Waterborne and foodborne transmission of Cryptosporidium and Giardia in Northern Greece

Το Cryptosporidium και η Giardia είναι σημαντικά παρασιτικά πρωτόζωα, τα οποία προκαλούν γαστρεντερίτιδα τόσο στους ανθρώπους όσο και στα ζώα, γι΄αυτό και θεωρούνται ζωοανθρωπονοτικά παράσιτα. Ο πιο κοινός τρόπος μετάδοσης τους είναι μέσω του μολυσμένου νερού και/ή τροφίμων, γεγονός που αποδεικνύεται και από την καταγραφή πολλών επιδημιών υδατογενούς προέλευσης (μερικές φορές και τροφιμογενούς προέλευσης) παγκοσμίως, έχοντας μεγάλο αντίκτυπο στην δημόσια υγεία. Η μόλυνση των υδάτων (και κατ’ επέκταση των τροφίμων) από αυτά τα πρωτόζωα μπορεί να γίνει με πολλούς τρόπους, όπως για παράδειγμα μέσω των απορροών από γεωργικές περιοχές, της αποστράγγισης των εδαφών όπου αποθηκεύεται η κοπριά των ζώων, της υπερχείλησης των λυμάτων ή λόγω ακατάλληλων συστημάτων αποχέτευσης. Για τις ανάγκες της παρούσας διδακτορικής διατριβής, επιλέχθηκε η ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης και ο κόλπος του Θερμαϊκού στη Βόρεια Ελλάδα, με σκοπό τη μελέτη της δυναμικής των παρασίτων Cryptosporidium και Giardia να μεταδίδονται υδατογενώς. Η περιοχή αυτή επιλέχθηκε καθώς παρουσιαζεί ιδιαίτερο ενδιαφέρον στο πλαίσιο της παρούσας μελέτης, καθώς χαρακτηρίζεται από: (i) αστικό περιβάλλον – την πόλη της Θεσσαλονίκης (> 1.100.000 κάτοικοι) η οποία είναι χτισμένη γύρω από τον Θερμαϊκό Κόλπο, (ii) αγροτικό περιβάλλον – η περιοχή έχει ιδαίτερα αυξημένη κτηνοτροφία (υπάρχουν πολλές εκτροφές κυρίως με βοοειδή και μικρά μυρηκαστικά), (iii) πολλά επιφανειακά ύδατα – υπάρχουν 4 μεγάλοι ποταμοί: ο Γαλλικός, ο Αξιός, ο Λουδίας και ο Αλιάκμονας, οι οποίοι εκβάλλουν στον Θερμαϊκό Κόλπο, (iv) την εταιρεία παραγωγής πόσιμου νερού για την ευρύτερη περιοχή, η οποία για το σκοπό αυτό επεξεργάζεται νερό από τον ποταμό Αλιάκμονα, (v) την ύπαρξη 3 μονάδων βιολογικού καθαρισμού οι οποίες επεξεργάζονται ανθρώπινα, βιομηχανικά και γεωργικά απόβλητα, τα οποία είτε επαναχρησιμοποιούνται για άρδευση είτε απορρίπτονται στον Θερμαϊκό Κόλπο, (vi) εντατική καλλιέργεια του Μεσογειακού μυδιού, Mytilus galloprovincialis (αποτελεί το 80-90% της καλλιέργεις μυδιού στην Ελλάδα) στα σημεία των εκβολών των 4 ποτάμων στον κόλπο, αλλά και στα σημεία απόρριψης των επεξεργασμένων λυμάτων.Συγκεκριμένα, οι στόχοι της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν: 1. Η παρακολούθηση της παρουσίας των παρασίτων Cryptosporidium και Giardia σε διάφορες πηγές νερού στη Βόρεια Ελλάδα, συμπεριλαμβανομένων των επιφανειακών υδάτων, του πόσιμου νερού και των επεξεργασμένων λυμάτων. 2. Η παρακολούθηση της παρουσίας των παρασίτων Cryptosporidium και Giardia σε εκμεταλλεύσεις προβάτων και βοοειδών, οι οποίες βρίσκονται κοντά στα επιφανειακά ύδατα (ποτάμια) της περιοχής, ως πιθανές πηγές μόλυνσης των υδάτων. 3. Να προσδιοριστούν τα είδη/γονότυποι/υπότυποι των παρασίτων Cryptosporidium και Giardia, μέσω μοριακών αναλύσεων, με σκοπό να αξιολογηθεί ο ζωοανθρωπονοτικός τους χαρακτήρας και να εντοπιστούν πιθανές πηγές μόλυνσης των υδάτων. 4. Να αναπτυχθεί ένα μοντέλο εκτίμησης της επικινδυνότητας με σκοπό την αναγνώριση παραμέτρων που μπορούν να προβλέψουν τον κίνδυνο μόλυνσης των επιφανειακών υδάτων με τα παράσιτα Cryptosporidium και/ή Giardia. 5. Η παρακολούθηση της παρουσίας των παρασίτων Cryptosporidium και Giardia σε μύδια που καλλιεργούνται στον Θερμαϊκό Κόλπο. Στο Κεφάλαιο 1 παρουσιάζεται ανασκόπηση της πρόσφατης δημοσιευμένης βιβλιογραφίας, όπου αναλύονται σημαντικά ζητήματα των παρασίτων Cryptosporidium και Giardia. Συγκεκριμένα, περιγράφονται η βιολογία (ταξινόμηση και βιολογικός κύκλος) των παρασίτων, η παρουσία τους σε ανθρώπους και ζώα, καθώς και ο ζωοανθρωπονοτικός τους χαρακτήρας βάσει μοριακών δεδομένων. Περιγράφονται οι τρόποι μετάδοσης, εστιάζοντας κυρίως στην υδατογενή και τροφιμογενή μετάδοση. Ακόμη, παρουσιάζεται μία ανασκόπηση των επιδημικών εξάρσεων λόγω μετάδοσης των παρασίτων μέσω του νέρου και των τροφίμων. Τέλος, περιγράφονται εν συντομία οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται ευρέως για την ανίχνευση αυτών των παρασίτων στο νερό και στα τρόφιμα. Στην Ελλάδα υπάρχουν λίγα δεδομένα σχετικά με την μόλυνση των υδάτων με τα παράσιτα Cryptosporidium και Giardia, καθώς ο συστηματικός έλεγχος του πόσιμου νερού για την ύπαρξη αυτών των παρασίτων δεν είναι υποχρεωτικός. Επιπλέον, αν και πολλά είδη ζώων είναι μολυσμένα και από τα δύο παράσιτα, ο πιθανός τους ρόλος ως πηγή μόλυνσης των υδάτων δεν έχει διερευνηθεί. Στόχος του 2ου Κεφαλαίου ήταν η διερεύνηση της παρουσίας και της προέλευσης των παρασίτων Cryptosporidium και Giardia σε διάφορες πηγές νερού στη Βόρεια Ελλάδα και ο εντοπισμός πιθανών πηγών μόλυνσης ανθρώπινης και/ή ζωικής προέλευσης. Καθώς η ανίχνευση των (ωο)κύστεων αυτών των παρασίτων στο νερό είναι εξαιρετικά δύσκολη, ένας δεύτερος στόχος ήταν να αναγνωριστούν οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ της παρουσίας αυτών των παρασίτων και βιοτικών/αβιοτικών παραγόντων, προκειμένου να αναπτυχθούν μοντέλα εκτίμησης της επικινδυνότητας. Κατά τη διάρκεια μιας περιόδου 2 ετών, πραγματοποιήθηκαν επαναλαμβανόμενες δειγματοληψίες σε τακτά χρονικά διαστήματα σε 12 τοποθεσίες από 4 ποτάμια, αρδευτικά κανάλια και την εταιρεία παραγωγής πόσιμου νερού, για την παρακολούθηση της παρουσίας των παρασίτων Cryptosporidium και Giardia με χρήση κατάλληλων μεθόδων ανίχνευσης. Επιπλέον, συλλέχθηκαν 254 δείγματα κοπράνων ζώων από 15 εκτροφές βοοειδών και 12 εκτροφές προβάτων, που βρίσκονται σε κοντινή απόσταση με τα σημεία δειγματοληψίας νερού, και εξετάστηκαν για την παρουσία των 2 παρασίτων, ώστε να εκτιμηθεί η πιθανή συμβολή τους στη μόλυνση των υδάτων. Τα δείγματα νερού που συλλέχθηκαν από τα ποτάμια ήταν αρκετά συχνά μολυσμένα με τα παράσιτα Cryptosporidium (47.1%) και Giardia (66.2%), με υψηλότερα ποσοστά μόλυνσης να καταγράφονται το χειμώνα και την άνοιξη. Κατά τη διάρκεια μιας περιόδου 5 μηνών, ανιχνεύθηκαν (ωο)κύστεις των παρασίτων και στο πόσιμο νερό (<1 /λίτρο). Τα ζώα όλων των εκτροφών ήταν μολυσμένα και με τα 2 παράσιτα, με το 16,7% των μοσχαριών και 17,2% των αρνιών να εκκρίνουν ωοκύστεις Cryptosporidium, ενώ 41,3% των μοσχαριών και 43,1% των αρνιών να εκκρίνουν κύστεις Giardia. Τα πιο συχνά είδη που εντοπίστηκαν τόσο στα δείγματα νερού όσο και στα δείγματα ζώων ήταν το C. parvum και η G. duodenalis υπότυπος AII. Η παρουσία του υπότυπου AII της G. duodenalis και του υπότυπου IIaA15G2R1 του C. parvum τόσο στο πόσιμο νερό όσο και στα επιφανειακά ύδατα τονίζει τον πιθανό κίνδυνο μόλυνσης μέσω του νερού. Δε βρέθηκε καμία συσχέτιση μεταξύ του αριθμού των (ωο)κύστεων των παρασίτων και των βακτηριακών δεικτών μόλυνσης από κόπρανα. Αναπτύχθηκαν στατιστικά μοντέλα μηχανικής μάθησης τα οποία μπορούν να προβλέψουν την ένταση της μόλυνσης με Cryptosporidium (75% ακρίβεια) και Giardia (69% ακρίβεια), συνδυάζοντας βιολογικούς, φυσικοχημικούς και μετεωρολογικούς δείκτες. Τα μοντέλα πρόβλεψης που αναπτύχθηκαν πιθανά να μην θεωρούνται επαρκή για τους σκοπούς της δημόσιας υγείας, λόγω των ποσοστών ακρίβειας, ωστόσο θα μπορούσαν να είναι χρήσιμα για την ενίσχυση και τον ορθό σχεδιασμό στοχευμένων δειγματοληψιών για την πρόληψη του κινδύνου μόλυνσης. Τα θαλάσσια δίθυρα οστρακοειδή παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον για τη δημόσια υγεία, καθώς μπορούν να συσσωρεύουν ρύπους στους ιστούς τους. Θεωρούνται πιθανή πηγή τροφιμογενών λοιμόξεων, συμπεριλαμβανομένων των μολύνσεων που προκαλούνται από τα παράσιτα Cryptosporidium και Giardia, καθώς συνήθως καταναλώνονται ωμά ή μαγειρεμένα πολύ λίγο. Αν και υπάρχουν δημοσιευμένα δεδομένα για τη μόλυνση των οστρακοειδών με κύστεις Giardia και ωοκύστεις Cryptosporidium, είναι πολύ δύσκολη η σύγκριση των αποτελεσμάτων μεταξύ διαφορετικών μελετών, καθώς δεν υπάρχουν στανταρισμένα πρωτόκολλα για την ανίχνευση και την ποσοτικοποίηση αυτών των παρασίτων σε μύδια, με αποτέλεσμα οι ερευνητικές ομάδες να χρησιμοποιούν διαφορετικές μεθόδους. Σκοπός του 3ου Κεφαλαίου ήταν ο ανεύρεση και ο αναλυτικός χαρακτηρισμός του πιο ευαίσθητου πρωτοκόλλου για την ανίχνευση των κύστεων Giardia και των ωοκύστεων Cryptosporidium σε οστρακοειδή. Προκειμένου να ελεγχθεί η ευαισθησία και τα διαγνωστικά όρια του πρωτοκόλλου, κάθε στάδιο της διαδικασίας διερευνήθηκε, από την αρχική προετοιμασία του δείγματος των μυδιών έως και την ανίχνευση των παρασίτων. Πραγματοποιήθηκαν συγκριτικές μελέτες, οι οποίες περιελάμβαναν πολλές μεθόδους που έχουν εφαρμοσθεί από διάφορες ερευνητικές ομάδες, χρησιμοποιώντας εμπορικά μύδια Mytilus galloprovincialis, τα οποία είχαν προηγουμένως μολυνθεί στο εργαστήριο με γνωστό αριθμό (ωο)κύστεων και των δύο παρασίτων. Η προετοιμασία του δείγματος για την ανίχνευση των παρασίτων στα μύδια παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην ευαισθησία της μεθόδου, γι’ αυτό και δοκιμάστηκαν διάφορες τεχνικές: (iα) απομάκρυνση των μεγάλων σωματιδίων από το δείγμα με κοσκίνισμα, (iβ) απομάκρυνση των λιπιδίων με χρήση διαιθυλαιθέρα και (iγ) τεχνητή πέψη του δείγματος με διάλυμα πεψίνης, και στη συνέχεια (ii) χρήση ή όχι του ανοσομαγνητικού διαχωρισμού για τη συγκέντρωση των (ωο)κύστεων των παρασίτων. Το πρωτόκολλο που αποτελείται από την τεχνητή πέψη του ομογενοποιημένου δείγματος μυδιών με διάλυμα πεψίνης, στη συνέχεια τη χρήση του ανοσομαγνητικού διαχωρισμού και τέλος την ανίχνευση των (ωο)κύστεων των παρασίτων με την τεχνική του άμεσου ανοσοφθορισμού, είχε το μεγαλύτερο ποσοστό ευαισθησίας: 32,1% (SD: 21,1) των κύστεων Giardia και 61,4% (SD: 26,2) των ωοκύστεων Cryptosporidium ανιχνεύθηκαν, με όριο ανίχνευσης τις 10 (ωο)κύστεις ανά γραμμάριο ομογενοποιημένου δείγματος μυδιών. Το αποτέλεσμα της παρούσας μελέτης ήταν να στανταριστεί ένα πρωτόκολλο, με καθορισμένα όρια ανίνευσης, για την ανίχνευση αυτών των παρασίτων στα μύδια, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέθοδος αναφοράς σε μελλοντικές μελέτες. Επιπλέον πλεονεκτήματα του συγκεκριμένου πρωτοκόλλου είναι ότι χρησιμοποιεί ολόκληρο το μύδι και δεν απαιτεί δύσκολες διαδικασίες χειρισμού των μυδιών. Τέλος, αυτη η μέθοδος έχει τη δυνατότητα να βρει εφαρμογή σε μεγαλύτερες μελέτες και πιθανά και σε άλλα είδη οστρακοειδών για την ανίχνευση αυτών των παρασίτων. Στο Κεφάλαιο 4, διερευνήσαμε την παρουσία των παρασίτων Cryptosporidium και Giardia σε Μεσογειακά μύδια, Myti