Fekal Koliform

Fekal koliformlar, 44,5°C’de asit ve gaz üretmek amacıyla laktozu fermente edebilen termotolerant koliform bakterilerdir; bu özellikleri onları toplam koliformlardan ayırır ve birincil olarak insanlar, evcil hayvanlar ve yaban hayatı dahil olmak üzere sıcakkanlı hayvanların bağırsak yollarıyla ilişkilendirir.^[1]^[2] Bu grup, her ne kadar tamamı münhasıran fekal kökenli olmasa da, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae ve belirli Enterobacter suşları gibi türleri kapsar.^[1] Tespit edilmeleri, çevresel örneklerdeki yakın tarihli fekal kontaminasyonu çıkarsamak için bu sıcaklık toleransından yararlanan standart kültür temelli yöntemlere dayanır.^[2]

İndikatör organizmalar olarak fekal koliformlar, doğrudan tespit edilmesi daha zor ve maliyetli olan Salmonella, Shigella ve virüsler gibi enterik patojenlerin vekilliğini yaparak sudaki potansiyel sağlık risklerini işaret ederler.^[3]^[4] İçme suyu (örneğin belirli kurallar altında sıfır tolerans), rekreasyonel sular ve atık su deşarjları için düzenleyici standartların temelini oluştururlar; sayıları plaj kapatmaları veya arıtma gereksinimleri gibi halk sağlığı kararlarına rehberlik eder.^[5]^[6] Ancak ampirik sınırlamalar arasında, çevresel termotolerant fekal olmayan koliformlardan kaynaklanan yalancı pozitifler ve gerçek patojenlere kıyasla tutarsız hayatta kalma oranları yer almaktadır; bu durum, güncellenmiş kılavuzlarda E. coli’ye özgü veya enterokok bazlı metriklere doğru kaymalara neden olmuştur.^[7]^[8] Bu eksiklikler, fekal koliform testlerinin sıhhi koşulların pratik ve korelatif bir değerlendirmesini sunmakla birlikte, doğrudan patojen miktar tayini ile eşdeğer olmadığını vurgulamaktadır.^[9]

Tanım ve Mikrobiyoloji

Bakteriyel özellikler

Fekal koliform bakteriler, koliform ailesi içindeki fizyolojik bir grubu oluştururlar; 44,5°C’de 48 saate kadar inkübe edildiklerinde asit ve gaz üreterek laktozu fermente etme yetenekleriyle tanımlanırlar.^[10] Bu termotolerans, onları 35–37°C’de aynı fermantasyonu sergileyen toplam koliformlardan ayırır ve hayvan bağırsaklarının daha yüksek sıcaklıklarına olan adaptasyonlarını yansıtır.^[1] Çubuk şeklinde (basil) morfolojiye, Gram-negatif hücre duvarlarına ve spor oluşturmayan bir yapıya sahiptirler; bu da onların çeşitli ortamlarda hayatta kalmalarını sağlarken klor gibi standart dezenfektanlara karşı savunmasız kalmalarına neden olur.^[11]

Bu bakteriler fakültatif anaerobiktir; hem aerobik solunum yapabilirler hem de oksijenin sınırlı olduğu koşullarda fermantasyon gerçekleştirebilirler ve oksidaz-negatiftirler, bu da onları koliform olmayan enterik patojenlerden ayırmaya yardımcı olur.^[12] Büyümeleri, bağırsak koşullarını taklit eden ve enterik olmayan rakipleri baskılayan safra tuzları veya deterjanlar içeren besiyerlerinde gerçekleşir.^[1] Başlıca taksonlar arasında Escherichia coli (baskın fekal tür), termotolerant Klebsiella (örn. K. pneumoniae), Enterobacter ve Citrobacter suşları bulunur; ancak bu cinslerin tüm üyeleri termotolerans onayı olmadan fekal koliform olarak nitelendirilmez.^[1]

Biyokimyasal olarak fekal koliformlar, sitrat kullanımı değişkenliği ve indol üretimi (özellikle E. coli’de) gösterirler; sıvı besiyerlerinde peritrik flagella aracılığıyla hareketlilik sıklıkla mevcuttur.^[13] Peptidoglikan açısından zengin zarfları Gram-negatif boyanma sağlar ve endosporları yoktur, bu da Clostridium gibi spor oluşturanlara kıyasla uzun vadeli dirençlerini sınırlar.^[11] Tespitleri, yüksek sıcaklıkta zenginleştirmeye dayanır; mFC agar gibi seçici besiyerlerinde termotoleransı ve β-galaktosidaz yoluyla laktoz katabolizmasını doğrulayan sarı koloniler verirler.^[2]

İlgili bakterilerden ayrımı

Fekal koliform bakteriler, toplam koliform grubunun bir alt kümesini temsil eder; toplam koliformlar için standart olan 35°C inkübasyona kıyasla, 44,5°C’de 24 saat içinde gaz üretimiyle laktoz fermente etme yetenekleri (termotolerans) ile birincil olarak ayrılırlar.^[2] Bu yüksek sıcaklık gereksinimi, sıcakkanlı hayvan bağırsaklarının yüksek iç sıcaklıklarına adaptasyonu yansıtır; bu da fekal koliformları, toprak, çürüyen bitkiler ve bu termotoleransı göstermeyen fekal olmayan hayvansal maddeler gibi kaynaklardan gelen çevresel bakterileri kapsayan toplam koliformlara göre, yakın tarihli fekal kontaminasyon için daha spesifik bir vekil haline getirir.^[14]^[6]

While the term “fecal coliform” implies an exclusive intestinal origin, some thermotolerant coliforms (synonymous in testing protocols) belong to genera such as Klebsiella, Enterobacter, and Citrobacter, which can persist in non-fecal environments like wastewater treatment plants or pulp mill effluents, leading to occasional false positives for mammalian fecal pollution.^[15] “Fekal koliform” terimi münhasır bir bağırsak kökenini ima etse de, Klebsiella, Enterobacter ve Citrobacter gibi cinslere ait bazı termotolerant koliformlar (test protokollerinde eş anlamlıdır), atık su arıtma tesisleri veya kağıt hamuru fabrikası atıkları gibi fekal olmayan ortamlarda kalıcı olabilir ve bu durum memeli fekal kirliliği için ara sıra yalancı pozitif sonuçlara yol açabilir.^[15] Bu ayrımlar, 44,5°C’de büyüme kapasitesine sahip tüm laktoz fermente eden çubukların zorunlu bağırsak sakinleri olmamasından kaynaklanır; örneğin, belirli Klebsiella türleri fekal girdi olmadan besin açısından zengin endüstriyel ortamlarda gelişebilir.^[16] Çevresel termofilleri fekal kaynaklara hatalı atfetmekten kaçınmak için mikrobiyolojik literatürde “termotolerant koliformlar” terimi hassasiyet açısından giderek daha fazla tercih edilmektedir.^[17]

Fekal koliformlar, grubun içindeki temel bir tür olan Escherichia coli’den (E. coli) şu noktada ayrılırlar: Fekal koliform testleri, spesifik olarak E. coli yerine termotolerant organizmaların bir bileşimini tespit eder; E. coli’nin tespiti ise indol üretimi veya diğer biyokimyasal analizlerle ek doğrulama gerektirir.^[3] E. coli, insan ve hayvan dışkısındaki fekal koliformların çoğunluğunu oluşturur ancak E. coli dışı termotolerantları kapsamaz; düzenleyici değişimler, örneğin ABD EPA’nın 2013 Revize Edilmiş Toplam Koliform Kuralı’ndan bu yana E. coli sayımını tercih etmesi, E. coli’nin patojenik olmayan çevresel suşlardan kaynaklanan kirliliği abartabilen daha geniş fekal koliform metriğine göre canlı fekal patojenlere olan yüksek spesifitesinden kaynaklanmaktadır.^[18]^[19]

Tarihsel Bağlam

Koliform testlerinin erken gelişimi

Koliform testi, 19. yüzyılın sonlarında kolera ve tifo gibi su kaynaklı hastalık salgınlarına bir yanıt olarak ortaya çıkmıştır; bu salgınlar Vibrio cholerae veya Salmonella typhi gibi spesifik patojenleri kültüre etmenin ötesinde, fekal kontaminasyonun uygulanabilir indikatörlerine duyulan ihtiyacı vurgulamıştır.^[20] Bacteriologists recognized that certain gram-negative, rod-shaped bacteria prevalent in feces could ferment lactose to produce acid and gas at body temperature (approximately 37°C), distinguishing them from many environmental microbes. Bakteriyologlar, dışkıda yaygın olarak bulunan belirli gram-negatif, çubuk şeklindeki bakterilerin vücut sıcaklığında (yaklaşık 37°C) asit ve gaz üretmek için laktozu fermente edebildiğini ve bu özellikleriyle birçok çevresel mikroptan ayrıldığını fark ettiler. Bu biyokimyasal özellik, koliformların bağırsak kökenli olduğu ve çevrede sınırlı süre hayatta kaldığı varsayımıyla, onları enterik patojenler için güvenilir vekiller haline getiren erken tespit yöntemlerinin temelini oluşturdu.^[20]

Temel bir ilerleme, 1898’de İngiliz araştırmacı Herbert Edward Durham’ın, seyreltilmiş su örneklerinde laktoz fermente eden koliformlardan gelen gazı yakalamak ve ölçmek için ters fermantasyon tüplerini (Durham tüpleri) kullanan kantitatif bir teknik sunmasıyla geldi; bu teknik, seyreltiler arasında gaz varlığına veya yokluğuna göre bakteri yoğunluğunun tahmin edilmesini sağladı.^[20] Bu varsayımsal test, daha sonra en muhtemel sayı (MPN) yöntemine dönüştürülecek olan olasılıksal sayımın temelini attı.^[2]

Standartlaştırma, Amerika Birleşik Devletleri’nde 1897’de 37°C’de gaz üretimi için laktoz buyyonu inkübasyonunu ve ardından koliform olmayan fermente edicileri dışlamak için safra tuzları gibi seçici besiyerlerinde doğrulamayı vurgulayan ilk koliform test protokollerini kabul eden Amerikan Halk Sağlığı Derneği (APHA) aracılığıyla hızlandı.^[21] Bu prosedürler, Su ve Atık Suyun İncelenmesi İçin Standart Yöntemler’in 1905 yılındaki ilk baskısında yasalaştırıldı ve çok aşamalı testleri—varsayımsal (laktoz fermantasyonu), doğrulanmış (safra buyyonu doğrulaması) ve isteğe bağlı tamamlanmış (saf kültür tanımlaması)—kamu su kaynakları için bir kriter olarak belirledi.^[22] 1912 yılına gelindiğinde APHA’nın çabaları, filtrasyon ve klorlama etkinliğine rehberlik etmek üzere koliform sınırlarını (örn. bitmiş suda mL başına 100’den az) zorunlu kılan ABD Hazine Bakanlığı standartlarını etkilemişti.^[21]

Erken benimseme pragmatik ödünleşmeleri yansıtıyordu: Koliform kültürü, patojen izolasyonuna göre daha hızlı ve daha az kaynak yoğundu; filtrelenmemiş kaynaklarda yüksek koliform sayıları ile hastalık insidansı arasında ampirik korelasyonlar gözlemlendi. Ancak, testin fekal olmayan türler dahil toplam koliformlara dayanması başlangıçtan itibaren sınırlamalar getirdi; zira toprak ve bitki örtüsü arka plan seviyelerine katkıda bulunarak fekal kaynaklı atfı karmaşıklaştırdı.^[20]

Fekal-spesifik indikatörlere evrim

Toprak ve bitki örtüsü gibi fekal olmayan çevresel kaynaklardan gelen bakterileri de içeren toplam koliform testinin sınırlamaları, 20. yüzyılın başlarında yalancı pozitiflerin sudaki yakın tarihli fekal kontaminasyonu tespit etme güvenilirliğini zayıflatmasıyla belirginleşti.^[9] Bu durum, fekal kökenli koliformların, özellikle Escherichia coli’nin, memeli bağırsak sıcaklıklarını taklit eden bir termotolerans sergilediği gözlemlerine dayanarak, indikatörleri daha fazla spesifikliğe doğru geliştirme çabalarını tetikledi.^[2]

Temel kavram, Cornelis Eijkman’ın 1901’deki deneylerinden doğdu; bu deneyler fekal koliformların 46°C’de laktoz fermente edip gaz ürettiğini, çoğu çevresel koliformun ise bunu başaramadığını gösterdi.^[2] 20. yüzyılın ortalarına gelindiğinde, bu termotolerant koliformları saymak için standartlaştırılmış fekal koliform testleri—çok tüplü fermantasyon için EC buyyonunda veya membran filtrasyonu için mFC agarda 44,5°C inkübasyon kullanılarak—kabul edildi; bu grup birincil olarak E. coli’den (insan dışkısında %90-95) oluşurken termotolerant Klebsiella ve Enterobacter’den de küçük katkılar alıyordu.^[23] Fekal koliformlar için membran filtre tekniği 1965 yılında resmileştirilerek rekreasyonel ve içme suyu izleme süreçlerinde miktar tayini hızını ve doğruluğunu artırdı.^[20]

Fekal koliformlara paralel olarak fekal streptokoklar (daha sonra kısmen enterokok olarak sınıflandırıldı), 1930’larda ve 1940’larda alternatif bir fekal-spesifik indikatör olarak ortaya çıktı; sıcakkanlı hayvan bağırsaklarıyla olan daha sıkı ilişkileri ve koliformlara göre daha yüksek çevresel kalıcılıkları nedeniyle değer kazandılar.^[24] Bu ilerlemeler nedensel bir kaymayı yansıtıyordu: Ampirik veriler, termotolerant indikatörleri, toplam koliformlara kıyasla patojen varlığı ve kanalizasyonla kirlenmiş kaynaklardan gelen gastrointestinal hastalık salgınlarıyla daha yakından ilişkilendiriyordu.^[20] 1960’lara gelindiğinde, ABD düzenleyici çerçeveleri, memeli fekal kirliliğini arka plan bakterilerinden ayırmak için giderek daha fazla fekal-spesifik testleri tercih etmeye başladı; ancak fekal olmayan termotolerant kaynaklar (örn. endüstriyel atıklar) devam eden doğrulamalar gerektirdi.^[25]

Kaynaklar ve Çevresel Akıbet

Birincil antropojenik kaynaklar

Su kütlelerindeki fekal koliform bakterilerin birincil antropojenik kaynakları, atık yönetimi altyapısındaki arıza veya yetersizlikler sonucu çevreye giren insan dışkısı atıklarıdır. Belediye atık su arıtma tesisleri ana katkı sağlayıcılardan biridir; zira bu tesislerden gelen atıklar, ikincil arıtmadan sonra bile, arıtma etkinliğine ve seyreltme faktörlerine bağlı olarak, alıcı sulara 100 mL başına 10³ ile 10⁶ koloni oluşturan birim (CFU) arasında değişen artık fekal koliform yoğunlukları salabilir.^[26] Şiddetli yağış olayları sırasında birleşik kanalizasyon taşmaları, arıtılmamış kanalizasyonu doğrudan akarsulara ve nehirlere deşarj ederek bu durumu kötüleştirir; çalışmalar taşma sonrası fekal koliform seviyelerinin 10⁷ CFU/100 mL’yi aştığını belgelemektedir.^[27]

Banliyö ve kırsal alanlardaki arızalı septik sistemler, aşırı yüklenmiş veya düzgün çalışmayan tanklardan sızan sızıntı sularının yeraltı ve yüzey sularını kirlettiği bir diğer önemli yoldur; havzalardaki araştırmalar, septik kaynaklı fekal kirliliğin etkilenen akarsulardaki toplam fekal koliform yükünün %50’sine kadar katkıda bulunduğunu izole etmiştir.^[28] Kanalizasyon hatlarındaki sızıntılar ve sıhhi kanalizasyonlar ile yağmur suyu sistemleri arasındaki yasa dışı bağlantılar kirliliği daha da yayar ve genellikle kurak hava akışlarında biriken kalıcı düşük seviyeli girdilere yol açar.^[27] Biyokatıların (arıtılmış kanalizasyon çamuru) tarım arazilerine uygulanması da, özellikle ıslak koşullarda akış olayları sırasında fekal koliformları mobilize edebilir; ancak düzenleyici standartlar canlı bakteri sayılarını kuru ağırlık başına 10⁶ CFU/g’ın altında tutmayı amaçlar.^[27]

Ek kentsel ve rekreasyonel kaynaklar arasında tekne pompa deşarjları ve hastane atıkları bulunur; bunlar insan kaynaklı dışkı maddesini, konsantre atıklar nedeniyle potansiyel olarak daha yüksek patojen yükleri ile ortama sokar. Mikrobiyal kaynak takibi bu tür girdilerde insan-spesifik markörlerin baskın olduğunu doğrulamıştır.^[27] Genel olarak bu kaynaklar, fekal koliform yayılımının kontrolünde altyapı bütünlüğünün rolünü vurgulamaktadır; kaynak takibinden elde edilen ampirik veriler, yoğun nüfuslu havzalarda insan atığının baskın antropojenik vektör olduğunu göstermektedir.^[29]

İnsan dışı kaynaklar ve kalıcılık faktörleri

Fekal koliform bakteriler, dışkılarını doğrudan su kütlelerine veya akış yoluyla bırakan yaban hayatı, çiftlik hayvanları ve kuş türleri gibi insan dışı kaynaklardan da köken alarak, insan kanalizasyonundan bağımsız çevresel yüklere katkıda bulunur. Yaban hayatı olarak martılar, su kuşları ve yabani domuzlar önemli katkı sağlayıcılardır; örneğin, martı dışkısı g başına 10⁴ ila 10⁹ CFU yoğunluklarında enterokok (ilgili bir indikatör) içerir ve kıyı bölgelerindeki kurak hava kirliliğine hakimdir.^[30] Özellikle sığır ve domuzlar olmak üzere çiftlik hayvanları, mera akışı ve doğrudan akarsu erişimi yoluyla önemli girdiler sağlar; sığır dışkısı etkilenen sularda 201 CFU/100 mL’yi aşan enterokok seviyelerine yol açar, ancak ilişkili patojen profilleri (örn. 3,1–8,4 log₁₀ CFU/g düzeyinde E. coli O157:H7) konakçı spesifitesi ve seyreltme etkileri nedeniyle insan kaynaklı risklerden daha düşük insan hastalığı riski taşır.^[30] Havza değerlendirmelerinde, yaban hayatı ve sığır gibi insan dışı hayvan kaynaklarının her biri toplam fekal koliform yükünün yaklaşık %25’ini oluşturabilirken, martı ve su kuşları mevsimsel göçler sırasında bu seviyeleri artırabilir.^[31]^[32]

Fekal koliformların su sistemlerindeki kalıcılığı habitatlara göre değişir ve abiyotik ile biyotik faktörler tarafından yönetilir; tatlı su sütunlarında tipik bozulma oranları günlük -0,24 log₁₀ CFU iken, bakterileri stres faktörlerinden koruyan koruyucu rezervuarlar olan sedimentlerde bu oran günlük -0,02 log₁₀ CFU ile belirgin şekilde daha yavaştır.^[33] Düşük sıcaklıklar (≤20°C) hayatta kalma sürelerini genellikle günlerden haftalara uzatırken, 7 mg/L üzerindeki organik karbon veya eklenen fosfor gibi besin zenginleştirmeleri, yüksek sıcaklıkların (≥20°C) veya besin açısından fakir koşulların aksine, yeniden büyümeyi teşvik eder ve bozulmayı azaltır.^[34] Güneş ışığından gelen ultraviyole radyasyon, yüzey sularında DNA’ya zarar vererek (açık alanlardaki kültürlenmiş fekal indikatörlerin %83’üne kadarını etkileyerek) ölümü hızlandırır ve protozoan prelasyonu düşüşü daha da artırarak hassas suşlarda %90’a varan ölüme neden olur.^[34] Tuzluluk, deniz ortamlarında bozulmayı artırır (örn. fekal koliformlar için günlük -2,9 log₁₀ CFU), bu da tatlı su oranlarını aşar; ancak sediment organik içeriği her iki matriste de uzamış canlılık ile pozitif korelasyon gösterir.^[33] Bu faktörler kolektif olarak tespit sürelerini belirler; koliformlar tatlı suda enterokoklardan daha uzun süre dayanırken tuzlu suda benzerlik gösterirler, bu da sedimentlerin insan dışı kaynaklı popülasyonları uzun süreler boyunca sürdürmedeki rolünü vurgular.^[33]

Su Kalitesi İzlemedeki Rolü

İndikatör gerekçesi ve varsayımlar

Fekal koliform bakteriler, insanların ve sıcakkanlı hayvanların mide-bağırsak sistemlerindeki bollukları nedeniyle su kalitesi izlemede fekal kontaminasyon indikatörü olarak kullanılırlar; burada g dışkı başına 10⁶ ila 10⁹ koloni oluşturan birimi aşan konsantrasyonlarda atılırlar ve çevresel sularda önemli ölçüde seyreltildikten sonra bile tespit edilebilirler.^[35] 44,5°C’de büyüme gerektiren termotolerant özellikleri, fekal kökenli suşları toprak veya bitki örtüsünden gelenlerden seçici olarak ayırır ve teorik olarak varlıklarını, düşük sayılar, çeşitlilik ve analitik karmaşıklık nedeniyle rutin olarak test edilmesi pratik olmayan ve sağlık riski oluşturan enterik patojenlerin yakın zamandaki girdileriyle ilişkilendirir.^[36] Bu yaklaşım 20. yüzyılın ortalarında ortaya çıkmış olup, 1960’larda ABD Halk Sağlığı Servisi’nin benimsemesi ve 1976’daki EPA kriterleri ile rekreasyonel sular için 100 mL başına 200 CFU’luk geometrik ortalama sınırı getirilmiştir; bu sınır, indikatör seviyeleri ile gastrointestinal hastalık oranları arasındaki epidemiyolojik ilişkilere dayanmaktadır.^[5]

Underlying assumptions include that fecal coliform densities correlate reliably with pathogen loads and associated health risks, supported by early studies showing positive relationships with swimming-related illnesses, though later analyses favored E. coli subsets for stronger predictive power (e.g., correlation coefficients r=0.929–0.984 between E. coli and fecal coliforms, but variable illness risk prediction). Temel varsayımlar arasında, fekal koliform yoğunluklarının patojen yükleri ve ilişkili sağlık riskleri ile güvenilir bir şekilde korelasyon gösterdiği yer alır; bu durum, indikatör seviyeleri ile yüzme kaynaklı hastalıklar arasındaki pozitif ilişkileri gösteren erken dönem çalışmalarla desteklenmiştir; ancak daha sonraki analizler E. coli alt kümelerinin daha güçlü tahmin gücüne sahip olduğunu göstermiştir (örn. E. coli ile fekal koliformlar arasında r=0,929–0,984 korelasyon katsayıları, ancak değişken hastalık riski tahmini).^[36] Diğer bir varsayım, bu bakterilerin sudaki bozulma oranlarının birlikte deşarj edilen patojenlerinkine yakın olduğudur; tatlı sudaki fekal koliform kalıcılığı günlük -0,24 olarak tahmin edilirken, enterokok gibi bazı alternatifler için bu düşüş daha hızlıdır (-0,73), bu da diferansiyel ölüm oranlarından kaynaklanan tutarsızlıkları en aza indirir.^[33] Tespit süreci, ≤4°C’de 8 saate kadar olan bekletme süreleriyle sağlanan, taşıma veya inkübasyon sırasında ihmal edilebilir yeniden büyümeyi ve kaynaklar arasında tekdüze fekal atılımı varsayar; ancak insan dışı kökenler (örn. yaban hayatı), eşdeğer insan patojen riskleri olmaksızın seviyeleri şişirebilir.^[5] Bu premises, temel olmakla birlikte ampirik zorluklarla karşılaşmaktadır: Sedimentlerdeki suşa özgü kalıcılık (fekal koliformlar için günlük -0,02), akut kontaminasyonu abartabilir ve tuzluluk veya güneş ışığı gibi çevresel faktörler, virüslere veya protozoalara kıyasla hayatta kalma durumunu değiştirerek indikatörleri gerçek tehlikeden koparabilir.^[33]^[35]

Kirlilikle ampirik korelasyonlar

Sudaki fekal koliform bakteri konsantrasyonları ampirik olarak fekal kontaminasyonla ilişkilendirilmiştir; çalışmalar arıtılmamış veya yüzey sularındaki belirli bakteriyel patojenlerle orta düzeyde korelasyonlar gösterse de, bu ilişkiler arıtılmış sistemlerde veya bakteri dışı patojenlerde zayıflamaktadır. Rekreasyonel sularda, yüksek fekal koliform seviyeleri genellikle Salmonella ve Campylobacter gibi enterik bakterilerin daha yüksek insidansı ile, özellikle de noktasal olmayan kaynakları mobilize eden yağış olaylarının ardından uyumludur; örneğin, sistematik incelemeler fekal indikatör bakteri yoğunluğunun yüksek kontaminasyon senaryoları altında gastrointestinal hastalık riskleri ile korelasyon gösterdiğini ve indikatör sayılarıyla birlikte bağıl risklerin arttığını belirtmektedir.^[37] Ancak bu korelasyonlar sahaya özgüdür ve sıcaklık ile bulanıklık gibi çevresel faktörlerden etkilenerek evrenselliklerini sınırlar.^[8]

Viral patojenler için ampirik veriler daha zayıf korelasyonlar ortaya koymaktadır; çünkü fekal koliformlar, dezenfeksiyon ve çevresel stres faktörlerine norovirüs veya adenovirüs gibi enterik virüslerden farklı tepki verirler. İçme suyu ve atık su çıkış sularında, koliform indikatörleri fekal kirliliği tespit eder ancak viral varlığı güvenilir bir şekilde tahmin edemez; dezenfekte edilmiş geri kazanılmış suların bir analizi, örneklerin %27’sinde fekal koliform bulurken, %31’inde enterik virüslerin ortaya çıktığını ve indikatör ile poliovirüs veya rotavirüs gibi spesifik patojenler arasında anlamlı ikili korelasyon bulunmadığını göstermiştir.^[38] Yapısal olarak virüslere benzeyen kolifajlar, arıtılmış içme sularında %79’a varan tespit edilememe oranları göstererek, bazı bağlamlarda viral vekiller olarak koliformlardan daha iyi performans sergilemekte ve fekal koliformların viral risk değerlendirmesindeki sınırlamalarını vurgulamaktadır.

Sağlık sonuçları çalışmaları tutarsızlıkları daha da vurgulamaktadır; hanehalkı içme suyu üzerine yapılan meta-analizler, fekal koliform varlığı ile ishalli hastalık riski arasında anlamlı bir ilişki olmadığını ortaya koyarken (14 çalışma genelinde bağıl risk 1,07, %95 CI: 0,79–1,45), tek başına E. coli için daha güçlü bağlantılar (bağıl risk 1,54, %95 CI: 1,37–1,74) göstermiştir.^[39] Atık su arıtımında, indikatör-patojen uyumsuzluğu devam etmektedir; çoklu indikatör panelleri, ayırt edici analiz (discriminant analysis) yoluyla patojen yokluğunu sadece %71–79 doğrulukla tahmin edebilmekte ve patojenlerin düşük koliform sayılarına rağmen tespitten kaçtığı senaryolarda sıklıkla yalancı negatif sonuçlar vermektedir.^[38] Bu bulgular, fekal koliformların ham sularda potansiyel kontaminasyonu işaret etmesine rağmen, arıtma sonrası veya düşük prevalans senaryolarında vekil değerlerinin azaldığını göstererek, tamamlayıcı moleküler markörler veya patojen spesifik analizler için önerilere yol açmaktadır.^[8]

Sağlık Etkileri

İlişkili patojenler ve hastalıklar

Fekal koliform bakteriler, birincil olarak Escherichia coli gibi termotolerant türlerden oluşurlar ve su kaynaklarında fekal kontaminasyon varlığına işaret ederler; bu da yutulması halinde gastrointestinal hastalıklara neden olabilen enterik patojenlerin ortama girdiğini gösterir.^[8] Bu patojenler, insan veya hayvan dışkısından kaynaklanan bakteri, virüs ve protozoaları içerir ve bunlar uygun sıcaklıklar ile organik besin mevcudiyeti gibi elverişli koşullar altında su ortamlarında hayatta kalırlar.^[9] Ampirik çalışmalar, kirlenmiş sularda bu etkenlerin tespiti ile yüksek fekal koliform seviyeleri arasında eşzamanlılıklar belgelemiştir; bu da indikatörün rekreasyonel, içme veya kabuklu deniz ürünleri hasat alanlarından kaynaklanan halk sağlığı risklerini değerlendirmedeki rolünü pekiştirir.^[40]

Bakteriyel patojenler arasında Salmonella spp., Shigella spp., Vibrio cholerae, Campylobacter jejuni ve enterotoksijenik veya Shiga toksini üreten varyantlar gibi patojenik E. coli suşları bulunur.^[41] Bu organizmalar salmonelloz (ateş, ishal ve karın krampları), şigelloz (kanlı dışkı ile seyreden dizanteri), kolera (sulu ishalden kaynaklanan şiddetli dehidrasyon), campylobacteriosis (akut enterit) ve hemolitik üremik sendrom gibi hastalıklara neden olur.^[42] Örneğin, V. cholerae O1, yüzey sularında fekal koliform yoğunluklarının 10³ CFU/100 mL’yi aştığı salgınlarla ilişkilendirilmiş ve yetersiz arıtılmış kaynaklarda hızlı bulaşmaya yol açmıştır.^[42]

Viral patojenler olarak rotavirüs, norovirüs ve hepatit A virüsü, düşük enfeksiyöz dozları nedeniyle fekal kirlenmiş sularda ciddi risk oluşturur.^[42] Rotavirüs çocuklarda şiddetli dehidrate edici ishale neden olurken; norovirüs rekreasyonel sularda akut gastroenterit salgınlarını tetikler ve hepatit A, sarılık ve yorgunlukla seyreden karaciğer iltihabına yol açar.^[42] Giardia lamblia ve Cryptosporidium parvum gibi protozoan parazitler klorlamaya direnç gösterir ve koliform-pozitif ortamlarda kalıcılığını sürdürerek giardiyaz ve kriptosporidiyoz gibi hastalıklara yol açar.^[43] Bu dernekler, fekal koliformların kendileri nadiren patojenik olsa da, tespit edilmelerinin hedefli patojen gözetimini gerekli kıldığını vurgulamaktadır.^[8]

Kantitatif risk değerlendirmeleri

Su kalitesi izlemede fekal koliformlar için kantitatif mikrobiyal risk değerlendirmeleri (QMRA), indikatör konsantrasyonlarını patojen yükleri ile ilişkilendirerek, kazara yutma gibi maruz kalma yollarını dahil ederek ve dose-response modelleri uygulayarak sağlık risklerini tahmin eder. Bu değerlendirmeler, fekal atılım ve çevresel kalıcılık üzerine ampirik verilere dayalı fekal koliform-patojen oranlarını varsayar; riskler maruz kalma olayı başına enfeksiyon veya hastalık olasılıkları olarak hesaplanır. ABD EPA analizleri, koliform-eşdeğeri indikatörlerle vekili yapılan fekal kirliliği, 1986 kriterleri uyarınca 1.000 birincil temas maruziyeti başına 8 yüksek derecede inandırıcı gastrointestinal (GI) vaka gibi hastalık eşiklerine bağlar.^[44]

Maruz kalma tahminleri sıklıkla su yutma hacimleri için log-normal dağılımlar kullanır; yüzücüler için geometrik ortalama 18,5 mL’dir (aralık 1–100 mL). Enfeksiyon olasılığı $P_i$, üstel olarak $P_i = 1 – e^{-D \cdot r}$ veya beta-Poisson olarak $P_i = 1 – (1 + D/\beta)^{-\alpha}$ formülleriyle hesaplanır. Morbidite (enfeksiyon durumunda hastalık oluşumu), patojene ve konakçı bağışıklığına bağlı olarak 0,1–0,7 arasında değişir. Aşağıdaki tablo, fekal koliform kontaminasyonu ile ilişkili patojenler için temel parametreleri özetlemektedir:

Patojen	Model	Parametreler	Morbidite (Hastalık / Enfeksiyon)	Notlar
Campylobacter	Beta-Poisson	$\alpha = 0,144, \beta = 7,59$	0,1–0,6	Geviş getirenlerde %98’e varan prevalans
E. coli O157:H7	Beta-Poisson	$\alpha = 0,4, \beta = 37,6$ ($ID_{50}: 207 CFU$)	0,2–0,6	Süper-yayıcılar dozu $10^{7}$ CFU/g artırır
Salmonella	Beta-Poisson	$\alpha = 0,3126, \beta = 2884$	0,2	Suşa özgü uyumlar için Gompertz alternatifleri
Cryptosporidium	Üstel	$r = 0,09$ (aralık 0,04–0,16)	0,2–0,7	Oosist $ID_{50}: ~0,09$

Kanada rekreasyonel su kılavuzları, 10–40 mL yutma ve epidemiyolojik regresyonlara dayanarak 1.000 maruziyet başına 36 GI hastalığına veya 8 yüksek derecede inandırıcı GI vakasına karşılık gelen fekal indikatör eşikleri (örn. E. coli için ≤235 CFU/100 mL) belirlemiştir.^[45] Riskler fekal kaynağa göre değişir: İnsan kanalizasyonu ve geviş getiren hayvan girdileri medyan hastalık olasılığını 0,03’e yaklaştırırken, kuş veya domuz kaynakları 4–300 kat daha düşüktür.^[44]^[45] İçme suyu QMRA modelleri, çoklu bariyer sistemleri altında yıllık riskleri kişi başı $10^{-4}$ hastalığın altına indirir; ancak insan kirliliği yaban hayatına göre 10-6.000 kat daha yüksek risk oluşturmaya devam eder.^[45]^[8]

Çevresel Etkiler

Sucul ekosistemler üzerindeki etkiler

Fekal kirlilik, özellikle antropojenik etkili lotik sistemlerde alfa çeşitliliğini azaltarak sucul mikrobiyal toplulukların yapısını ve işlevini bozar. Kentsel akarsularda mikrobiyal topluluklar önemli ölçüde daha düşük çeşitlilik sergiler (p < 0,0001) ve Verrucomicrobia ve Actinobacteria gibi phyla’ları içeren daha az kirlenmiş zojenik alanların aksine, insan bağırsak mikrobiyotasıyla ilişkili Firmicutes phyla’ları tarafından domine edilir.^[46] Bu topluluk kayması, kirli ve referans alanlar arasında 184’e kadar cins düzeyinde farklılık gösterir ve potansiyel olarak besin döngüsü ve organik madde ayrışmasını bozabilir.^[46]

Escherichia coli gibi fekal koliform bakteriler ile algler veya sucul bitki örtüsü arasındaki etkileşimler ekosistem dinamiklerini daha da modüle eder. Algler, besin sağlama, substrat tutunması ve toksin salınımı yoluyla E. coli’nin hayatta kalmasını modifiye ederken; bitki örtüsü ışık geçirgenliğini ve su kimyasını değiştirerek bakteriyel kalıcılığı artıran ikincil habitatlar oluşturur.^[47] Bu birliktelikler yatay gen transferini ve antibiyotik direncinin yayılmasını teşvik edebilir, trofik seviyeler boyunca topluluk yapılarını yeniden şekillendirebilir.^[47]

Fekal kontaminasyon dışkıdan gelen fosfor ve azot yoluyla sucul sistemlerde ötrofikasyonu şiddetlendirir. Deneysel akarsularda fekal materyal eklemeleri, çözünmüş oksijen konsantrasyonlarını g başına saatte 0,06 mg L⁻¹ azaltarak hipoksiyi teşvik etmiştir.^[48] Kanalizasyon deşarjları, ötrofik durumları destekleyen alg patlamalarını ve bentik rejenerasyonu tetikleyerek yüksek fosfor seviyelerini sürdürür.^[49] Daha yüksek trofik seviyelerde, ilişkili patojenler balıklarda bağışıklık zayıflamasına, solungaç hiperplazisine ve mortalite artışına neden olur; vahşi ve kültür popülasyonlarında E. coli kaynaklı septisemi vakaları belgelenmiştir.^[50]

Diğer kirleticilerle etkileşimler

Fekal koliform bakteriler, tarımsal akış veya atık su yoluyla ortama giren organik karbon, amonyum ve fosfat gibi besinler açısından zenginleşmiş sucul ortamlarda artan bir kalıcılık ve potansiyel büyüme sergilerler. Deneysel çalışmalar, bu besinlerin eklenmesinin bakteriyel metabolizmayı destekleyerek canlılığı uzattığını ve fekal kirliliğin ekolojik ayak izini büyüttüğünü göstermiştir.^[51]^[34] Bu durum sürdürülebilir organik yükleme ve potansiyel patojen yayılımı yoluyla riskleri artırır.^[52]

Öte yandan, bakır 195 μg/L gibi düşük seviyelerde Escherichia coli ve toplam koliformlar için bakterisidal aktivite sergilerken; demir 1200 μg/L seviyelerinde hücresel süreçleri bozarak ölüm oranlarını hızlandırır.^[53] Bu metal kaynaklı azalmalar, kirlenmiş sistemlerde gerçek fekal kontaminasyon seviyelerini düşük tahmin ederek çevresel değerlendirmeleri yanıltabilir.^[54] Pestisit ve gübre gibi tarımsal kimyasalların doğrudan etkisi minimal olsa da, değişen alg büyümesi yoluyla dolaylı olarak bakteriyel transportu modüle eder.^[55] Kirletici karışımları biyokimyasal oksijen ihtiyacını artırarak ve fırsatçı patojenleri tercih eden mikrobiyal kaymalar yaratarak su kalitesini sinerjik olarak bozar.^[46]

Tespit ve Analiz Yöntemleri

Geleneksel kültür temelli teknikler

Sudaki fekal koliformları tespit etmeye yönelik geleneksel kültür temelli teknikler, 44,5°C’de 24-48 saat içinde gaz ve asit üretmek için laktozu fermente edebilen ve bu sayede fekal olmayan koliformlardan ayrılan termotolerant koliform bakterilerin seçici büyümesine ve sayımına dayanır.^[2] 20. yüzyılın ortalarından beri yerleşmiş olan bu yöntemler, en muhtemel sayı (MPN) yöntemi olarak da bilinen çok tüplü fermantasyon (MTF) tekniğini ve her ikisi de diferansiyel besiyerleri ve inkübasyon koşulları yoluyla canlı hücreleri hedefleyen membran filtrasyon (MF) tekniğini içerir.^[57] Bu yöntemler, içme, rekreasyonel ve atık su kaynaklarındaki kontaminasyon seviyelerinin kantitatif tahminlerini sunarak ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) gibi kuruluşların standartları altındaki düzenleyici izlemenin temelini oluşturur.^[58]

MTF tekniği, lauryl tryptose broth gibi laktoz bazlı buyyon içeren tüplere aşılanmış örnek alikotlarının seri seyreltme dizisini kullanır; bunu presumptive (varsayımsal) aşama için 35°C’de inkübasyon, ardından brilliant green lactose bile (BGLB) buyyonunda doğrulama ve fekal koliformlar için özel olarak EC buyyonu veya A-1 medyumunda 44,5°C’de yüksek sıcaklık doğrulaması takip eder.^[59] İnkübasyon sırasında Durham tüpleri içindeki gaz üretimi pozitif fermantasyonu gösterir; sonuçlar 100 mL başına yoğunluğu tahmin etmek için MPN tabloları aracılığıyla istatistiksel olarak yorumlanır ve tipik olarak <2 ile >1.600 organizma arasında değişir.^[57] Bu olasılıksal yaklaşım, değişken örnek hacimlerini (örn. 10 mL, 1 mL, 0,1 mL replicates) barındırır ve doğrudan sayımın pratik olmadığı bulanık veya düşük hacimli örnekler için özellikle uygundur; ancak toplamda 24-96 saat gerektirir ve koliform olmayan gaz üreticileri nedeniyle aşırı tahmin yapabilir.^[60]

Buna karşılık MF tekniği, bilinen bir hacimdeki suyu (örn. 100 mL), bakterileri tutan 0,45-μm gözenek boyutlu bir membrandan filtreler ve ardından filtreyi anilin mavisi indikatörü ile desteklenmiş mFC besiyeri gibi seçici bir agara yerleştirir.^[61] İnkübasyon, termotolerans seçiciliğini sağlamak için batık bir su banyosunda 22-24 saat boyunca 44,5±0,2°C’de gerçekleşir ve 100 mL başına koloni oluşturan birim (CFU) olarak raporlanan fekal koliformlara karşılık gelen sayılabilir mavi koloniler üretir.^[62] Bu doğrudan sayım yöntemi büyük hacimleri hızla işler (filtrasyon sonrası 24 saat içinde sonuç verir) ve düşük yoğunluklu örnekler için MTF’ye göre daha yüksek hassasiyet sunarak EPA Onaylı Yöntem 9222D kapsamında ortam suları için onaylanmıştır; ancak steril ekipman gerektirir ve filtreleri tıkayan çok bulanık sularda daha az etkilidir.^[63]

Her iki teknik de steriliteyi, pozitif/negatif kör (blank) kontrolleri ve biyokimyasal testler (örn. indol üretimi, sitrat kullanımı) aracılığıyla koliform kimliğini teyit eden doğrulama adımlarını vurgular; böylece çevresel bakterilerden kaynaklanan potansiyel parazitler arasında spesifikliği sağlar.^[2] 1970’lerden bu yana yaygın olarak benimsenen bu yöntemler, EPA’nın deniz rekreasyonel suları için tarihsel 200 CFU/100 mL fekal koliform standardı gibi sınırlara uyumu destekler; ancak patojenlerle olan daha yüksek korelasyonu nedeniyle kısmen E. coli’ye özel analizler tarafından ikame edilmiştir.^[20]

Düzenleyici standartlar ve uyum

ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA), Ulusal Birincil İçme Suyu Düzenlemeleri kapsamında, kamu su sistemlerinin fekal kontaminasyondan ari su üretmesini ve dağıtmasını şart koşar; fekal koliform varlığı, derhal düzeltici eylem gerektiren ciddi bir ihlali işaret eder, ancak 2013 tarihli Revize Edilmiş Toplam Koliform Kuralı (RTCR), E. coli’yi sıfır maksimum kirletici seviyesi hedefiyle birincil fekal indikatör olarak vurgular.^[64]^[65] Toplam koliform izlemesi için, rutin aylık örneklerin %5’inden fazlası pozitif çıkmamalıdır; herhangi bir pozitif sonuç durumunda sistemlerin tekrar örnekleme ve değerlendirme yapması zorunludur.^[66] Uyum, çok tüplü fermantasyon tekniği (örn. Standart Yöntemler 9221E) veya membran filtrasyonu gibi EPA onaylı yöntemler kullanılarak sertifikalı laboratuvar analizlerini içerir; örnekleme sıklığı, küçük sistemler için aylıktan büyük sistemler için ayda 1.000’den fazla örneğe kadar hizmet verilen nüfusa göre ölçeklendirilir.^[67]^[59]

Rekreasyonel sularda, EPA’nın 1986 Ortam Su Kalitesi Kriterleri, 100 mL başına en fazla 200 fekal koliform koloni oluşturan birim (cfu) geometrik ortalamasını ve hiçbir örneğin 400 cfu/100 mL’yi aşmamasını önermişti; ancak 2012 güncellemeleri, gastrointestinal hastalık riskleri ile üstün korelasyonları nedeniyle E. coli (126 cfu/100 mL geometrik ortalama) ve enterokoklara öncelik vermektedir.^[5]^[68] Bazı ABD eyaletleri, eski izinler için fekal koliform kriterlerini korumakta, sertifikalı yöntemlerle analiz edilen anlık örnekler yoluyla izleme gerektirmekte ve limit aşımları Temiz Su Yasası Bölüm 305(b) raporlaması kapsamında halk duyurularını veya plaj kapatmalarını tetiklemektedir.^[69]

Ulusal Kirletici Deşarj Eliminasyon Sistemi (NPDES) altındaki atık su deşarjları için fekal koliform limitleri sahaya özgüdür ve alıcı su sınıflandırmalarına bağlıdır; genellikle birincil temas mevsimlerinde (Mayıs–Ekim) 100 mL başına 200–1.000 organizmalık aylık geometrik ortalama olarak belirlenir ve kışın daha yüksektir (örn. 2.000/100 mL); anlık maksimumlar ise aşağı havza kullanımlarını korumak için ortalamanın 400–10 katını geçmemelidir.^[70]^[71] İzin sahipleri, membran filtrasyonu veya çok tüplü yöntemler kullanarak atık suyu haftalık veya aylık olarak izlemeli, ortalamaları üç ayda bir EPA’ya veya eyaletlere bildirmeli ve limitler ihlal edilirse klorlama gibi dezenfeksiyon yöntemlerini hayata geçirmelidir.^[72]^[73]

Uluslararası düzeyde, Dünya Sağlık Örgütü (WHO) içme suyu kalitesi kılavuzları, termotolerant (fekal) koliformların veya E. coli’nin dezenfeksiyon sonrası herhangi bir 100 mL örnekte tespit edilemez olmasını şart koşar; bu, rutin bir uyum metriğinden ziyade bir arıtma etkinliği kriteri olarak hizmet eder.^[74] Üye devletlerde uyum, akredite laboratuvarlar tarafından uygulanan ISO standartlı kültür temelli analizler yoluyla sıklıkla bunu yansıtır; ancak uygulama altyapı kapasitesine göre değişir.^[75] Genel olarak, fekal koliform standartları atık su ve geçiş bağlamlarında devam etse de, E. coli gibi patojen-spesifik indikatörlere yönelik düzenleyici kaymalar, gelişmiş halk sağlığı korumasına dair ampirik kanıtları yansıtmaktadır.^[66]

Sınırlamalar ve Eleştiriler

Metodolojik kusurlar ve hatalı sinyaller

44,5°C’de laktoz fermantasyonu yapabilen termotolerant koliformları tespit eden fekal koliform testleri, yalnızca fekal kaynaklı Escherichia coli’yi değil, aynı zamanda toprak, bitki örtüsü ve çürüyen bitki materyalinden kaynaklanan Klebsiella pneumoniae gibi çevresel bakterileri de kapsar; bu durum fekal kirlilik için yalancı pozitifler oluşturur.^[2]^[16] Bu fekal olmayan termotolerant suşlar, bağırsak sıcaklıklarını taklit eden test koşulları altında çoğalabilir ve çevresel girdilerin baskın olduğu ortam sularında kontaminasyon risklerini olduğundan fazla tahmin edebilir.^[76]

Fekal koliformların sedimentlerde, topraklarda ve su sütunlarında çevresel kalıcılığı ve yeniden büyümesi, indikatör seviyelerini yakın zamandaki fekal girdilerden daha da koparır; zira bakteriler 8°C’de 91 güne kadar hayatta kalabilir ve 30°C’nin üzerindeki sıcaklıklar ile besin mevcudiyeti gibi elverişli koşullarda çoğalarak hatalı kirlilik sinyalleri verebilir.^[77] Çalışmalar, yağmur ormanları gibi el değmemiş ekosistemlerdeki doğal popülasyonların sıhhi arızalardan ziyade bağırsak dışı kökenlere işaret etmesiyle birlikte, ılıman ve tropikal sedimentlerde E. coli yoğunluklarında günler içinde 5-log’luk artışlar belgelemiştir.^[8] Tatlı su, haliç ve kıyı ortamlarında gözlemlenen ancak deniz su sütunlarında görülmeyen bu yeniden büyüme, kültür temelli yöntemlerin zamansal spesifitesini tehlikeye atar.^[77]

Tespitteki metodolojik sınırlamalar hatalı sinyalleri artırır; örneğin, Colilert-18 gibi analizler dışkı ile ilgisiz deniz bakterilerinden pozitif sonuçlar verebilir ve doğrulama çalışmaları sitrat-pozitif, indol-negatif suşların yaygın parazitler olduğunu göstermektedir.^[78] Dahası, fekal koliform yoğunlukları ile enterik patojenler veya sağlık sonuçları arasındaki saha, yağış ve bozulma farklılıklarına göre değişen tutarsız korelasyonlar güvenilirliği zayıflatır; zira indikatörler karşılık gelen riskler olmaksızın standartları aşabilir veya patojenlerin ölümüyle indikatörlerin hayatta kalması arasındaki uyumsuzluk nedeniyle patojenleri tespit edemeyebilir.^[8] Tropikal bölgelerde, yüksek çevresel arka plan seviyeleri bu sorunları büyütmekte ve standartların tehlikeleri abartarak gereksiz müdahalelere yol açtığı yönünde eleştirileri tetiklemektedir.^[77]

Güvenilirliğe yönelik kanıta dayalı zorluklar

Fekal koliform indikatörleri, bitki örtüsü, toprak ve kağıt hamuru fabrikası atık suları gibi endüstriyel atıklarla ilişkili olan termotolerant Klebsiella pneumoniae gibi fekal olmayan kaynaklardan kaynaklanan sık yalancı pozitiflerden muzdariptir. Wisconsin fabrikalarındaki 1984 tarihli bir çalışmada, arıtılmış atık sularda tespit edilen termotolerant Klebsiella’nın %90’a kadarı fekal olmayan kökenliydi ve bu durum fekal kirlilik hakkında hatalı göstergelere yol açtı.^[79] Benzer şekilde, tropikal yağmur ormanı akarsuları gibi belirgin fekal girdi olmayan el değmemiş ortamlarda fekal koliformların çevresel büyümesi belgelenmiş olup, bu durum algılanan kontaminasyon risklerini şişirmektedir.^[8]

Güvenilirlik, fekal koliform seviyeleri ile virüsler ve protozoalar dahil olmak üzere ortam sularında her zaman tahmin edilebilir şekilde birlikte bulunmayan gerçek enterik patojenler arasındaki tutarsız korelasyonlarla zayıflamaktadır. 2011 ve 2018 tarihli çalışmalar bu kopukluğu vurgulayarak, yüksek indikatör sayılarına rağmen patojen varlığıyla zayıf uyum göstermiştir.^[8] Sağlık risk değerlendirmeleri bazı senaryolarda tehlikeleri abartmaktadır; zira patojenik olmayan koliformlar baskınken norovirüs gibi gerçek tehlikeler bağımsız olarak varlığını sürdürebilir.^[80]

Ortamlar arasındaki farklı kalıcılık oranları yorumları daha da karmaşıklaştırır; fekal koliformlar tatlı suda enterokok gibi alternatiflere göre daha düşük bozulma oranları sergilerken (günlük -0,24’e karşı -0,73) ve su sütunlarına kıyasla sedimentlerde daha uzun süre hayatta kalırlar.^[33] Subtropikal mezokozm deneylerinde gözlemlenen bu değişkenlik, yeniden büyüme veya sedimentlerin yeniden asılı hale gelmesi yakın zamandaki fekal girdileri taklit edebileceğinden, kontaminasyonun zamanlamasını ve kaynaklarını belirsizleştirir.^[81] Tuzlu suda bozulma oranları daha yakın hizalanır (her ikisi için günlük -2,9), ancak genel kalıcılık mikrobiyal kaynak takibi çabalarını karıştırmaktadır.^[33]

Sayım işlemindeki metodolojik kusurlar, örneğin en muhtemel sayı (MPN) veya koloni oluşturan birimlere (CFU) dayanılması, gerçek yerinde (in situ) konsantrasyonlardan ziyade örnek alikotlarına ve tekniklere bağlı değişkenlikler getirerek standartlar altında tutarsız uyum değerlendirmelerine yol açar. Newport River Halici’nden alınan 2000–2005 verilerinin analizi, MPN metriklerine göre uyumlu olan ancak konsantrasyon bazlı eşikleri %10’dan fazla olasılıkla aşan alanları ortaya çıkarmış; bu durum indikatör metriklerinin kirlilik risklerine veya insan sağlığı son noktalarına yetersiz bağlanma şeklini vurgulamıştır.^[82] Bu sorunlar, fekal olmayan termotolerantları daha iyi dışlayan E. coli gibi daha spesifik markörlere yönelik düzenleyici kaymaları tetiklemiştir.^[83]

Kaynak atfı sorunlu olmaya devam etmektedir; zira fekal koliformlar insan kaynaklı olanı hayvan veya çevresel kökenlerden güvenilir şekilde ayıramaz ve insan dışı dışkılardan kaynaklanan değişen sağlık riskleri hakkında sınırlı veri mevcuttur.^[8] Bu sınırlama, geleneksel kültür temelli testlerin insan patojenleri için spesifiklikten yoksun olması nedeniyle moleküler takipteki ilerlemelere rağmen sürmektedir.^[84]

Alternatifler ve İlerlemeler

E. coli gibi üstün indikatörler

Escherichia coli (E. coli), birincil olarak sıcakkanlı hayvanların bağırsaklarında bulunması ve bu ortamların dışında nadiren hayatta kalması nedeniyle, suyun fekal kontaminasyonu için daha geniş fekal koliform grubuna göre daha kesin bir indikatör olarak hizmet eder.^[36] Bu spesifite, çürüyen bitki örtüsü, toprak veya endüstriyel atıklar gibi fekal olmayan kaynaklardan köken alabilen ve memeli fekal kirliliğinin abartılmasına yol açabilen Klebsiella ve Enterobacter gibi termotolerant türleri içeren fekal koliformlarla tezat oluşturur.^[36]^[17] Sonuç olarak E. coli, rekreasyonel ve içme sularında enterik patojenlerin varlığı ve gastrointestinal hastalık riskleri ile daha güçlü bir korelasyon sağlar.^[85]

Epidemiyolojik veriler E. coli’nin üstünlüğünü desteklemektedir; çalışmalar, yüzme kaynaklı gastrointestinal hastalıklar için E. coli’nin fekal koliform sayılarından daha iyi bir tahminci olduğunu göstermektedir. Örneğin, 1980’lerdeki ABD EPA analizleri, tatlı su plajlarında bildirilen hastalık oranlarıyla E. coli seviyelerinin daha yakından hizalandığı doz-yanıt ilişkilerine işaret etmiştir.^[85] Yanıt olarak, EPA’nın 1986 Bakteriler İçin Ortam Su Kalitesi Kriterleri, sağlık risklerini en aza indirmek için 126 CFU/100 mL geometrik ortalama limitleri ve 235 CFU/100 mL tek örnek maksimumları belirleyerek tatlı su için E. coli’yi birincil indikatör olarak önermiştir.^[85]^[66]

Tespit için, E. coli’ye özel yöntemler, çoğu E. coli suşuna özgü olan β-D-glukuronidaz aktivitesini hedefleyen kromojenik veya florojenik substratlar kullanır ve Colilert veya MI agar gibi testler aracılığıyla 24 saat kadar kısa bir sürede diğer koliformlardan ayrımı sağlar.^[2] Bu analizler, fekal olmayan termotolerantları da tespit edebilen geleneksel 44,5°C fekal koliform zenginleştirmesine kıyasla daha yüksek spesifite (doğrulanmış çalışmalarda %95’in üzerinde) sağlar.^[17] Düzenleyici çerçeveler, örneğin EPA’nın 2016’da yürürlüğe giren Revize Edilmiş Toplam Koliform Kuralı, E. coli pozitiflerini doğrudan fekal girişi işaret ettiği için derhal halka bildirim gerektiren akut ihlaller olarak tanımlayarak içme suyunun korunmasındaki rolünü pekiştirmektedir.^[66]

Bu avantajlara rağmen, tüm suşlar patojenik olmadığından E. coli izlemesinde suş değişkenliğinin dikkatle değerlendirilmesi gerekir; ancak fekal münhasırlığı, koliform testlerinde yaygın olan çevresel yanlış alarmları en aza indirir.^[86] E. coli’nin benimsenmesi, uyum hedeflemesini iyileştirmiş ve ABD havzalarından elde edilen veriler fekal koliform metriklerinden bu yana fekal olmayan etkilerin aşırı düzenlenmesinin azaldığını göstermiştir.^[36]

Gelişen moleküler yaklaşımlar

Kantitatif polimeraz zincir reaksiyonu (qPCR), su örneklerinde fekal koliform bakterileri ve ilgili fekal indikatör bakterileri (FIB) tespit etmek ve miktarını belirlemek için lacZ (β-galaktosidazı kodlayan) veya uidA (E. coli’ye özgü) gibi genleri hedefleyen birincil moleküler araç olarak ortaya çıkmıştır. Kültür temelli yöntemlerin aksine qPCR, DNA’yı gerçek zamanlı olarak çoğaltıp miktarını belirleyerek, genellikle saatler içinde, hızlı ve kültürden bağımsız tespite olanak tanır ve reaksiyon başına 10-100 gen kopyasına kadar hassasiyet sunar.^[87]^[88] Bu yaklaşım, canlı hücre büyümesine dayanmadan mutlak miktar tayini sağlar ve geleneksel tekniklerin kaçırdığı, kültüre edilemeyen ancak potansiyel olarak canlı olan organizmaların yarattığı sınırlamaları ele alır.^[89]

Mikroakışkan sistemler dahil yüksek verimli qPCR platformları, tek bir çalışmada E. coli, enterokok ve konakçıya özgü Bacteroidales gibi çoklu FIB markörlerini aynı anda analiz ederek tespiti daha da ilerletmekte, işlem süresini ve işgücünü azaltırken büyük ölçekli izleme için verimi artırmaktadır. Doğrulama çalışmaları, bu sistemlerin 10² gen kopyası/L kadar düşük tespit sınırları ve bilinen pozitifler için kültür yöntemleriyle 0,9’u aşan korelasyonlar sunduğunu göstermiştir.^[90]^[91] Ek olarak, dijital PCR varyantları, standart eğrilere ihtiyaç duymadan mutlak miktar tayini için gelişmiş doğruluk sunarak, qPCR’ın kalibrasyon ve PCR verimlilik varsayımlarına olan bağımlılığını azaltmakta; bu da özellikle inhibitörlü karmaşık çevresel matrislerde kullanışlı olmaktadır.^[92]

16S rRNA amplikon ve shotgun metagenomik dahil yeni nesil dizileme (NGS), tekil taksonları hedeflemek yerine tüm mikrobiyal toplulukları profilleme yoluyla fekal koliform değerlendirmesi için daha geniş bir gelişen paradigmayı temsil eder. Tam uzunlukta 16S rRNA dizileme, tür düzeyinde çözünürlük sağlayarak koliform varlığını patojenlerle birlikte tanımlar ve düşük bolluklarda E. coli ve diğer Enterobacteriaceae’yi tespit eden içme suyu değerlendirmelerinde uygulandığı gibi, konakçı ilişkili markörler aracılığıyla kaynak atfına olanak tanır.^[93] NGS, düşük biyokütleli örneklerde bile fekal kirlilik genetik markörlerini tespit ederek çeşitlilik değerlendirmesinde qPCR’dan daha iyi performans gösterir, ancak veri yorumu için biyoinformatik gerektirir.^[94] Yakın zamandaki entegrasyonlar, örneğin çoklu patojen ve indikatör tespiti için NGS panelleri, koliformları 18+ hedefle birlikte aşılanmış suda 10⁵-10⁸ CFU eşdeğerinde miktar tayini yapabilmiştir.^[95]

Bu moleküler yöntemler, canlılık durumundan bağımsız ancak genetik olarak kesin indikatörler sağlayarak düzenleyici uyumu ve risk değerlendirmesini toplu olarak geliştirir; ancak inaktivasyon sonrası DNA kalıcılığı gibi zorluklar, canlı/ölü ayrımı için eşli canlılık analizlerini (örn. PMA-qPCR) gerekli kılmaktadır.^[96] Taşınabilir hasta başı (point-of-care) qPCR cihazları dahil devam eden iyileştirmeler, gerçek zamanlı fekal kontaminasyon takibi için sahada uygulanabilir izleme vaat etmektedir.^[97]

Arıtma ve Kontrol Önlemleri

Atık su ve kaynak yönetimi

Atık su arıtma tesisleri, fekal koliform seviyelerini azaltmak için çok aşamalı süreçler uygular; bu süreçler katılara bağlı bakterileri uzaklaştıran birincil çöktürme ile başlar ve ardından mikrobiyal rekabet ve prelasyon yoluyla %99’a varan azalmalar sağlayan aktif çamur gibi ikincil biyolojik arıtma ile devam eder.^[98] Kum filtrasyonu ve UV dezenfeksiyonu dahil üçüncül arıtmalar, kalan canlı hücreleri inaktive ederek kültürlenebilir fekal koliformları daha da ortadan kaldırır; UV, kimyasal olmayan yapısı ve dezenfeksiyon yan ürünlerinden kaçınması nedeniyle aktif çamur sonrası özellikle etkili olduğunu kanıtlamıştır.^[99] Atık suların klorlanması, alıcı sulardaki kalıcı koliformları hedef alır, ancak patojen inaktivasyonu ile yan ürün oluşumu arasında denge kurmak için dikkatli dozajlama gerektirir.^[100]

Kaynak yönetimi stratejileri, yukarı havzadaki fekal girdileri en aza indirmeye odaklanır; fırtınalar sırasında arıtılmamış kanalizasyon deşarjını önlemek için birleşik kanalizasyon taşmalarını ayırmak ve arızalı yerinde atık su arıtmalarından kaynaklanan sızıntıyı azaltmak için septik sistemleri modernize etmek bu stratejiler arasındadır.^[101] Tarımsal ortamlarda, gübrenin 4R prensibine (doğru kaynak, oran, zaman ve yer) göre uygulanması, çiftlik hayvanı atıklarından gelen koliformların akış yoluyla su yollarına taşınmasını önler; tampon bölgeler ve dışlama çitleri ise hayvanların yüzey sularına erişimini daha da sınırlandırır.^[102] Kentsel yağmur suyu kontrolleri, insan ve hayvan kökenlerini ayırt etmek için mikrobiyal takip yoluyla kaynak tanımlamayı içerir ve noktasal olmayan kirliliği dizginlemek için evcil hayvan atık yönetmelikleri ile yasa dışı deşarj tespiti gibi hedefli müdahalelere olanak tanır.^[103]^[104] Ampirik izleme ile doğrulanan bu entegre yaklaşımlar, boru sonu çözümüne güvenmek yerine kaynağında azaltmaya öncelik verir; çünkü tamamlanmamış kaynak kontrolü, yüksek akış olayları sırasında arıtma kapasitelerini zorlayabilir.^[105]

Dezenfeksiyon ve giderme teknolojileri

Klorlama, atık su çıkış sularında fekal koliform için baskın dezenfeksiyon yöntemi olmaya devam etmektedir; bakteri hücrelerine nüfuz eden ve metabolik süreçleri bozan hipokloröz asit oluşturmak için klor gazı, sodyum hypochlorite veya kalsiyum hypochlorite kullanır. Çalışmalar, 5-20 mg/L dozlarda 15-30 dakikalık kontrollü temas süreleri altında toplam ve fekal koliform için %98-99 giderme verimliliği göstermektedir; ancak bulanık veya amonyak açısından zengin sularda klor ihtiyacı nedeniyle etkinlik azalmaktadır.^[106]^[107] Bu yaklaşım, 20. yüzyılın başlarından beri ABD atık su arıtımında standartlaştırılmış olup, sucul yaşama yönelik toksisiteyi azaltmak için deşarj öncesinde deklorizasyon gerektirir.^[108]

Ultraviyole (UV) radyasyonu, DNA’da timin dimerleri oluşturarak fekal koliformu inaktive eder, replikasyonu önler ve düşük bulanıklıklı atık sularda 20-40 mJ/cm² dozlarda 3-4 log (%99,9-99,99) azalma sağlar. Atık su tesislerindeki UV sistemlerinin saha değerlendirmeleri, ortalama %99 fekal koliform giderimi rapor etmektedir; ancak onarım enzimleri tarafından gerçekleştirilen fotoreaktivasyon maruziyet sonrası kalıcılığı azaltabilir, bu da orta basınçlı lambaları veya UV sonrası söndürmeyi (quenching) gerekli kılar.^[109]^[110] UV, kimyasal kalıntı ve yan ürünlerden kaçınır ancak geçirgenliği %60’ın üzerinde tutmak için ön filtrasyon talep eder.^[111]

Ozonlama, suda çözünmüş ozon gazını güçlü bir oksidant olarak kullanır, fekal koliformun hücre duvarlarını ve nükleik asitlerini hızla oksitler; pilot çalışmalar 10-20 mg/L dozlarda ve 10 dakikanın altındaki temas sürelerinde %72-78 giderim göstermiştir. EPA değerlendirmeleri, ozonun virüs inaktivasyonu için klordan üstünlüğünü doğrular ancak dağıtım sistemlerinde artık dezenfeksiyon sağlamadığını ve daha yüksek enerji maliyetlerini not eder.^[112]^[113] Bromür içeren sularda bromat oluşumu düzenleyici bir zorluk teşkil eder.^[114]

Gelişmiş giderme teknolojileri, fekal koliformu (>0,2-1 µm boyutunda) fiziksel olarak dışlayan mikrofiltrasyon veya ultrafiltrasyon gibi membran filtrasyonunu içerir ve üçüncül arıtmada %100’e yakın reddetme sağlayarak sıklıkla dezenfeksiyonla birleştirilir. Alternatif bir oksidant olan perasetik asit (PAA), kalıcı kalıntılar bırakmadan 0,7 ppm dozlarda fekal koliformu kontrol eder ve tam ölçekli uygulamalarda %99 inaktivasyon sunar.^[115]^[116] Gelişmekte olan güneş enerjili dezenfeksiyon, UV-A ve ısıdan yararlanır ancak ölçeklenebilirlik atık su kullanımını sınırlar.^[117] Seçim, atık su kalitesine, düzenleyici limitlere ve yan ürün risklerine bağlıdır.^[100]