vk 37/05 Ari Hörman: Eläinlääketiede (ympäristöhygienia): Assessment of the microbial safety of drinking water produced from surface water under field conditions

vk 37/05 Ari Hörman: Eläinlääketiede (ympäristöhygienia): Assessment of the microbial safety of drinking water produced from surface water under field conditions

Lähettäjä: Ari Horman 25.08.2005 21:47

Hörman AriEläinlääketieteellinen tiedekuntaElintarvike- ja ympäristöhygienian laitosYmpäristöhygienia16.09.2005Mikrobiologisten riskien arviointi pintavesien talousvesikäytössä kenttäolosuhteissaTaustaaTämän väitöstutkimuksen tarkoituksena oli selvittää pintavesien käyttöön talousvetenä liittyviä mikrobiologisia riskejä erityisesti kenttäolosuhteissa. Kenttäolosuhteissa erilaisia pintavesiä, kuten järvi- ja jokivesiä, käytetään talousveden valmistukseen etenkin puolustusvoimien maastoharjoituksissa, lisäksi retkeilijät käyttävät pintavesiä liikkuessaan luonnossa. Suomessa pintavesien mikrobiologista laatua on seurattu osoitin- eli indikaattoribakteerien, lähinnä koliformisten bakteerien avulla. Suomen ympäristökeskuksen ja alueellisten ympäristöviranomaisten useiden vuosien kuluessa tekemiä kartoituksia voidaan käyttää hyvänä pohjana arvioitaessa yleisluontoisesti pintavesien, jokien ja järvien mikrobiologista laatua ja laadun vaihtelua. Suomessa ei kuitenkaan ole aikaisemmin tehty systemaattisia kartoituksia pintavesissä esiintyvistä tautia aiheuttavista mikrobeista ja niiden mahdollisesta vaihtelusta tai yhteydestä eri osoitin- eli indikaattorimikrobiryhmiin.Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää:- miten runsaasti vesivälitteisiä potentiaalisia taudinaiheuttajamikrobeja (Campylobacter spp., noroviruksia sekä Giardia- ja Cryptosporidium-alkueläimiä) esiintyy suomalaisissa pintavesissä eri vuodenaikoina ja miten niiden esiintyminen on yhteydessä talousveden arviointiin käytettävien osoitin- eli indikaattorimikrobien (koliformiset bakteerit, Escherichia coli ja Clostridium perfringens sekä F-RNA bakteriofaagit) kanssa,- miten kaupalliset, kenttäkäyttöön soveltuvat, vedenpuhdistuslaitteet pystyvät poistamaan veden mikrobeja vedestä ja siten vähentämään riskiä vesivälitteisen tartunnan leviämiselle,- miten Clostridium botulinum –bakteerin tuottama botulinumtoksiini voidaan osoittaa vesinäytteestä ja miten se voidaan poistaa talousvedestä,- ovatko talousveden mikrobiologisen laadun arviointiin kenttäolosuhteissa soveltuvien testien tulokset yhteneviä virallisten vertailumenetelmien kanssaja- miten runsaasti Pohjoismaiden väestössä esiintyy Giardia- ja Cryptosporidium–alkueläimiä ja kuinka merkittävä osa oireellisista henkilöistä jää rekisteröimättä kansallisiin tartuntatautirekistereihin.Mikrobiologiset riskit suomalaisissa pintavesissäTutkimuksessa kartoitettiin 30 eri pintavesikohteen patogeenisten ja indikaattorimikrobien pitoisuuksia eri vuodenaikoina erityyppisissäpintavesissä 2000-2001. Kartoituksessa tutkittiin Suomessa yleisimmät vesivälitteisiä epidemioita aiheuttavat mikrobit, Campylobacter spp. ja norovirukset, sekä vesiympäristössä hyvin säilyvät ja kloorikäsittelyä kestävät alkueläimet Giardia spp. ja Cryptosporidium spp. Kartoituksessa pintavesinäytteet tutkittiin patogeenisten mikrobien lisäksi myös perinteisten indikaattorimikrobien (koliformiset, lämpökestoiset koliformiset ja Escherichia coli -bakteerit) sekä vähemmän käytettyjen indikaattorimikrobien (Clostridium perfringens ja F-RNA bakteriofaagit) avulla.Merkittävä osa pintavesinäytteistä, kaikkiaan 41.0% (57/139) oli positiivisia ainakin yhden tutkitun patogeenin suhteen: 17.3% näytteistä eristettiin Campylobacter spp. (näistä 45.8% C. jejuni, 25.0% C. lari, 4.2% C. coli, ja 25.0% muita kampylobakteereita), 13.7% Giardia spp., 10.1% Cryptosporidium spp., ja 9.4% noroviruksia (23.0% genoryhmää I ja 77.0% genoryhmää II). Vaikka indikaattorimikrobeihin perustuvissa pitkäaikaisseurannoissa on rannikkojokien mikrobiologinen laatu havaittu keskimäärin järvivesiä huonommaksi, tässä tutkimuksessa ei havaittu patogeenisten mikrobien esiintymisessä tilastollista ero jokien ja järvien välillä.Kartoitustutkimuksessa havaittiin indikaattorimikrobien olevan käyttökelpoisia osoittamaan patogeenisten mikrobien ja siten mahdollisen ulostesaastutuksen esiintymistä pintavesinäytteissä. Mikäli vesinäytteestä oli osoitettavissa lämpökestoisia koliformisia, E. coli - tai C. perfringens –bakteereja, havaittiin myös tilastollinen yhteys sille, että näyte sisälsi lisäksi jonkin tutkituista patogeeneistä. Mikään tutkituista indikaattoreista ei kuitenkaan pysty ennustamaan jonkin tietyn patogeenisen mikrobin esiintymistä. Mikäli halutaan tietoa jonkin tietyn patogeenin esiintymisestä vesinäytteessä, on tämä mikrobi tutkittava näytteestä erikseen. Tämän kartoitustutkimuksen ja muiden selvitysten perusteella koliformiset bakteerit, ja varsinkin E. coli, ovat kuitenkin käyttökelpoisia raakaveden hygieenisen laadun yleisluontoisessa tarkkailussa.Vedenkäsittelylaitteet Kaupallisilla markkinoilla on lukuisia eri laitteita useilta eri valmistajilta, joita markkinoidaan vedenpuhdistukseen erityisesti kenttäolosuhteisiin, armeijoille ja retkeilijöille. Laitteiden toiminta perustuu yleensä raakaveden suodatukseen joko keraamisen tai kalvosuodattimen läpi. Joihinkin laitteisiin on lisäksi liitetty aktiivihiilisuodatus ja/tai kemikaliointi esim. jodilla. Laitteiden toimintavarmuuden testaamiseksi suoritettiin koe, jossa laitteita käytettiin keinotekoisesti saastutetun raakaveden puhdistamiseen. Kokeen tulosten perusteella voidaan todeta, että suodattimien (huokoiskoko noin 0.2–0.4 µm) teho riittää yleensä hyvin poistamaan bakteerien kokoiset partikkelit, mutta laitteiden teho on riittämätön virusten tai mikrobitoksiinien poistamiseen. Ainoastaan käänteisosmoosiin perustava laite pystyi poistamaan lisätyt mikrobit ja mikrobitoksiinit määritysrajat alittaviin pitoisuuksiin. Hiekkasuodatukseen perustuva koe-laitteisto pystyi poistamaan raakavedestä botulinumtoksiinin vain osittain. Mikrobiologiset testitTalousveden hygieenisen laadun arviointi perustuu E. coli –bakteerin tutkimiseen 100 ml vesinäytteestä. EU-direktiivin mukaisesti tutkimukseen käytetään tutkittavan veden kalvosuodatusta ja näytteen kasvattamista Tergitol (LTTC)-alustalla. Tässä tutkimuksessa vertailtiin E. coli –bakteerin osoittamiseen olevia kaupallisia kenttäkäyttöön soveltuvia testejä referensssimenetelmän (LTTC-alusta) kanssa. Vertailun perusteella entsymaattisiin reaktioihin perustuvat Colilert ja Readycult- testit pystyivät osoittamaan tutkituista näytteistä tilastollisesti suurempia E. coli –pitoisuuksia kuin referenssimenetelmä. Vertailussa oli mukana myös testejä, jotka perustuvat 1 ml vesinäytteen tutkimiseen. Näiden testien antamat tulokset olivat kuitenkin epäluotettavia. Botulinumtoksiin osoittamiseen vesinäytteistä on olemassa kaupallisia (EIA)pikatestejä, joiden antamia tuloksia verrattiin viralliseen vertailutestiin (hiirikoe). Vertailun perusteella voitiin todeta, etteivät tutkitut pikatestit pysty luotettavasti osoittamaan korkeitakaan, jopa ihmiselle tappavia, pitoisuuksia talousvesinäytteestä. Giardia- ja Cryptosporidium -alkueläinten esiintyminen Pohjoismaiden väestössäAlkueläinten esiintymistä Pohjoismaiden väestössä arvioitiin yhdistämällä aikaisemmin tehtyjen kartoitustutkimusten tulokset ja koostamalla niistämeta-analyyttisesti kokonaisarvio alkueläinten esiintymistä ja vuosittaisten uusien tapausten määristä väestössä. Tehdyn meta-analyysin perusteella voidaan arvioida, että Pohjoismaissa valtaosa Giardia ja Cryptosporidium tartunnoista ei tule esiin tartuntatautirekistereissä. Arvion mukaan Suomessa jokaista rekisteröityä Giardia tapausta kohti väestössä on 254 - 867 oireellista ja jokaista rekisteröityä Cryptosporidium tapausta kohti 4 072 - 15 181 oireellista henkilöä vuosittain.

- - - - - -Assessment of the microbial safety of drinking water produced from surface water under field conditionsTreated or untreated surface water is one of the main sources of drinking water under field and emergency conditions. The aims of the present thesis were to determine the prevalence of enteropathogens in surface water in Finland, evaluate the purification capacities of water treatment devices and the methods used for detection of enteropathogens and indicators to obtain data for the assessment and management of microbial risks in drinking water production from surface water. The present study will aid in developing practical plans to improve water safety, especially under field conditions. In all, 41.0% (57/139) of the surface water samples collected during 2000-2001 were positive for at least one of the analysed pathogens: 17.3% positive for campylobacters, 13.7% for Giardia spp., 10.1% for Cryptosporidium spp. and 9.4% for noroviruses (23.0% genogroup I and 77.0% genogroup II). During the winter season, the samples were significantly (p < 0.05) less frequently positive for enteropathogens than during other sampling seasons. No significant differences were found in the prevalences of enteropathogens between rivers and lakes. The presence of thermotolerant coliforms, Escherichia coli and Clostridium perfringens showed significant bivariate, nonparametric, Spearman’s rank order correlation coefficients (p < 0.001), with a sample being positive for one or more of the analysed enteropathogens. No significant correlations were observed between counts or count levels of thermotolerant coliforms, E. coli or presence of F-RNA phages and enteropathogens in the analysed samples. In general, the water treatment devices tested were able to remove bacterial contaminants by 3.6–6.9 log10 units from contaminated raw water, while devices based only on filtration through pores of 0.2–0.4 µm or larger failed in viral and chemical purification. Only one device, based on reverse osmosis, was capable of removing F-RNA phages and botulinum neurotoxin (BoNT) at concentrations under the detection limit and microcystins by 2.5 log10 units. Simultaneous testing for various enteropathogenic and indicator microbes was a useful and practical way to obtain data on the purification capacity of commercial small-scale drinking water filters. The m-Endo LES (SFS 3016:2001) was the only method showing no statistical differences in E. coli counts compared with the reference method LTTC (ISO 9308-1:2000), whereas the Colilert 18 and Readycult methods showed significantly higher counts for E. coli than the LTTC method. Based on this evaluation study, the Colilert 18, Readycult and Water Check methods are all suitable for coliform and E. coli detection both under field conditions and in routine use in the water industry. The two rapid enzyme immunoassay tests intended for the detection of BoNT failed to detect BoNT from aqueous samples containing an estimated concentration of BoNT of 396 000 ng/l. We estimated the prevalence of Giardia infections in the asymptomatic (i.e. no gastroenteric symptoms) general population in the Nordic countries to be 2.97% (95% CI: 2.64; 3.31) and in the symptomatic population 5.81% (95% CI: 5.34; 6.30). For Cryptosporidium the prevalences were 0.99% (95% CI: 0.81; 1.19) and 2.91% (95% CI: 2.71; 3.12), respectively. The vast majority of cases will remain unregistered in the national registers of infectious diseases, since for single registered case there will be 254-867 cases of Giardia remaining undetected/unregistered and 4072-15 181 cases of Cryptosporidium, respectively. - - - Tietoa väittelijästä: - Syntynyt 11.6.1967 Kaavilla - Ylioppilas 1986 Juankosken lukio - Eläinlääketieteen lisensiaatti 1995 Eläinlääketieteellinen korkeakoulu, Helsinki - Master of Public Health 2005 Nordic School of Public Health, Göteborg, Ruotsi - Puolustusvoimien palveluksessa vuodesta 1997, nykyisin opetus- ja tutkijaeläinlääkärin virassa Lääkintäkoulussa Lahdessa - Sotilasarvo eläinlääkintäluutnantti