По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 614.7 DOI:10.33920/med-08-2505-04

Сравнительная характеристика основных методов концентрирования возбудителей вирусных инфекций из воды

Имангалиев Болат Сагатбекович младший научный сотрудник, лаборатория энтеральных вирусных инфекций, ФБУН ФНИИВИ «Виром» Роспотребнадзора, 620030, г. Екатеринбург, ул. Летняя, 23, e-mail: imangaliev_bs@niivirom.ru, https://orcid.org/0000-0002-1639-2534
Быков Роман Олегович младший научный сотрудник, лаборатория энтеральных вирусных инфекций, ФБУН ФНИИВИ «Виром» Роспотребнадзора, 620030, г. Екатеринбург, ул. Летняя, 23, e-mail: bykov_ ro@niivirom.ru, https://orcid.org/0009-0000-2820-9867
Итани Тарек Могамедович канд. биол. наук, заведующий лабораторией энтеральных вирусных инфекций, ФБУН ФНИИВИ «Виром» Роспотребнадзора, 620030, г. Екатеринбург, ул. Летняя, 23, e-mail: t.itani@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-2113-6543
Семенов Александр Владимирович д-р биол. наук, директор ФБУН ФНИИВИ «Виром» Роспотребнадзора, 620030, г. Екатеринбург, ул. Летняя, 23, e-mail: semenov_av@niivirom.ru, https://orcid.org/0000-0003-3223-8219

Вирусные инфекции вызывают многообразие нозологических форм, поэтому необходим рутинный мониторинг за циркуляцией возбудителей. Водная экосистема играет ключевую роль кумуляции и последовательной передаче вирусов в организм человека. Каждый год около двух миллионов человек заражаются энтеральными вирусами из водных источников. Жизнедеятельность человека часто приводит к фекальному загрязнению водной среды энтеральными патогенами. Наиболее изученные вирусные семейства, вызывающие острые кишечные инфекции, включают: Picornaviridae, Adenoviridae, Caliciviridae и Reoviridae. Для решения проблем, связанных с вирусными инфекциями, необходимо оптимизировать и улучшить методы биологического контроля в водных экосистемах, включая использование методов концентрирования и фильтрации вирусов из воды. Целью исследования является анализ научной литературы методов фильтрации и концентрирования вирусных возбудителей в сточных водах для выявления приоритетных особенностей и недостатков, использующихся стандартов фильтрования и концентрирования. Обзор описывает современные подход методов концентрирования вирусных агентов в водной экосистеме. Классические методы эффективны, но не универсальны, а инновационные недостаточно отработаны и могут быть экономически нецелесообразными. Выявлены основные критерии, которым должны соответствовать методы концентрирования. Наиболее часто применяемые методы включают адсорбцию, ультрафильтрацию, ультрацентрифугирование и осаждение в полиэтиленгликоле. Совместное использование этих методов может компенсировать недостатки каждого из них и позволит повысить эффективность концентрирования возбудителей вирусных инфекций из образцов воды.

Литература:

1. Fong T.T., Lipp EK. Enteric Viruses of Humans and Animals in Aquatic Environments: Health Risks, Detection, and Potential Water Quality Assessment Tools. Microbiology and Molecular Biology Reviews [Internet]. 2005;69 (2):357–71. doi: 10.1128/MMBR.69.2.357–371.2005

2. Lukashev AN, Vakulenko YA, Turbabina NA, Deviatkin AA, Drexler JF. Molecular epidemiology and phylogenetics of human enteroviruses: Is there a forest behind the trees? Reviews in Medical Virology. 2018;28 (6). doi: 10.1002/ rmv.2002

3. Kajon A., Lynch J. Adenovirus: epidemiology, global spread of novel serotypes, and advances in treatment and prevention. Seminars in respiratory and critical care medicine. 2016; 37 (04): 586–602. doi: 10.1055/s-0036– 1584923

4. Yezli S, Otter JA. Minimum Infective Dose of the Major Human Respiratory and Enteric Viruses Transmitted Through Food and the Environment. Food and Environmental Virology. 2011;3 (1). doi: 10.1007/s12560-011-9056-7

5. Соломай Т.В., Игнатова О.А., Каира А.Н. Роль водного фактора в передаче инфекций вирусной этиологии на территории Московской области. Санитарный врач. 2010;9:14–17.

6. 6. Соломай Т. В., Каира А. Н. Эпидемиологические особенности водных вспышек инфекций с фекально-оральным механизмом передачи. Санитарный врач. 2014; 11: 31–37.

7. Adhikari P. Norovirus; The Principal Threat of Food Borne Illness World Wide: A Review. Journal of Bacteriology & Mycology: Open Access. 2017 Aug 3;5 (2). doi:10.15406/jbmoa.2017.05.00130

8. Bernstein DI. Rotavirus Overview. The Pediatric Infectious Disease Journal. 2009;28 (Supplement):S50–3. doi: 10.1097/INF.0b013e3181967bee

9. Meloni A, Locci D, Frau G, Masia G, Nurchi AM, Coppola RC. Epidemiology and prevention of rotavirus infection: an underestimated issue? The Journal of Maternal-Fetal & Neonatal Medicine. 2011;24 (sup2):48–51. doi: 10.3109/14767058.2011.601920

10. Bashir I, Lone FA, Bhat RA, Mir SA, Dar ZA, Dar SA. Concerns and threats of contamination on aquatic ecosystems. Bioremediation and Biotechnology. 2020;1 (1):1–26. doi:10.1007/978-3-030-35691-0_1

11. Ruhanya V. Adsorption-Elution Techniques and Molecular Detection of Enteric Viruses from Water. Journal of Human Virology & Retrovirology. 2016; 3 (6). doi:10.15406/jhvrv.2016.03.00112

12. Cordier T, Lanzén A, Apothéloz-Perret-Gentil L, Stoeck T, Pawlowski J. Embracing Environmental Genomics and Machine Learning for Routine Biomonitoring. Trends in Microbiology. 2019; 27 (5):387–97. doi: 10.1016/j.tim.2018.10.012

13. Dechesne M, Soyeux E. Assessment of source water pathogen contamination. Journal of Water and Health. 2007;5 (S1):39–50. doi: 10.2166/wh.2007.133

14. Bosch A, Sánchez G, Abbaszadegan M, Carducci A, Guix S, Le Guyader FS, et al. Analytical Methods for Virus Detection in Water and Food. Food Analytical Methods. 2010 Sep 29;4 (1):4–12. doi:10.1007/ s12161-010-9161-5

15. Tschöpe C, Ammirati E, Bozkurt B, Caforio ALP, Cooper LT, Felix SB, et al. Myocarditis and inflammatory cardiomyopathy: current evidence and future directions. Nature Reviews Cardiology. 2020;18 (3):1–

25. doi: 10.1038/s41569-020-00435-x

16. Haramoto E, Kitajima M, Hata A, Torrey JR, Masago Y, Sano D, et al. A review on recent progress in the detection methods and prevalence of human enteric viruses in water. Water Research. 2018;135 (15):168–86. doi: 10.1016/j.watres.2018.02.004

17. Prata C, Ribeiro A, Cunha Â, Newton., Almeida A. Ultracentrifugation as a direct method to concentrate viruses in environmental waters: virus-like particle enumeration as a new approach to determine the efficiency of recovery. Journal of Environmental Monitoring. 2011;14 (1):64–70. doi: 10.1039/c1em10603a

18. Mostafa-Hedeab G, Allayeh AK, Elhady HA, Eledrdery AY, Mraheil MA, Mostafa A. Viral Eco-Genomic Tools: Development and Implementation for Aquatic Biomonitoring. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2022;19 (13):7707. doi: 10.3390/ijerph19137707

19. Gerba CP, Pepper IL. Environmental Microbiology: A Laboratory Manual. Academic Press; 2005.

20. Gerba CP. Recovering Viruses from Sewage, Effluents, and Water. CRC Press eBooks. 2018;49 (5):1–

23. doi: 10.1128/aem.39.3.662–664.1980

21. Cashdollar JL, Wymer L. Methods for primary concentration of viruses from water samples: a review and meta-analysis of recent studies. Journal of Applied Microbiology. 2013;115 (1):1–11. doi: 10.1111/jam.12143

22. Nour I, Hanif A, Fahad Alanazi, Zakri AM, Ibrahim Al-Ashkar, Abdulkarim Alhetheel, et al. Evaluation of three different concentration and extraction methods for recovery efficiency of human adenovirus and human rotavirus virus A. Journal of Virological Methods. 2021;295 (1):114212–2. doi: 10.1016/j. jviromet.2021.114212

23. KIM HY, PARK HJ, KO G. Hollow-Fiber Ultrafiltration for the Concentration and Simultaneous Recovery of Multiple Pathogens in Contaminated Foods. Journal of Food Protection. 2009;72 (12):2547–52. doi: 10.4315/0362-028x-72.12.2547

24. Farkas K, McDonald J, Malham S, Jones D. Two-Step Concentration of Complex Water Samples for the Detection of Viruses. Methods and Protocols. 2018;1 (3):35. doi: 10.3390/mps1030035

25. Bicknell EA, Dziewulski DM, Sturman LS, Belfort G. Concentration of Seeded and Naturally Occurring Enteroviruses from Waters of Varying Quality by Hollow Fiber Ultrafiltration. Water Science and Technology. 1985;17 (10):47–62. doi:10.2166/wst.1985.0095

26. Forés E, Rusiñol M, Itarte M, Martínez-Puchol S, Calvo M, Bofill-Mas S. Evaluation of a virus concentration method based on ultrafiltration and wet foam elution for studying viruses from large-volume water samples. Science of The Total Environment. 2022;829 (7):154431. doi: 10.1016/j. scitotenv.2022.154431

27. Qiu Y, Lee BE, Ruecker NJ, Neumann N, Ashbolt N, Pang X. A one-step centrifugal ultrafiltration method to concentrate enteric viruses from wastewater. Journal of Virological Methods. 2016;237 (0):150–3. doi: 10.1016/j.jviromet.2016.09.010

28. Lawrence JE, Steward GF. Purification of viruses by centrifugation. Manual of Aquatic Viral Ecology. 2010;0 (0):166–81. doi:10.4319/mave.2010.978-0-9845591-0-7.166

29. Fumian TM, Leite JPG, Castello AA, Gaggero A, Caillou MSL de, Miagostovich MP. Detection of rotavirus A in sewage samples using multiplex qPCR and an evaluation of the ultracentrifugation and adsorption-elution methods for virus concentration. Journal of Virological Methods. 2010;170 (1-2):42–6. doi: 10.1016/j.jviromet.2010.08.017

30. Petrova ID, Zaitsev BN, Taranov OS. Concentration of viruses and electron microscopy. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2020;22 (5):276–83. doi: 10.18699/VJ20.620

31. Vajda BP. Concentration and purification of viruses and bacteriophages with polyethylene glycol. Folia Microbiologica. 1978;23 (1):88–96. doi: 10.1007/BF02876605

32. Ramia S, Sattar SA. Second-step concentration of viruses in drinking and surface waters using polyethylene glycol hydroextraction. Canadian Journal of Microbiology. 1979;25 (5):587–92. doi: 10.1139/m79–084

33. Torii S, Oishi W, Zhu Y, Thakali O, Malla B, Yu Z, et al. Comparison of five polyethylene glycol precipitation procedures for the RT-qPCR based recovery of murine hepatitis virus, bacteriophage phi6, and pepper mild mottle virus as a surrogate for SARS-CoV-2 from wastewater. Science of The Total Environment. 2022;807 (10):150722. doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.150722

34. Farkas K, Kevill JL, Williams RC, Igor Pântea, Ridding N, Lambert-Slosarska K, et al. Comparative assessment of Nanotrap and polyethylene glycol-based virus concentration in wastewater samples. FEMS Microbes. 2024;5 (0). doi: 10.1093/femsmc/xtae007

1. Fong T. T., Lipp EK. Enteric Viruses of Humans and Animals in Aquatic Environments: Health Risks, Detection, and Potential Water Quality Assessment Tools. Microbiology and Molecular Biology Reviews [Internet]. 2005;69 (2):357–71. doi: 10.1128/MMBR.69.2.357–371.2005

2. Lukashev AN, Vakulenko YA, Turbabina NA, Deviatkin AA, Drexler JF. Molecular epidemiology and phylogenetics of human enteroviruses: Is there a forest behind the trees? Reviews in Medical Virology. 2018;28 (6). doi: 10.1002/rmv.2002

3. Kajon A., Lynch J. Adenovirus: epidemiology, global spread of novel serotypes, and advances in treatment and prevention. Seminars in respiratory and critical care medicine. 2016; 37 (04): 586–

602. doi: 10.1055/s-0036–1584923

4. Yezli S, Otter JA. Minimum Infective Dose of the Major Human Respiratory and Enteric Viruses Transmitted Through Food and the Environment. Food and Environmental Virology. 2011;3 (1). doi: 10.1007/s12560-011-9056-7

5. Solomay T.V., Ignatova O. A., Kaira A. N. The role of the water factor in the transmission of viral etiology infections in the Moscow region. Sanitarnyj vrach (Sanitary doctor). 2010;9:14–17. (in Russian)

6. Solomay T. V., Kaira A. N. Epidemiological features of aquatic outbreaks of infections with a fecal-oral transmission mechanism. Sanitarnyj vrach (Sanitary doctor). 2014; 11: 31–37. (in Russian)

7. Adhikari P. Norovirus; The Principal Threat of Food Borne Illness World Wide: A Review. Journal of Bacteriology & Mycology: Open Access. 2017 Aug 3;5 (2). doi:10.15406/jbmoa.2017.05.00130

8. Bernstein DI. Rotavirus Overview. The Pediatric Infectious Disease Journal. 2009;28 (Supplement):S50–3. doi: 10.1097/INF.0b013e3181967bee

9. Meloni A, Locci D, Frau G, Masia G, Nurchi AM, Coppola RC. Epidemiology and prevention of rotavirus infection: an underestimated issue? The Journal of Maternal-Fetal & Neonatal Medicine. 2011;24 (sup2):48–51. doi: 10.3109/14767058.2011.601920

10. Bashir I, Lone FA, Bhat RA, Mir SA, Dar ZA, Dar SA. Concerns and threats of contamination on aquatic ecosystems. Bioremediation and Biotechnology. 2020;1 (1):1–26. doi:10.1007/978-3-030-35691-0_1

11. Ruhanya V. Adsorption-Elution Techniques and Molecular Detection of Enteric Viruses from Water. Journal of Human Virology & Retrovirology. 2016; 3 (6). doi:10.15406/jhvrv.2016.03.00112

12. Cordier T, Lanzén A, Apothéloz-Perret-Gentil L, Stoeck T, Pawlowski J. Embracing Environmental Genomics and Machine Learning for Routine Biomonitoring. Trends in Microbiology. 2019; 27 (5):387–97. doi: 10.1016/j.tim.2018.10.012

13. Dechesne M, Soyeux E. Assessment of source water pathogen contamination. Journal of Water and Health. 2007;5 (S1):39–50. doi: 10.2166/wh.2007.133

14. Bosch A, Sánchez G, Abbaszadegan M, Carducci A, Guix S, Le Guyader FS, et al. Analytical Methods for Virus Detection in Water and Food. Food Analytical Methods. 2010 Sep 29;4 (1):4–12. doi:10.1007/ s12161-010-9161-5

15. Tschöpe C, Ammirati E, Bozkurt B, Caforio ALP, Cooper LT, Felix SB, et al. Myocarditis and inflammatory cardiomyopathy: current evidence and future directions. Nature Reviews Cardiology. 2020;18 (3):1–

25. doi: 10.1038/s41569-020-00435-x

16. Haramoto E, Kitajima M, Hata A, Torrey JR, Masago Y, Sano D, et al. A review on recent progress in the detection methods and prevalence of human enteric viruses in water. Water Research. 2018;135 (15):168–86. doi: 10.1016/j.watres.2018.02.004

17. Prata C, Ribeiro A, Cunha Â, Newton., Almeida A. Ultracentrifugation as a direct method to concentrate viruses in environmental waters: virus-like particle enumeration as a new approach to determine the efficiency of recovery. Journal of Environmental Monitoring. 2011;14 (1):64–70. doi: 10.1039/c1em10603a

18. Mostafa-Hedeab G, Allayeh AK, Elhady HA, Eledrdery AY, Mraheil MA, Mostafa A. Viral Eco-Genomic Tools: Development and Implementation for Aquatic Biomonitoring. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2022;19 (13):7707. doi: 10.3390/ijerph19137707

19. Gerba CP, Pepper IL. Environmental Microbiology: A Laboratory Manual. Academic Press; 2005.

20. Gerba CP. Recovering Viruses from Sewage, Effluents, and Water. CRC Press eBooks. 2018;49 (5):1–

23. doi: 10.1128/aem.39.3.662–664.1980

21. Cashdollar JL, Wymer L. Methods for primary concentration of viruses from water samples: a review and meta-analysis of recent studies. Journal of Applied Microbiology. 2013;115 (1):1–11. doi: 10.1111/jam.12143

22. Nour I, Hanif A, Fahad Alanazi, Zakri AM, Ibrahim Al-Ashkar, Abdulkarim Alhetheel, et al. Evaluation of three different concentration and extraction methods for recovery efficiency of human adenovirus and human rotavirus virus A. Journal of Virological Methods. 2021;295 (1):114212–2. doi: 10.1016/j. jviromet.2021.114212

23. KIM HY, PARK HJ, KO G. Hollow-Fiber Ultrafiltration for the Concentration and Simultaneous Recovery of Multiple Pathogens in Contaminated Foods. Journal of Food Protection. 2009;72 (12):2547–52. doi: 10.4315/0362-028x-72.12.2547

24. Farkas K, McDonald J, Malham S, Jones D. Two-Step Concentration of Complex Water Samples for the Detection of Viruses. Methods and Protocols. 2018;1 (3):35. doi: 10.3390/mps1030035

25. Bicknell EA, Dziewulski DM, Sturman LS, Belfort G. Concentration of Seeded and Naturally Occurring Enteroviruses from Waters of Varying Quality by Hollow Fiber Ultrafiltration. Water Science and Technology. 1985;17 (10):47–62. doi:10.2166/wst.1985.0095

26. Forés E, Rusiñol M, Itarte M, Martínez-Puchol S, Calvo M, Bofill-Mas S. Evaluation of a virus concentration method based on ultrafiltration and wet foam elution for studying viruses from large-volume water samples. Science of The Total Environment. 2022;829 (7):154431. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.154431

27. Qiu Y, Lee BE, Ruecker NJ, Neumann N, Ashbolt N, Pang X. A one-step centrifugal ultrafiltration method to concentrate enteric viruses from wastewater. Journal of Virological Methods. 2016;237 (0):150–3. doi: 10.1016/j.jviromet.2016.09.010

28. Lawrence JE, Steward GF. Purification of viruses by centrifugation. Manual of Aquatic Viral Ecology. 2010;0 (0):166–81. doi:10.4319/mave.2010.978-0-9845591-0-7.166

29. Fumian TM, Leite JPG, Castello AA, Gaggero A, Caillou MSL de, Miagostovich MP. Detection of rotavirus A in sewage samples using multiplex qPCR and an evaluation of the ultracentrifugation and adsorption-elution methods for virus concentration. Journal of Virological Methods. 2010;170 (1-2):42–6. doi: 10.1016/j.jviromet.2010.08.017

30. Petrova ID, Zaitsev BN, Taranov OS. Concentration of viruses and electron microscopy. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2020;22 (5):276–83. doi: 10.18699/VJ20.620

31. Vajda BP. Concentration and purification of viruses and bacteriophages with polyethylene glycol. Folia Microbiologica. 1978;23 (1):88–96. doi: 10.1007/BF02876605

32. Ramia S, Sattar SA. Second-step concentration of viruses in drinking and surface waters using polyethylene glycol hydroextraction. Canadian Journal of Microbiology. 1979;25 (5):587–92. doi: 10.1139/m79–084

33. Torii S, Oishi W, Zhu Y, Thakali O, Malla B, Yu Z, et al. Comparison of five polyethylene glycol precipitation procedures for the RT-qPCR based recovery of murine hepatitis virus, bacteriophage phi6, and pepper mild mottle virus as a surrogate for SARS-CoV-2 from wastewater. Science of The Total Environment. 2022;807 (10):150722. doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.150722

34. Farkas K, Kevill JL, Williams RC, Igor Pântea, Ridding N, Lambert-Slosarska K, et al. Comparative assessment of Nanotrap and polyethylene glycol-based virus concentration in wastewater samples. FEMS Microbes. 2024;5 (0). doi: 10.1093/femsmc/xtae007

Вирусные инфекции способны вызывать широкое многообразие нозологических форм в человеческой популяции, что в свою очередь обязывает к проведению рутинного мониторинга за циркуляцией возбудителей на разных уровнях жизнедеятельности человека для предупреждения вспышек групповой заболеваемости. Достаточно часто различные виды экосистем являются ключевыми факторами передачи вирусных возбудителей. Водная экосистема аккумулирует широкий спектр энтеральных вирусов, занимающих большую долю патологий в структуре инфекционной заболеваемости, что представляет существенную проблему для мирового здравоохранения. Ежегодно около двух миллионов человек подвержены инфицированию энтеральными вирусами, циркулирующими в водных источниках, что является следствием повсеместного нарушения санитарно-эпидемиологических норм. Водоемы естественного происхождения требуют непрерывного наблюдения по причине высокого риска антропогенного загрязнения, а также инфицирования вирусными агентами.

Одной из причин загрязнение водной среды фекалиями, содержащими энтеральные патогенные вирусы, может является жизнедеятельность человека. К водным источникам, которые чаще всего подвергаются вирусному инфицированию относят грунтовые воды, морские воды, реки, различные общественные питьевые источники. К наиболее изученным вирусным семействам, являющихся причиной фекального загрязнения водных источников, а также вызывающим острые кишечные инфекции, можно отнести: Picornaviridae (неполиомиелитные энтеровирусы), Adenoviridae (аденовирусы), Caliciviridae (норовирусы), Reoviridae (ротавирусы) [1].

Неполиомиелитные энтеровирусы являются убиквитарными возбудителями. Распределение циркулирующих энтеровирусов в разных странах имеет неравномерный характер, для большинства энтеровирусных штаммов эндемичными территориями распространения являются Китай, Япония, Индия, США, в то время как уровень разнообразия и распространения энтеровирусов в других странах не так высок [2].

Для широкого спектра энтеровирусов приоритетным способом передачи является фекально-оральный механизм, который реализуется при помощи алиментарного, водного, контактно-бытового путей передачи [1].

Для Цитирования:
Имангалиев Болат Сагатбекович, Быков Роман Олегович, Итани Тарек Могамедович, Семенов Александр Владимирович, Сравнительная характеристика основных методов концентрирования возбудителей вирусных инфекций из воды. Санитарный врач. 2025;5.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: