Riscurile biologice generate de impactul antropic asupra ecosistemelor

Riscurile biologice generate de impactul antropic asupra ecosistemelor sunt practic de doua tipuri: directe (rezultând o crestere directa a pericolelor biologice pentru om, animale si plante) si mediate (rezultând dintr-o crestere a pericolelor biologice pentru om, animale si plante datorita unor procese în care este implicat solul).

In cele ce urmeaza de vor folosi urmatoarele definitii:

dauna deteriorare fizica sau vatamare adusa sanatatii oamenilor sau paguba adusa unei proprietati sau mediului înconjurator

pericol sursa potentiala de daune

risc combinatie a probabilitatii de incidenta a unei daune si gravitatea acestei daune

pericole biologice (inhalare, ingestie sau contact cu agenti biologici daunatori), respectiv (i) patogeni sau (ii) alergeni.

Agenti biologici daunatori = microorganisme sau produse ale lor care produc boli ale omului, animalelor sau plantelor.

Scenariile de expunere luate in considerare sunt:

pericole care se refera la siguranta omului

pericole care se refera la mediul înconjurator (fauna, flora, sol, apa, aer);

pericole care se refera la sanatatea si cresterea plantelor de cultura.

Riscurile biologice directe ale activitatilor economice sunt cele care rezulta din sub-produsele industriei alimentare, din activitatea de gestionare a deseurilor organice pentru realizarea de composturi destinate ameliorarii solurilor si mai ales din activitatea de utilizare efectiva a amelioratorilor de sol rezultati prin compostarea diferitelor deseuri organice.

Virusurile, bacteriile (inclusiv actinomicetele), mucegaiurile, protozoarele si viermii intestinali pot contamina sau se pot dezvolta în sub-produsele industriei alimentare si/sau a deseurilor organice în timpul producerii, descompunerii sau compostarii si în timpul depozitarii acestor materiale. Unii dintre agentii biologici mentionati mai înainte pot cauza infectii, iar altii, în special mucegaiurile si actinomicetele, pot provoca alergii (inclusiv sub forma de boli, cum ar fi iritarea membranelor mucoase, rinite, astm, bronsita alergica sau febra de inhalatie) fie direct, fie prin produsii lor. Dintre acestia, cei mai importanti sunt, probabil, bacteriile gram­-negative (proteobacteriile) si cele coliforme, actinomicetele termofile si ciupercile microscopice din genul Aspergillus.

Pericolele de ingestie si contact cu pielea pot apare atunci când materialele organcie compostate sunt utilizate ca amelioratori de sol. Aceste pericole sunt posibile atât in timpul utilizarii casnice (flori la ghivece, gradinarit ca hobby), cât si în cazul utilizarii profesionale. Riscurile de inhalare a agentilor biologici daunatori sunt mult mai mari însa în timpul producerii si amestecarii amelioratorilor de sol pe baza de deseuri compostate. Infectiile apar prin ingestia materialului contaminat, penetrarea pielii prin rani deschise, întepaturi si cicatrici. Iritarea membranelor / mucoaselor se manifesta obisnuit prin tuse uscata, iritarea ochilor, nasului si gâtului si poate reprezenta un efect inflamator care implica un raspuns imun sau mediatori tisulari. Poate fi provocat de expunerea prelungita la concentratii scazute de endotoxine sau alti componenti ai bioaerosolilor.

Bronsitele si bolile de plamâni cronice obstructive pot aparea, de asemenea, din expunerea la endotoxine, probabil la doze mai mari decât cele care provoaca iritarea membranelor mucoase, dar probabil, de asemenea, din reactii nespecifice la praf sau la alte componente ale bioaerosolilor. Rolul sporilor ciupercilor microscopice nu este sigur, dar poate exista o inter-relatie între boala si conditiile specifice ale unui anumit subiect uman (subiecti atopici, respectiv cu o predispozitie genetica constitutionala catre sensibilizare peste limitele normale în cazul expunerii zilnice la alergeni aeropurtati, inclusiv polenuri, spori ciuperci, insecte, capuse si produsii lor,  parti din blanuri animale si alte materiale de origine proteica). Rinitele alergice si astmul sunt boli inflamatorii si obstructive ale cailor aeriene largi si ale tactului respirator superior la astfel de subiecti atopici. Simptomele evolueaza rapid la expunere si sunt intermediate de anticorpi specifici IgE.

Alveolita alergica extrinseca este o reactie inflamatori granulomatoasa dependenta de limfocitul T, predominanta în tesutul periferic al plamânilor, care nu depinde in prea mare masura de predispozitiile constitutionale. Simptomele acute ale alveolitei alergice evolueaza la câteva ore dupa expunerea la praf iritant si include frisoane, febra, tuse seaca, indispozitie si, la expunere repetata, sufocare progresiva si pierdere in greutate. In final poate surveni afectarea ireversibila a plamânilor.

Diagnosticul se bazeaza pe istoricul expunerii la antigenul relevant, pe modificarile clinice, radiologice si functionale, tipice bolii si pe prezenta anticorpilor IgG care precipita (precipitine) în prezenta agentului cauzal, cu afectarea capacitatii pulmonare de difuzie, scaderea tensiunii oxigenului arterial, defect de ventilatie restrictiv, cresterea limfocitelor si infiltratiilor granulomatoase si cu reproducerea bolii prin provocarea inhalarii cu un antigen relevant. Precipitinele sunt indicatori ai expunerii la antigen si relevanta lor pentru boala trebuie demonstrata.

Alveolita alergica extrinseca este, in mod tipic, o boala profesionala si numele date diferitelor forme ale bolii reflecta de obicei mediul in care apar sau sursa aerosolului antigenic. Este cauzata de o gama de bioaerosoli care contin adesea atât spori de ciuperci microscopice cat si de actinomicete. Plamânul fermierului este un exemplu clasic de alveolita alergica.

Febra de inhalatie sau sindromul prafului organic toxic (ODTS) poate prezenta câteva din trasaturile alveolitei alergice. Ca si aceasta, apare la expunere intensa la bioaerosoli, care provoaca simptome asemanatoare gripei, cu leucocitoza si febra, dar nu pare sa necesite sensibilizare anterioara sau dezvoltare de anticorpi, in timp ce simptomele respiratorii si schimbarile radiografice pot sa apara sau nu.

Ciupercile microscopice, bacteriile, micotoxinele si endotoxinele au fost presupuse toate ca posibile cauze ale ODTS. Acesta poate fi cauzat de doze mari de endotoxine despre care se stie ca produc reactii febrile la inhalare. Totusi, aero-biologia mediilor in care a aparut acest sindrom nu a fost definita niciodata, iar rolurile diferitelor microorganisme nu au fost stabilite înca.

Endotoxinele pot cauza simptome febrile, cum ar fi febra endotoxica si s-a dovedit existenta unei relatii doza­ raspuns intre nivelul endotoxinei in aer si deteriorarea functiilor pulmonare la muncitori in diferite medii.

Bacteriile gram-negative

Speciile de bacterii gram-negative de origine vegetala prezinta pericole respiratorii potentiale, ca surse ale endotoxinelor si alergenilor. Cea mai cunoscuta este specia Enterobacter agglomerans (sinonim Pantoea agglomerans, Erwinia herbicola), care apare la o serie de plante si produse vegetale. Specia se caracterizeaza printr-un nucleu galben cromogen, facultativ anaeroba-fermentativ cu flageli peritrihi, iar peretii celulari contin lipopolizaharide cunoscute ca endotoxina care a fost asociata cu o gama de boli profesionale. Raspunsurile febrile si respiratorii sunt asociate cu concentratii mai mari de 1000 bacterii gram-negative sau 0,1 mg endotoxina/m³ aer. Doze mici de endotoxina pot provoca iritarea membranelor mucoase, iar doze mai mari - bronsite sau febra de inhalatie (sindromul prafului organic toxic). Endotoxinele la muncitorii de la apele uzate sunt asociate cu simptome similare gripei, cu oboseala, febra si iritarea tactului respirator superior si a ochilor.

Alte bacterii gram-negative obisnuite în prafurile organice si potential periculoase pentru muncitorii expusi apartin în cea mai mare parte genurilor Pseudomonas, Klebsiella, Alcaligenes, Burkholderia si Acinetobacter. Alcaligenes faecalis poate fi obisnuit în bioaerosoli din fermele de animale si în fabricile de producere a nutreturilor si provoaca tulburari respiratorii.

Bacteriile fecale (coliformi fecali)

Patogenii fecali (ca de exemplu Salmonella spp) prezenti în amelioratorii de sol proveniti din reciclarea deseurilor urbane sau de la abatoare, constituie un pericol de infectie pentru cei care manipuleaza aceste materiale. Riscul este probabil cel mai mare În materiale derivate din namoluri de la ape uzate compostate. Namolurile de la apele uzate brute contin o gama larga de microorganisme, dintre care coliformele totale numara 1,6x10⁴6,2x10⁵ unitati formatoare de colonii (ufc)/ml, coliformele fecale, 3,4x10³4,9x10⁵ si streptococii fecali, 6,4x10²4,5x10⁴/ml. Raportul între coliformele fecale si coliformele totale se înscrie între (8,347,6)%. Salmonella spp poate aparea În concentratii de pana la 10³10⁶. Procesarea namolurilor activate de la apele reziduale scade numarul total al bacteriilor coliforme, coliformele fecale, streptococii fecali, Salmonella, Shigella si M. tuberculosis cu (2599)%, virusul polio cu 90% si virusul coxackie A9 cu 98%. Eficienta tratamentului depinde nu numai de eficienta degradarii ci si de separarea completa a microorganismelor din namolurile activate de la apele uzate de la efluentul secundar purificat prin sedimentare. Supravietuirea prelungita a patogenilor în namolul uscat poate fi eliminata prin temperaturi înalte, anterior evacuarii. Compostarea duce la temperaturi înalte, de obicei în jur de 55°C, care pot pasteuriza efectiv materialele contaminate cu materii fecale. Totusi, este esential ca Întreaga masa sa atinga temperatura corespunzatoare pe perioada necesara omorârii tuturor patogenilor intestinali si pentru ca parametrii procesului sa fie atent urmariti.

Riscul pentru sanatate al aerosolilor este dificil de determinat deoarece multe dintre bacterii îsi au originea în mediul înconjurator. Au fost raportate simptome gastrointestinale, 'Sindromul Muncitorilor de la Apele Uzate' la muncitorii expusi la numeroase bacterii gram-negative aeropurtate si enterotoxine din Klebsiella, Citrobacter, Enterobacter, E. coli, Aeromonas, Proteus si Pseudomonas. Totusi, ratele de infectare la persoanele care locuiesc lânga instalatiile de tratare a apelor uzate si cei care locuiesc În alta parte nu difera astfel încât riscul unor astfel de infectii la persoanele care manipuleaza amelioratori de sol sau substraturi de cultura rezultati din compostarea apelor uzate este probabil sa fie foarte mic. Totusi, situatia este cea mai sensibila în cazul utilizarii unor asemenea materiale în gradina personala si producatorii de compost destinat utilizarii casnice au datoria sa aiba grija de acesti utilizatori neprofesionisti.

Salmonella in sol

Principalul habitat al Salmonellei este tractul intestinal al omului si animalelor. Contaminarea apei, solului si plantelor cu excremente poate duce la diseminarea lor În mediul înconjurator natural. Cu exceptia speciei S. bareilly, speciile din genul Salmonella nu se înmultesc semnificativ în mediu, dar pot supravietui mai multe saptamâni în apa si câtiva ani în sol, daca sunt favorabile conditiile de temperatura, umiditate si pH. Salmonella a fost detectata în produse comerciale de ameliorare a solurilor derivate din compost pe baza de namol de la apele uzate. Distributia serotipurilor de Salmonella nu sugereaza o corelatie strânsa între existenta bacteriilor Salmonella în produsele compostate si aparitia infectiilor cu Salmonella în comunitatile din vecinatatea locurilor în care sau aplicat composturi infestate cu Salmonella.

Analizele de risc de expunere datorita composturilor infestate cu Salmonella au demonstrat ca probabilitatea de infectie este scazuta pentru majoritatea scenariilor luate în considerare. Totusi, faptul ca izolarea de Salmonella este frecventa în composturile provenite din ape uzate, iar predominanta în aceste composturi a unui serotip izolat de obicei la copiii infectati a determinat impunerea unor limite de contaminare pentru Salmonella (composturile / amelioratori de sol trebuie sa fie lipsite de Samonella într-o proba medie de 25 g).

Tulpini patogene de Escherichia coli

Estimarea numarului de bacterii coliforme în diferite produse este considerata o  metoda importanta de evaluare a contaminarii fecale, a respectivelor produse (desi procedurile trebuie respectate, deoarece izolarea de coliforme pe mediu cu bila de bou poate fi major influentata de prezenta altor microorganisme). Principalul motiv pentru evitarea contaminarii fecale a produselor (în afara de cel al acceptantei) este de fapt prevenirea aparitiei de tulpini patogene de E. coli în apele de suprafata utilizate pentru agrement sau piscicultura si în apa potabila. Exista putine date asupra aparitiei si supravietuirii tulpinilor patogene de E. coli în sol. WHO permite 10 coliforme/100 ml în apa si în surse de apa pentru comunitatile mici, dar limita în SUA este de 0 coliformi 1100 ml. Desi este de presupus ca numarul coliformelor fecale în majoritatea probelor de amelioratori de sol proveniti din compost de namol de ape uzate compostat, nu s-au gasit E. coli sau Salmonella spp printre cele 10⁷10⁹ bacterii termofile tolerante la metale si antibiotice, izolate din probe de material compostat brut si tratat, de la un compostor urban de mare capacitate. Totusi, E. coli poate fi detectat în absenta oricarei contaminari fecale umane, mai ales in tarile tropicale. E. coli, foarte asemanatoare din punct de vedere fenotipic cu izolatele de fecale, au fost izolate din epifite, la 15 m deasupra nivelului solului, în padurea tropicala. Este posibil ca asemenea contaminare sa provina de la pasari sau alte animale arboricole, dar este posibila si supravietuirea / multiplicarea bacteriilor în mediu tropical.

Legionella

Boala legionarilor sau legionelosa este o forma atipica de pneumonie care nu se transmite de la om la om, ci este de obicei asociata cu inhalarea de aerosoli de apa care contin bacterii Legionella viabile. In Australia au fost raportate o serie de focare de legioneloza asociate cu manipularea amelioratorilor de sol. Acestea ar fi putut aparea din aerosoli formati in timpul irigarii intense, dar exista dovezi certe ca bacteriile au fost prezente în amestecul folosit pentru ameliorarea solului si ar fi putut persista aici timp de câteva luni. Bacteriile din genul Legionella sunt larg raspândite în surse naturale de apa, inclusiv lacuri, râuri, pârâiri si iazuri si pot fi de asemenea gasite în soluri si în resturile vegetatele în curs de descompunere. Intensificarea irigari datorita schimbarilor climatice va duce la cresterea riscului de infectare cu Legionella din sol / amelioratori de sol organici.

Actinomicete termofile

Actinomicetele sunt bacterii gram-pozitive filamentoase cu multe din caracteristicile morfologice ale fungilor dar cu structura si fiziologie de bacterii. Multe specii au spori in jur de 1 mm in diametru care pot deveni cu usurinta aeropurtati. Astfel, ei sunt favorizati pentru penetrarea adânca in plamâni, prin inhalare.

Unele actinomicete, de exemplu Nocardia asteroides, pot provoca infectii dar patogenitatea tulpinilor care cresc saprofitic în sol sau în resturile vegetale nu a fost niciodata stabilita. Alte specii sunt importante deoarece au fost implicate in alveolita alergica, o boala profesionala de plamâni larg recunoscuta, mai ales la fermieri si lucratori la ciupercarii, expusi unui numar mare de spori din micelii si composturi. Speciile implicate includ Saccharopolyspora rectivirgula (Sinonime: Faenia rectivirgula, Micropolyspora faent), Thermoactinomyces vulgaris, T. thalpophilus, Saccharomonospora viridis si Thermomonospora spp.

Aspergillus fumigatus

Aspergillus fumigatus este un mucegai filamentos care produce un miceliu filamentos, care se ramifica in substratul de cultura si genereaza numeroase structuri producatoare de spori (aproape sferice), în majoritate de 2,53,0 mm in diametru. Mucegaiul creste pe o plaja foarte larga de temperatura, de la 15.55șC si pe majoritatea acestei plaje se poate dezvolta rapid pe substraturi corespunzatoare. In mediul înconjurator natural este omniprezent, colonizând litiera (resturile vegetale de la suprafata solului), si este adesea obisnuit in materiaIe compostate care s-au încalzit.

Dimensiunile mici ale sporilor (2,53,0 mm in diametru) Ie permite acestora sa patrunda adânc în plamâni, unde sunt cauza unei game de simptome respiratorii la om si animale, a caror natura depinde de reactivitatea imunologica a subiectului. La expunerea la A. fumigatus, subiectii atopici (sensibili) pot dezvolta astm si aspergilloze bronhopulmonare alergice, ultimele cu mucegaiul crescând în caile aeriene. Subiectii non-atopici necesita expunere intensa si îndelungata la spori înainte de a deveni sensibili si a dezvolta simptomele alveolitei alergice extrinseci si aspergilloame (ghem de mucegai). In aspergilloame mucegaiul se dezvolta in cavitati ale plamânului, în special in caverne tuberculoase vechi. Subiectii al caror raspuns imun este împiedicat de medicamente sau radioterapie sau printr-o boala imunodepresiva cronica, (ca de exemplu SIDA sau unele forme de tuberculoza) pot dezvolta aspergilloze invazive, in care mucegaiul creste activ in tesutul pulmonar si se poate împrastia in final la alte organe.

Sporothrix schenckii în turba si sol

Prezenta microorganismului Sporothrix schenckii, cauza sporotrichozei, a fost raportata de mai multe ori în SUA si Canada. S-a izolat S. schenckii în doua din 12 (17%) firme producatoare de amelioratori pentru refacerea terenurilor degradate pe baza de turba rosie (testul fiind facut initial pentru determinarea incidentei speciilor de Aspergillus). Probabilitatea prezentei lui Sporothrix schenckii în muschi Sphagnum este ridicata, existând numeroase semnalari ale unei incidente ridicate a acestui microorganism patogen pentru om pe muschiul Sphanum (care sta la originea turbei rosii).