Микробиологический риск вирусных инфекций, связанных с водным путём передачи

Введение

В условиях глобального изменения климата и роста населения критически важным условием сохранения жизни и здоровья человека является обеспечение качественной и безопасной водой. Повышение температуры воды, увеличение частоты наводнений и засух вследствие глобального потепления влияет на загрязнение воды патогенными микроорганизмами [1, 2]. Повсеместное микробиологическое загрязнение питьевой воды и воды поверхностных водных объектов вирусами может происходить вследствие поступления в грунтовые и поверхностные воды неочищенных сточных вода [3, 4]. По данным Организации Объединённых Наций, примерно два миллиарда человек во всём мире не имеют доступа к безопасной питьевой воде [1]. Употребление загрязнённой небезопасной воды, её применение для бытовых нужд, орошения, рекреационных целей приводит к развитию некоторых вирусных инфекций [3–5].

В Российской Федерации мероприятия в рамках федерального проекта «Чистая вода» по увеличению доступности, улучшению качества и безопасности воды за счёт строительства новых и реконструкции действующих станций водоподготовки и очистных сооружений¹ к 2024 г. позволили стабилизировать дополнительные случаи заболеваемости инфекциями, ассоциированными с микробным загрязнением воды². В то же время, по данным государственного доклада «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения Российской Федерации в 2024 году», в шести субъектах РФ было регистрировано семь вспышек кишечных инфекций (преимущественно вирусной этиологии), связанных с водным путём передачи, с общим числом пострадавших 1326 человек³. О высокой спорадической заболеваемости отдельными острыми кишечными инфекциями вирусной этиологии, связанными с водным путём передачи, также свидетельствуют научные исследования [5]. Поэтому необходимы мероприятия по обеспечению эпидемической безопасности питьевой воды и воды поверхностных водных объектов [4].

В 2025 г., согласно федеральному проекту «Вода России», начата комплексная программа оздоровления всей водной экосистемы России, в том числе планируется поэтапное снижение в два раза объёма неочищенных стоков, сбрасываемых в основные водные объекты [6]. Роспотребнадзор в соответствии с действующими нормативными документами осуществляет контроль очистки сточных вод⁴. В России в плановом порядке для оценки безопасности питьевой воды по содержанию вирусов предусмотрено определение показателя «колифаги»², который не всегда является наиболее подходящим индикатором загрязнения воды некоторыми патогенными вирусами [7]. Всемирной организацией здравоохранения (2022) обозначена роль воды в передаче Enterovirus, Rotavirus, Norovirus и других вирусов⁵, что подтверждают исследования [8, 9], в связи с чем прямое определение этих возбудителей в различных типах вод, оценка уровня контаминации вирусами и сравнение с контаминацией колифагами, изучение влияния водного фактора на формирование заболеваемости отдельными кишечными инфекциями приобретают особенную актуальность.

Цель работы – изучение контаминации различных типов вод патогенными вирусами как фактора микробиологического риска заболеваемости кишечными инфекциями.

Материалы и методы

В течение 2014–2023 гг. ежегодно в рамках контрольно-надзорных, профилактических мероприятий учреждениями Роспотребнадзора во всех субъектах Российской Федерации были отобраны пробы воды (n = 4 458 116) централизованного (ЦВ), нецентрализованного водоснабжения (НЦВ), поверхностных водных объектов (ПВО), сточной воды (СВ) в соответствии с действующими на момент отбора методическими документами⁶^,⁷^,⁸^,⁹^,¹⁰. Методом амплификации нуклеиновых кислот (МАНК) (Rotavirus, Adenovirus F, Norovirus, Astrovirus, Enterovirus), серологическими (вирус гепатита А (HAV, ВГА) и культуральными методами (Enterovirus, колифаги) определена контаминация воды вирусами кишечных инфекций и колифагами. Выполнено предварительное концентрирование вирусов методом флизелиновых пакетов с макропористым стеклом. Пробы воды исследовали в центрах гигиены и эпидемиологии в субъектах Российской Федерации, в лабораториях, аккредитованных в Национальной системе аккредитации. Пробы воды, не соответствующие санитарно-гигиеническим нормативам по наличию колифагов и вирусов, обозначены как «нестандартные пробы» (н/с)⁴. После обнаружения нестандартных проб проводились санитарно-противоэпидемические мероприятия.

Для оценки возможной зависимости заболеваемости от факторов контаминации воды [1] использован линейный регрессионный анализ. В модели вводили отдельные переменные (контаминация воды ЦВ, НЦВ, ПВО, СВ, заболеваемость вирусными инфекциями). Статистический анализ проводили с использованием программы StatTech v. 4.8.11 (разработчик – ООО «Статтех», Россия).

Результаты

Контаминация вирусами различных типов вод в РФ за период 2014–2023 гг. представлена в таблице. Обнаружено превышение выявляемости вирусов по сравнению с колифагами в обеззараженной воде в 2,75 раза (p < 0,05), что может свидетельствовать о большей эффективности обеззараживания воды против бактериофагов и устойчивости вирусов в воде. Поскольку МАНК детектирует генетический материал (нуклеиновые кислоты, далее – НК) инфекционных и инактивированных вирусных частиц, необходимо внедрение дополнительных тестов, позволяющих выявить эпидемиологические риски.

Высокая частота обнаружения контаминации вирусами воды НЦВ по сравнению с водой ЦВ и ПВО может свидетельствовать об опасности отдельных подземных водоисточников, в том числе из-за уязвимости водоносных горизонтов к поверхностному загрязнению (фильтрация стоков, нарушения в обустройстве скважин). Поэтому необходимы усиленный контроль качества и безопасности воды нецентрализованных источников водоснабжения и проведение дополнительных профилактических мероприятий. Малые размеры и высокая устойчивость вирусов способствуют миграции вирусов через почву и грунт, что обусловливает необходимость мониторинга почвы и грунтов для определения наличия вирусов.

Выявлена статистически значимая меньшая контаминация воды ПВО большинством видов изученных вирусов (Rotavirus, Norovirus, Astrovirus, HAV, Enterovirus, колифагами) по сравнению с их обнаружением в СВ (p < 0,05), что может свидетельствовать не только о наличии вторичного загрязнения водоёмов, но и о недостаточной эффективности этапов очистки от вирусов на канализационных очистных сооружениях (КОС).

Проверка статистической значимости по данным критерия Краскела – Уоллиса показала отсутствие различий по трём типам показателей контаминации для Norovirus (ЦВ, НЦВ и ПВО), что, по всей видимости, является следствием устойчивости вируса к воздействию дезинфицирующих средств и подтверждает высокий риск заражения в связи с воздействием водного фактора (вспышки норовирусной инфекции (НВИ) в отдельных субъектах РФ) [1].

Наиболее высокие уровни контаминации в питьевой воде, СВ и ПВО установлены для Adenovirus F, на втором месте – Rotavirus. По результатам корреляционно-регрессионного анализа определено, что контаминация воды ЦВ (КВЦВ), ПВО (КВПВО) статистически значимо влияла на формирование заболеваемости ротавирусной инфекцией (РВИ). Представленные на рис. 1 модели показывают, что уровень контаминации воды ЦВ и ПВО объяснял вариабельность заболеваемости РВИ (ЗРВИ) на 56–59% (коэффициент детерминации R² = 0,56–0,59). Модель зависимости заболеваемости РВИ от контаминации СВ не выявила статистически значимых различий, однако коэффициент корреляции на уровне r = 0,61 в некоторой степени отражает напряжённую по Rotavirus ситуацию.

С учётом выявленной зависимости заболеваемости РВИ от водного фактора, вспышек ротавирусной инфекции, связанных с водным путём передачи (вспышка в Буйнакске, связанная с аварией на магистральном водоводе, идущем от резервуаров с чистой водой¹¹), высокой экономической значимости ущерба от РВИ [1], более высокой выявляемости Rotavirus в воде по сравнению с колифагами (в сточной – в 4 раза, в воде централизованного водоснабжения – в 7 раз) считаем необходимым включить в программу мониторинга водных объектов прямое определение ротавирусов при наличии в регионе повышенной заболеваемости населения РВИ.

Исследование показало, что ВГА обнаруживался значительно реже других вирусов. Вероятно, доля положительных образцов, выявленных серологическим методом, может отражать наличие в воде инфекционного вируса. Обнаружение НК не всегда напрямую свидетельствует о наличии в воде инфекционного возбудителя. В связи с этим возрастает роль применения нескольких методов лабораторной диагностики. Показатели контаминации воды НЦВ вирусом гепатита А и энтеровирусами свидетельствуют о высоком эпидемиологическом риске при использовании локальных водных источников и могут указывать на загрязнение подземных источников.

Модель, представленная на рис. 2, показала статистически значимое влияние контаминация воды НЦВ (КВНЦВ) на формирование заболеваемости вирусным гепатитом А (ЗГА). Результаты регрессионного анализа выявили отсутствие воздействия водных факторов на показатели заболеваемости энтеровирусной инфекцией (ЭВИ), что может свидетельствовать об эффективности программы, проводимой Российской Федерацией в отношении в ЭВИ. Обнаружена прямая корреляционная связь средней степени силы между показателями заболеваемости НВИ и контаминацией воды ПВО Norovirus (r = 0,66), однако отсутствие статистической значимости тренда (p = 0,17) не позволяет в полной мере подтвердить влияние показателей контаминации воды ПВО на уровень заболеваемости.

Поскольку вспышки НВИ, связанные с водным путём передачи, регистрируются в разных субъектах Российской Федерации (в 2024 г. в Тульской области вследствие технического повреждения водопроводной сети г. Плавска¹² зарегистрированы случаи НВИ и др.), актуально дальнейшее изучение влияния водного фактора на формирование НВИ.

Обнаружена корреляционная связь между контаминацией СВ Adenovirus F и показателями заболеваемости кишечной аденовирусной инфекцией (r = 0,8), однако отсутствие статистической значимости тренда (p = 0,08) не позволяет в полной мере отразить эпидемиологическую ситуацию. Аденовирусы обладают линейным двухцепочечным ДНК-содержащим геномом и могут способствовать репликации других вирусов, поэтому исследования влияния водного фактора на заболеваемость кишечными аденовирусными инфекциями по-прежнему актуальны.

Обсуждение

Изучению контаминации воды различных типов вирусами и колифагами посвящены многие исследования [4, 5, 7–17, 19, 20, 23–27]. Используются различные методы лабораторной диагностики (преимущественно ПЦР) с целью обнаружения ротавирусов, норовирусов, астровирусов, энтеровирусов, вируса гепатита А, кишечных аденовирусов в различных типах вод: сточной воде, питьевой воде, воде поверхностных водоёмов на территории Российской Федерации, Республики Беларусь, стран африканского континента (ЮАР, Египет, Тунис, Танзания, Нигерия, Кения и др.), Таиланда, Пакистана и других государств [4, 7–10, 13, 14, 19–22, 24–27].

Исследование воды поверхностных водоёмов региона европейской части России, проведённое исследователями [4, 19], показало высокий уровень контаминации вирусами. Удельный вес проб воды, положительных на колифаги, в некоторых случаях составил 94% [4], на наличие нуклеиновых кислот различных вирусов – от 10,4 до 70% в зависимости от вида вируса [4, 19]. В сопоставлении с результатами проведённого исследования учёными обозначена некоторая несостоятельность колифагов как показателя, характеризующего вирусную контаминацию⁵ [27].

Исследования СВ региона европейской части России позволили обнаружить колифаги в воде после очистки – в отдельных случаях до 100% образцов [4], а анализ на наличие нуклеиновых кислот различных вирусов выявил их в 16,7–91,7% проб [4]. После обеззараживания сточных вод ультрафиолетовым излучением доля положительных на колифаги и вирусы проб была несколько ниже – 7 и 11% соответственно [4]. Кишечные вирусы попадают в окружающую среду в основном из-за сброса или утечки неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод [14]. Степень контаминации сточной воды может зависеть от методов очистки, применяемых на территории. Так, авторы отмечают, что в Африке в связи с недостаточно развитой инфраструктурой канализационных очистных сооружений в сточной воде наблюдается высокое содержание вирусов, что требует совершенствования методов очистки для исключения попадания кишечных вирусов в водные объекты [14]. Необходимость введения дополнительных технологий очистки сточных вод связана, вероятно, с некоторым технологическим пределом обеззараживания сточной воды при использовании существующих методов.

В мире повсеместно предусмотрена очистка СВ перед сбросом в поверхностные водоёмы, однако авторы отмечают неполное снижение вирусной нагрузки и удаление вирусов традиционными методами очистки, поскольку многие патогенные кишечные вирусы могут быть устойчивы к физическим и химическим методам обеззараживания (хлорирование, УФ-излучение) [14, 23, 26]. Неочищенные СВ также могут попасть в окружающую среду через повреждённую канализационную инфраструктуру и переливы в дождливую погоду [14, 26].

Изучение контаминации СВ различными видами вирусов – один из инструментов эпидемиологического надзора за некоторыми инфекционными болезнями [4, 8–10]. В Республике Беларусь исследователи показали, что ведущим вирусом, контаминирующим СВ, был Adenovirus группы F (25,9–52%) [9–12]. Указанное не согласуется с результатами, полученными в настоящем исследовании, что, вероятно, связано с различиями показателей заболеваемости кишечной аденовирусной инфекцией, особенностями технологической очистки сточных вод, климатогеографическими особенностями территории, спецификой устойчивости вирусов к воздействию факторов водной среды и дезинфицирующих средств, а также другими причинами, требующими изучения [10, 19]. Учёные показали, что на нескольких очистных сооружениях в Африке в очищенной хлорированием питьевой воде жизнеспособные кишечные вирусы обнаруживались в 8,9–23% образцов [14]. Высокая устойчивость кишечных вирусов в водной среде связана со способностью вирусов связываться и адсорбироваться на твёрдых частицах, распространяться по водным системам, осаждаться, накапливаться и сохраняться в отложениях в течение длительного времени [14].

Показатели контаминации воды различных типов Rotavirus и Norovirus [8–12, 19, 24] в основном сопоставимы с полученными нами результатами: в питьевой воде Rotavirus обнаружен в 1,3–4% проб, в сточной воде – в 11,7–18,4% проб [9–12, 19], в сточной воде Norovirus обнаружен в 0,4–13% проб [9–11]. Несколько более высокие показатели контаминации отмечены исследователями в воде ПВО: показано загрязнение образцов воды рек в 0,8–18,8% случаев Rotavirus, в 16,6–95% случаев – Norovirus [14]. Учёными установлены низкая инфицирующая доза Norovirus и возникновение вспышек норовирусной инфекции даже в случаях минимального заражения неочищенной воды природных источников [14]. В странах с высокой контаминации питьевой воды Rotavirus (23% проб) отмечалась значительно более высокая заболеваемость ротавирусным гастроэнтеритом (Пакистан) [21]. Указанное сопоставимо с результатами, полученными в ходе настоящего исследования: результаты регрессионного анализа свидетельствовали о влиянии водного фактора на формирование заболеваемости ротавирусной инфекцией, в некоторой степени – норовирусной инфекцией (в отдельных регионах Российской Федерации отмечалась напряжённая ситуация и были зафиксированы единичные вспышки инфекции²^,³) [5].

Сопоставимо с результатами настоящего исследования авторами доказана роль водного фактора в формировании заболеваемости вирусными гепатитами А [19]. Установлено, что вирус в условиях окружающей среды не теряет свои патогенные свойства [13], а наличие вируса гепатита А в СВ отражает картину заболеваемости вирусными гепатитами А [13, 19]. Распространённость HAV в образцах воды представлена следующим образом: нуклеиновые кислоты или антигены HAV содержали 16,7–31,4% образцов неочищенных сточных вод и 13–25% образцов очищенных сточных вод, 4–15% образцов поверхностных вод, 2,3% образцов подземных вод, 0,3–8,5% проб питьевой воды [4, 13, 16, 19, 22]. Показатели по Российской Федерации, полученные для вирусного гепатита А, значительно ниже представленных в литературе, что согласуется с невысоким уровнем заболеваемости и относительно стабильной ситуацией по вирусному гепатиту А. Выявленное влияние контаминации воды нецентрализованного водоснабжения на формирование заболеваемости вирусными гепатитами может свидетельствовать об опасности отдельных подземных источников, что, вероятно, связано с изношенностью конструкций скважин или истощением водоупорных слоёв (например, глин), а также с другими причинами, требующими дальнейшего изучения. Следовательно, возрастает актуальность исследования почвы на наличие колонизации вирусами. Исследователи сообщали о загрязнении источников грунтовых вод (скважины, родники и колодцы) не только HAV, но и другими кишечными вирусами – Rotavirus и Norovirus, Astrovirus, Adenovirus, Enterovirus [14–17, 28, 29]. Показана контаминация различными вирусами в 1,8–67% образцов [15–17, 28, 29]. Наличие вирусов в не прошедшей обеззараживание воде подземных источников и воде поверхностных водоёмов может способствовать контаминации пищевой продукции и морепродуктов, распространению кишечных вирусных инфекций [14].

Иностранными исследователями установлена более высокая по сравнению с полученными нами результатами общая распространённость в водных средах Astrovirus (36,6% образцов) [17]. Наиболее распространены Astrovirus в неочищенных сточных водах (56,8–91,7% проб), в очищенных сточных водах их присутствие установлено в 6,7–50,1% образцов, в поверхностных водах – в 4,8–30%, в питьевой воде – 0,6–3,3% и подземных водах – до 0,5% [4, 9, 12, 14, 17, 19, 20].

Результаты сравнительных вирусологических исследований проб питьевой воды, выполненных «РНПЦ эпидемиологии и микробиологии» Республики Беларусь в отношении энтеровирусов и аденовирусов человека, показали, что при нулевом уровне выявления энтеровирусов более 5% проб содержат ДНК аденовирусов [7]. Аденовирусы обнаружены в различных водных средах по всему миру [4, 7, 8, 15, 20]. Общая распространённость вируса в воде составила 0,8–59,2% [15, 20], наибольшая установлена в неочищенных (57,1–83,1% проб) и очищенных (до 75,3% проб) сточных водах; реже обнаруживалась контаминация поверхностной (0,8–50% проб) и питьевой (0,2–22,7% проб) воды [19, 21] и грунтовых вод (18,5% проб) [4, 15]. Учёные отмечают отсутствие объективности результатов применения бактериальных индикаторов для обнаружения вирусов и подтверждают необходимость разработки новых профилактических стратегий, основанных на вирусном анализе [7, 8, 14, 26]. Многочисленные исследования показывают, что нуклеиновые кислоты Adenovirus человека обнаруживались в системах питьевого водоснабжения, соответствующих нормативам по индикаторным микроорганизмам [7, 21]. Некоторые исследователи в качестве индикаторного вируса, отражающего фекальное загрязнение воды, предлагают Adenovirus [7, 9].

Установлено, что использование Enterovirus в качестве индикатора загрязнения воды имеет ограничение: концентрация энтеровируса в воде носит сезонный характер [7], а в периоды низкой заболеваемости циркуляция вирусов в популяции снижается, что не позволяет достоверно оценить уровень вирусного загрязнения водных объектов [7]. Существуют единичные исследования (Пакистан), свидетельствующие о высокой распространённости энтеровирусов в питьевой воде (43% образцов водопроводной воды) [21]. В основном исследователи обнаруживали Enterovirus в питьевой воде (1,6–7,4% проб), сточной воде (3,1–13,4% проб), воде поверхностных водоёмов (4,8–12% проб) [9–11, 19, 20, 22, 27]. Невысокая контаминация различных типов вод энтеровирусами, отсутствие влияния водного фактора на формирование заболеваемости энтеровирусной инфекцией свидетельствуют об эффективности программы, проводимой в Российской Федерации.

Несмотря на значительное число работ, посвящённых изучению вирусной контаминации воды, отсутствуют исследования жизнеспособности выявленных вирусов и слабой связи между загрязнением воды нежизнеспособными вирусами и риском заражения [15]. Учёные Вьетнама (Хошимин) описывают метод, позволяющий выявить инфекционные вирусы с помощью полимеразной цепной реакции (амплификация и обнаружение только вирусных геномов неповреждённых вирусов с помощью (ОТ)-кПЦР) [18]. Наряду с необходимостью концентрирования вирусов, обозначенной российскими и белорусскими исследователями [8, 9], метод предполагает предварительную обработку образцов воды специальными реагентами с целью исключения амплификации инактивированных вирусов, имеющих повреждённый капсид [18].

При оценке риска развития инфекционных болезней и прогнозировании реализации водного фактора необходимо не только определение присутствия вируса в водоисточнике и его инфекционности, но и установление выживаемости вируса в окружающей среде, определение устойчивости к удалению и снижения активности при обработке [7, 20]. Всё перечисленное требует дальнейших исследований.

Заключение

Обнаружение контаминации питьевой воды нуклеиновыми кислотами вирусов может свидетельствовать о необходимости дополнительных, более эффективных в отношении вирусов технологий обеззараживания и диагностических тестов, позволяющих определить инфекционность вирусов. Анализ данных показывает, что количество колифагов не всегда коррелирует с количеством кишечных вирусов человека, но колифаги в качестве индикатора безопасности воды отражают риски воздействия кишечных вирусов на человека, что согласуется с мнением ВОЗ (2022). Недостаточная надёжность колифагов как единственного косвенного показателя вирусной безопасности воды свидетельствует о необходимости фундаментальных исследований и пересмотра существующих систем мониторинга воды, прошедшей обеззараживание (вода централизованного водоснабжения и сточная вода).

Включение в программы мониторинга качества питьевой воды прямого определения Rotavirus для источников поверхностного и подземного водоснабжения и ВГА для нецентрализованного водоснабжения в регионах с повышенным уровнем вирусных заболеваний позволит своевременно реализовать профилактические мероприятия.

¹ Национальные проекты. Чистая вода. https://национальныепроекты.рф/projects/zhile-i-gorodskaya-sreda/chistaya_voda

² О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2023 году: Государственный доклад. М.: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2024. 364 с.

³ О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2024 году: Государственный доклад. М.: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2025. 424 с.

⁴ СанПиН 1.2.3685–21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».

⁵ WHO. Guidelines for drinking-water quality: fourth edition incorporating the first and second addenda [Электронный ресурс]. WHO. 2022. 614 p. URL: https://www.who.int/publications/i/item/9789240045064

⁶ МУК 4.2.1884–04 «Санитарно-микробиологический и санитарно-паразитологический анализ воды».

⁷ МУК 4.2.3963–23 «Бактериологические методы исследования воды».

⁸ МУК 4.2.1018–01 «Санитарно-микробиологический анализ питьевой воды».

⁹ МУК 4.2.2029–05 «4.2. Методы контроля. Биологические и микробиологические факторы. Санитарно-вирусологический контроль водных объектов. Методические указания».

¹⁰ МУК 4.2.2746–10 «Порядок применения молекулярно-генетических методов при обследовании очагов острых кишечных инфекций с групповой заболеваемостью».

¹¹ РБК. https://www.rbc.ru/society/11/06/2024/6667ec399a7947121b9e64c2

¹² Аргументы и факты. Доступно: https://tula.aif.ru/incidents/idyot_proverka_v_plavske_stoki_popali_v_sistemu_vodosnabzheniya