмов при санитарном контроле, - это их рост в определенных для каждой группы условиях. Рост может проявляться в появлении колоний на твердых питательных средах или изменении жидкой питательной среды (ее оптических свойств, электропроводности и т.п.). Для того чтобы эти изменения произошли необходимо время на размножение бактерий. Это время и определяет длительность анализа. Понятно, что чем меньше начальная концентрация микроорганизмов в образце, тем больше требуется времени на проявление роста.

Для определения микроорганизмов по нашей методике не требуется доводить рост до заметных изменений во внешней среде.

Диагностическим признаком наличия бактерий является специфическая люминесценция, возникающая в результате безизлучательного переноса энергии между молекулами белков и нуклеиновых кислот в генетическом аппарате микроорганизмов. Цвет этой люминесценции зависит от того, в активном или покоящемся состоянии находится бактерия. Идентификация микроорганизма производится по цвету люминесценции, возникающему при помещении микроорганизма на селективную среду. Быстрота получения результата анализа определяется тем, что роста микроорганизмов не требуется.

Следует подчеркнуть, что предлагаемая методика универсальна, поскольку основана на регистрации общепризнанной пока субстратной основы живой материи - белка и нуклеиновых кислот. Различия по анализируемым объектам имеются лишь на стадии забора проб, регистрация присутствия универсальна, и только идентификация микроорганизма требует селективной питательной среды .

^ 4. Конкурентные преимущества микролабораторий.

Анализ современных методических подходов к определению микроорганизмов не входит в задачу этой статьи, и мы остановимся только на самом сильном и близком по достигаемому результату к нашему предложению объекте. В качестве ближайшего аналога мы рассматриваем комплекс БАКТРАК фирмы SY-LAB (USA). Это автоматизированная и компъютеризованная система. Рост микроорганизмов регистрируется путем измерения электропроводности селективной среды , меняющейся в результате роста внесенных в нее микроорганизмов. В микробиологической своей составляющей комплекс силен наличием уникальных селективных сред (питательная среда, поддерживающая рост только определенного микроорганизма). Однако, мы видим технико-экономические преимущества предлагаемого нами решения (см. таблицу), позволяющие считать его конкурентноспособным.


Показатель

БАКТРАК

США

МИКЛАБ

Россия

Время обнаружения присутствия микроорганизма (без учета времени пробоотбора)

12-24 час

5-10 мин

Время определения микроорганизма, час

12-24

0.5-1.5 час

(иногда до 4)

Стоимость аппаратуры, $

120 000

7 000

число одновременно выполняемых анализов

20

20

число анализов в сутки

40

300

отсюда максимальное число анализов в год

17520

109500

отсюда число анализов за время морального

износа -5 лет

87 600


550 000

Амортизация аппаратуры на 1 анализ, $

1.4

0.013

Расходные материалы на 1 анализ, $

1.0

1.0

Конечно, расчеты амортизации на 1 анализ носят чисто теоретический характер: едва ли где-нибудь аппаратура будет использоваться круглосуточно и на полную мощность. Главным конкурентным преимуществом, особенно в нашей стране, мы считаем более низкие капитальные затраты пользователя , делающие реальным сбыт даже в современных условиях. Функциональное преимущество (скорость анализа больше в среднем в 10 раз) только усиливает позицию.

^ 5.Состояние разработки. Как уже говорилось, анализ микробиологических загрязнений состоит из двух определений: присутствия микроорганизма и его идентификации. Поскольку для микроэлектроники не имеет значения вид микроорганизма, вполне отработанной оказалась только первая стадия. Для второй стадии (идентификации) имеется апробированный методический подход, нуждающийся в дальнейшем развитии на конкретных направлениях. Так, например, мы не работали еще с легионеллой, поскольку она относится к особо опасным возбудителям, и работа с ней требует специальных условий. Инструментальная составляющая также нуждается в адаптации и конструкционном развитии для объектов окружающей среды. Для доведения разработки до опытных образцов потребуется 18-24 месяцев и инвестиции, размер которых будет зависеть от конкретных условий поставленной задачи. Затем весь комплекс после изготовления опытных образцов должен пройти испытания и сертификацию в органах Госсанэпиднадзора,

^ 6. Деловая перспектива.

В результате реализации предлагаемой разработки мы ожидаем получить два эффекта:

гигиенический - повышение безопасности воды для населения и систем кондиционирования воздуха для их пользователей.

экономический - за первые 5 лет производства мы планируем занять примерно половину российского рынка микробиологического санитарного контроля воды и весь рынок микробиологического контроля воздуха, реализовав 30 000 микролабораторий (на сумму $ 210 млн.) и 150 000 наборов расходных материалов (на сумму $150 млн.) с прибылью соответственно $21 и $45 млн. При этом мы полагаем, что основу составит рынок воды, а рынок контроля воздуха не составит существенной доли ввиду его новизны для нашей страны , но может рассматриваться как внешнеторговая перспектива. На рынке контроля воды коммерческую перспективу (тираж) имеют только массовые виды анализа на колиформные бактерии. Средства экспрессного контроля по особо опасным водным инфекциям на данном этапе мы рассматриваем только в долговременной перспективе, поскольку не предвидим на них массового спроса.

^ 7. Заключение. Источники финансирования. Приведенный анализ позволяет сделать заключение, что важное государственное дело по совершенствованию санитарного контроля может быть делом доходным и поэтому рассчитывать можно не только на государственное финансирование, но и на привлечение частного капитала.

Поэтому приглашаем частных инвесторов к переговорам об условиях их вкладов в это дело.



1 контактный соавтор тел. 7 (095) 531-16-03,531-13-06 e.mail: admin@ niifp.zgrad.ru

2 Во время подготовки данного материала, словно для его иллюстрации, поступило сообщение о подобном случае 1-го марта с.г. в станице Чернолесской Новоселицкого р-на Ставропольского края