VIVOS VOCO: О.Е. Марфенина,"Опасные плесени в окружающей среде"

Лет десять назад в нашу лабораторию, занимающуюся изучением микроскопических грибов (в просторечии плесеней) в окружающей среде, обратились врачи одной из московских клиник. Проблема была серьезной. У нескольких пациентов, страдающих лучевой болезнью, после сложнейшей операции по трансплантации развились микозы, вызванные микроскопическими грибами, и больные погибли. Как могла возникнуть такая инфекция? Ведь пациенты находились в стерильных, изолированных палатах, где контакты с внешней средой сведены к минимуму. Скоро, однако, удалось обнаружить источник заражения. Воздух палаты спорами грибов загрязняли кондиционеры из-за несвоевременной замены заплесневевших фильтров. Так мы впервые на весьма трагическом примере ощутили потенциальную опасность плесеней, находящихся в окружающей среде.

Что же такое микроскопические грибы? Какие виды и для кого они опасны? Эта весьма разнообразная группа организмов, насчитывающая сегодня, по весьма ориентировочным подсчетам, тысячи видов. Распространены они повсеместно: в почвах, воздухе, на поверхности растений, а также в наших жилищах. Основное место обитания — почвы, где их количество составляет порой сотни тысяч, а то и миллионы спор, сотни метров и даже километры мицелия в одном грамме почвы! С почвенной пылью споры грибов и фрагменты мицелия попадают в воздушную среду. При высокой влажности плесени заселяют поверхности различных сооружений, и тогда любая стена становится прекрасным источником инфекции.

Взаимоотношения человека и большинства микроскопических грибов долго не воспринимались всерьез. Из многочисленной рекламы, да и по собственным ощущениям, хорошо известны лишь грибковые заболевания кожи, которые вызываются узко специализированной группой грибов, как правило, плохо сохраняющихся во внешней среде. Опасным считали также рост плесеней на продуктах питания, поскольку грибные токсины, попадающие в организм с заплесневелой пищей, могут приводить к пищевым отравлениям (микотоксикозам).

Однако в последние десятилетия ситуация изменилась. И в медицине, и в микологии возникла целая группа болезней, вызываемых грибами, представляющими медицинский интерес (fungi of medical interest). Речь идет о потенциально патогенных грибах и грибах-аллергенах. К первым относят грибы, которые могут вызывать микозы человека, но одновременно развиваются и сохраняются во внешней среде. Из-за таких лабильных свойств их часто называют оппортунистическими.

Что такое потенциально патогенные грибы?

Среди грибов имеется небольшая специализированная группа первичных патогенов, вызывающих заболевания у относительно здоровых людей. Их сохранность в среде зависит от присутствия хозяина (человека или животного) и возможности заражения. Оппортунистические же грибы могут быть причиной так называемых вторичных микозов, т.е. инфекций, которые, как правило, поражают страдающих различными формами иммунодефицита. Если у здоровых людей подавляющее большинство потенциальных возбудителей не находит подходящих для себя условий или не выдерживает защитных реакций (инфекция не развивается), то при иммунодефиците возможность инфицирования возрастает. Чаще всего вторичные микозы возникают при заболеваниях системы крови, СПИДе, иммунодепрессивной, кортикостероидной, антибиотиковой терапии, раке, нарушениях обмена веществ, ожогах, радиационном поражении, ослабленном состоянии и т.д.

Микрофотография потенциально патогенного гриба Aspergillus fumigatus,
одного из самых распространенных в окружающей среде
и способного вызывать глубокие микозы.

Основную массу вторичных микозов вызывают преимущественно дрожжевые грибы, в основном рода Candida. Однако в последнее время стало известно, что причиной таких заболеваний могут быть и мицелиальные грибы. И хотя заражаются ими сравнительно редко (в среднем, до 500 случаев в год на 1 млн человек) [1], опасность оппортунистических микозов с течением времени оценивается все выше. Сейчас известно около 300 видов микроскопических грибов, способных вызывать микозы человека [2]. Кроме того, вторичные микозы не всегда просто диагностировать, их лечение сложно и дорого, а лекарственная терапия дает много побочных эффектов для уже больных людей.

Во всем мире списки видов потенциально патогенных грибов и оценка их опасности постоянно уточняются. Предлагают выделить три группы уровня безопасности (biosafety levels — BSL).

BSL1 — многочисленные, распространенные в природе виды, в принципе безопасные для здоровых людей — редко регистрируются как возбудители заболеваний.

BSL2 — более ограниченная группа и более опасная. Попадая в организм здорового человека, эти виды могут сохраняться и вызывать локализованные микозы. Кроме того, они хорошо себя чувствуют и в окружающей среде.

BSL3 — очень небольшая группа, наиболее опасных системных патогенов. Ее представители если и могут сохраняться в природе, то в специфических условиях, как правило в более жарком климате.

В плане массового распространения и возможного контакта с человеком на территориях с умеренным климатом наиболее интересны грибы группы BSL2. Обычно возбудители глубоких микозов из внешней среды попадают в организм через поврежденные кожные покровы, раны, а также при вдыхании спор. Крупные споры (более 5.0 мкм) проникают не глубоко и опасны только для носоглотки; более мелкие (1.5—5.0 мкм) способны достигать альвеол и служат причиной глубоких микозов.

До недавних пор при количественной и качественной оценке оппортунистических грибов преимущественно анализировали их присутствие в различных помещениях. Такой подход, с одной стороны, определялся расчетом, что основное время городское население проводит именно внутри помещений. С другой стороны, в исследованиях использовались традиционные медицинские методы, далеко не всегда учитывающие микробное состояние внешней среды.

Сейчас в развитых странах контролируется микологическое состояние больниц, жилищ, офисов, общественных зданий, детских учреждений и т.д. В крупных и хорошо оснащенных лечебных стационарах проводится соответствующий анализ воздуха. Но основной источник спор патогенных и аллергенных грибов — стены, потолок и пол. Кроме того, количество и состав пыли часто связаны с реконструкцией зданий, работой вентиляционных систем и кондиционеров. Источником самых распространенных опасных плесеней (грибов рода Aspergillus) могут оказаться и сухие цветы или земляная смесь для комнатных растений, особенно если последние не меняются по несколько лет [3]. Именно поэтому держать подсохшие букеты и растения с землей в больничных палатах не рекомендуется.

Распространение в природе

Закономерности распространения потенциально патогенных грибов во внешней среде до сих пор подробно не исследовались. И хотя их концентрация и возможность заболеваний микозами не подчиняются прямым зависимостям, тем не менее необходимо знать: где, когда и какие оппортунистические грибы могут развиваться и сохраняться.

Мы стали изучать эту проблему сначала самостоятельно, студенческим и аспирантским коллективом нашей лаборатории, а затем по инициативному проекту РФФИ. Исследования проводили на территории европейской части России, в различных климатических зонах (от арктических широт до предгорий Кавказа), в природных условиях (обычно на заповедных территориях), а также в городах, в промышленно загрязненных районах, на сельскохозяйственных территориях. Базовой для нас была Московская область. Мы определяли в разные сезоны года потенциально опасные плесени в почвах, приземном воздухе, снеговом покрове.

Из почв различных природных и антропогенных территорий выделили более 50 видов потенциально патогенных грибов. Основная масса видов сравнительно редко вызывает вторичные микозы (группа BSL1). Около трети известны как возбудители глубоких микозов человека (группа BSL2). В первую очередь это почвообитающие грибы: Absidia corymbifera, Aspergillus flavus, A. fumigatus, A. terreus, Acremonium kiliense, Chrysosporium keratinophilum, Fusarium oxysporum, F. solani, F. verticilloides, Paecilomyces variotii, Scopulariopsis brevicaulis и др. Они встречаются в почвах европейской части России, и их концентрация определяется как природными, так и антропогенными факторами.

Согласно нашим данным, разнообразие потенциально патогенных грибов в почвах увеличивается с севера на юг. Меньше всего их в северных биогеоценозах (хвойных лесах, лесотундре), а также в горах, например в зоне субальпийских лугов и выше. И на Севере, и в горах основная масса выделяемых оппортунистических грибов представлена видами, патогенные свойства которых проявляются крайне редко. Из возбудителей же глубоких микозов (группа BSL2) обнаружены виды Acremonium kiliense, Fusarium oxysporum, F. verticilloides, но и они встречаются редко.

В северных широтах исключение составляют песчаные морские пляжи, где количество возбудителей глубоких микозов резко возрастает. Здесь, например, выделяются виды Aspergillus flavus, A. fumigatus, характерные для более южных широт. Это вполне объяснимая ситуация, поскольку для развития большинства оппортунистических грибов оптимальны нейтральная и слабощелочная среды, присущие грунтам прибрежной зоны, в то время как зональные почвы Севера — кислые. Присутствие этих видов показано также для пляжей Португалии и Бразилии.

В зоне умеренных широт (Московская, Тульская, Владимирская области), разнообразие и обилие потенциально опасных плесеней в почвах увеличивается. Меняется и состав грибов, входящих в группу BSL2. Здесь в дерново-подзолистых, серых лесных почвах встречаются виды Aspergillus fumigatus, Aspergillus flavus, Paecilomyces variotii, инфекционные свойства которых хорошо известны.

Южнее, в черноземах (Воронежская, Курская области, Краснодарский край), в некоторых засоленных почвах, грибы, известные как возбудители глубоких микозов, содержатся в шести—восьми образцах почв из 10 проанализированных, а их доля может составлять до 10% от всех выделяемых плесеней. Здесь больше представителей рода Aspergillus — A. fumigatus, A. flavus, A. terreus, A. ustus, а также Paecilomyces variotii, рода Fusarium. Самое большое количество потенциально патогенных видов обнаружено в засоленных почвах, содержание которых аналогично почвам на морских берегах.

Грибы в городе

В современной биосфере антропогенные факторы оказали огромное влияние на формирование сообществ животных и растений. Вначале полагали, что почвенные микроорганизмы (в том числе и микроскопические грибы) испытывают на себе небольшое воздействие деятельности человека. Однако за последние десятилетия микологи показали, что это не так. Согласно нашим исследованиям, антропогенные факторы весьма существенно сказываются на распространении оппортунистических грибов, причем преимущественно в сторону увеличения их содержания в почвах.

В одних и тех же природных зонах мы сравнили разнообразие и обилие вредных плесеней в естественных и антропогенно нарушенных условиях (промышленного и сельскохозяйственного загрязнений, рекреационного вытаптывания в пригородных лесах и др.). Оказалось, что при загрязнении почвы тяжелыми металлами, выхлопами автотранспорта, при перевыпасе скота увеличивается количество устойчивых к этим воздействиям видов грибов. Причем многие из них известны как опасные плесени, вызывающие микозы легких [4]. По нашим первоначальным данным, больше всего их было на урбанизированных территориях.

Насколько это закономерно? Чтобы ответить на такой вопрос, мы определяли присутствие потенциально патогенных грибов в городских почвах в разных климатических зонах — в Заполярье (Кандалакша и Лабытнанги), в умеренных широтах (Москва, Серпухов, Пущино), в предгорьях Кавказа (Нальчик). И везде их содержание было резко повышено по сравнению с природным.

Больше всего оппортунистических грибов выделялось в Москве — количество видов в несколько раз (иногда почти на порядок!) превышало таковое в зональных дерново-подзолистых почвах, а их содержание составляло почти половину. Самыми грязными оказались молодые насыпные почвы новостроек Марьино, и так известного своим экологическим неблагополучием. Причем около 50% всех потенциально патогенных грибов здесь сохранялось в разные сезоны года. А меньше всего их было в почвах природных лесопарков, например, на Воробьевых горах. Доля возбудителей глубоких микозов (группа BSL2) в московских городских почвах достигала 25%! В чем причина таких резких изменений?

Распространение грибов из группы BSL2 в разных типах почв европейской части России. По левой шкале — процентное содержание видов BSL2 относительно общего числа выделенных (цветные столбики), а также их обилие; по правой шкале — абсолютное число выделенных видов BSL2 (черные кружки). Типы почв: 1 — маршевая; 2 — примитивная; 3 — подбур; 4, 5 — подзол иллювиально-железистый; 6, 7 — торфяная болотная; 8–10 — дерново-подзолистая; 11–13 — серая лесная; 14, 15 — чернозем; 16 — каштановая; 17 — солонцы; 18 — солончаки; 19 — бурозем; 20 — бурая лесная; 21 — горно-луговая; 22–26 — городские.

Известно, что современные города — это особые экосистемы, которые отличаются от природных, зональных биоценозов по климатическим, физико-химическим свойствам почв и атмосферы, структуре сообществ животных, растений, микроорганизмов, наличию большого числа сооружений из созданных человеком материалов, сильному загрязнению внешней среды и т.д. В городах, как правило, более теплый климат, а почвы, по сравнению с фоновыми, особенно в северных и умеренных широтах, обогащены органическим веществом, имеют более благоприятный температурный режим и нейтральную или слабощелочную кислотность [5]. В крупных городах северных и умеренных широт возникают более южные условия, способствующие развитию потенциально патогенных грибов. Их споры могут долго (сотни и тысячи лет) сохраняться в почвах. Однако в культурных слоях древних городских поселений (IX—XII вв., Смоленская и Черниговская области) мы не обнаружили повышенного содержания таких плесеней.

Итак, обилие потенциально патогенных плесеней характерно именно для современных городов. Их сравнительно высокая концентрация отмечается в придорожных зонах как по числу видов, так и по их обилию. Именно вдоль автомагистралей в разные сезоны года и в разных средах (в почвах, воздухе, снеговом покрове) наблюдается множество грибов, имеющих в клеточной стенке темные пигменты (меланины). Эти темноокрашенные грибы, устойчивые ко многим антропогенным воздействиям, известны как потенциально патогенные и аллергенные. Максимальная их концентрация часто характерна для почв газонов, на расстоянии 5—10 м от автострады, т.е. именно там, где проложены пешеходные дорожки.

Исследование микроскопических грибов на поверхности растений подтвердило, что их накопление связано с влиянием автотранспорта. Доля темноокрашенных плесеней обычно была тем больше, чем выше транспортная нагрузка.

Грибы и здоровье

Каким образом присутствие грибов в почвах может сказываться на здоровье человека? Дело в том, что в городских почвах, в отличие от природных условий, грибы часто не формируют мицелий, а сохраняются в виде спор. Значит, относительное содержание спор увеличено, и в приземных слоях воздуха они могут переноситься сами или с частицами пыли. Как показал анализ, состав потенциально патогенных грибов в городских почвах и приземных слоях воздуха оказался сходным, а их содержание в приземных слоях воздуха даже выше, чем в почвах, и может составлять до 60—80% от их общего числа в различные сезоны года.

Самое благоприятное время для развития опасных плесеней — позднее лето (август) и начало осени (сентябрь), когда выделяется их до 60% и более. Разнообразие и обилие особенно увеличивается в жаркие, засушливые годы, что отмечалось нами даже в условиях Заполярья. Самое безопасное время для плесневого загрязнения — зима. В снегу патогенных грибов меньше всего.

Безусловно, в накоплении плесеней участвуют и сооружения, на поверхности которых они могут хорошо развиваться. Известен и так называемый синдром больных зданий — домов, в которых люди болеют чаще. Явление это скорее всего многофакторное, но как одну из причин называют аллергенные плесени и микроскопические грибы, выделяющие летучие вещества, токсичные для человека.

Содержание потенциально патогенных микроскопических грибов
в некоторых зональных и городских почвах.

Есть еще одна возможность близкого контакта человека с потенциально патогенными грибами во внешней среде. В последние годы стало модным изготавливать различные экологически чистые компосты. В США возникло целое направление органического земледелия (organic farm). Его приверженцы активно используют компосты в фермерских хозяйствах, стараясь обходиться без минеральных удобрений и пестицидов. В европейских странах для получения компостов широко внедряются общие для населения способы сбора и переработки бытовых органических субстратов. Считается, что изготовление компоста — экологически чистый процесс, позволяющий, с одной стороны, утилизировать отходы, а с другой — получить органическое удобрение, не используя химикалии.

Однако в ходе изготовления компостов могут развиваться потенциально патогенные плесени, что приводит к весьма неблагоприятным последствиям, особенно для людей, занятых в производстве [6]. В европейских странах используют преимущественно специальные емкости, заготовки собирают централизованно, а сам процесс стараются контролировать.

Увлечение компостами возникло и у нас в годы перестройки. В средствах массовой информации прошла реклама, что применять их — хорошо, а делать — очень просто. И любой хозяин, реализуя смеси органических отходов, может получить весьма неплохие прибыли. Идея такого малого бизнеса воодушевила многих. Однако практически нигде она не осуществлялась профессионально, и уж тем более под микробиологическим контролем. Мне неоднократно приходилось наблюдать бурное развитие опасных плесеней (из группы BSL2) прямо на поверхности компостов в помещениях, где много времени проводили люди, занятые производством. Никто из работавших, конечно, не представлял, насколько это может быть вредно, хотя плеснево опасная ситуация прогнозировалась элементарно. Ведь условия такого кустарного производства (закрытое помещение, высокое содержание органического вещества, нейтральная среда, повышенная температура от саморазогревания компостов) способствует развитию ряда потенциальных патогенов, в первую очередь Aspergillus fumigatus. Микробиологический контроль и своевременное изменение режимов могли бы снять эти проблемы.

* * *

Итак, высокий уровень антропогенных воздействий, часто способствующий накоплению в окружающей среде вредных плесеней и увеличению количества больных иммунодефицитом, наиболее восприимчивых к возбудителям вторичных микозов, может создать опасную для общества ситуацию. Формирование плесневого риска, на наш взгляд, доказывает необходимость не только санитарного (преимущественно бактериологического), но и микологического мониторинга окружающей среды на территориях с высокой плотностью населения.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований.
Проекты 99-04-48126а и 00-15-97886.

Литература

1. Muller J. Requirements for establishing a country-wide diagnostic service in medical MYCOlogy // International Society for Human and Animal Mycology. 13 Congress, Salsomaggiore Terme, Parma, Italy, June 8—13, 1997. S.94. P.64.

2. Hoog G.S. de, Guarro J., Gene J. et al. Atlas of clinical fungi. Centraalbureau voor Schimmelcultures / Universitat Rovira i Virgili, 2000.

3. Summerbell R.C., Staib F., Ahearn D.G. et al. // J. Med. Vet. Mycol. 1994. V.32. P.277—286.

4. Marfenina O.E. // Zbt. Bakt. 1996. V.285. P.5—10.

5. Почва, город, экология / Под общ. ред. Г.В.Добровольского. М., 1997.

6. Beffa T., Staib F., Fisher J. et al. // Medical Mycology. 1998. V.36. S.1. P.137—145.