Laboratorieteknologi giver klarhed blandt hawaiiansk vandforurening

En af de første ting, der kommer til at tænke på, når du tænker på Hawaii, er varme, tropiske strande med indbydende, rent vand. Faktisk, gunstig strandvandskvalitet er livsnerven for Hawaiis 18 milliarder dollar årlige turistindustri, den største enkelt bidragyder til statens økonomi. Så, det kommer ikke som nogen overraskelse, at Hawaiis vandmyndigheder konstant overvåger for kilder til forurening, der kan true deres hovedattraktion.

Årevis, rutinetest har vist, at vandskel i Mahaulepu-dalen og Waikomo-strømmen i det sydøstlige Kauai ofte indeholder høje tal af potentielt patogene fækale indikatorbakterier (FIB). Selvom tidligere undersøgelser har konkluderet, at FIB ikke bliver introduceret i vandet via spildevandslækager eller ulovlig spildevandsdumpning, Hawaii Department of Health (DOH) forblev bekymret over kilden. For bedre at forstå årsagen til de høje FIB -tællinger, DOH bestilte en undersøgelse af Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) mikrobielle økologer Gary Andersen og Eric Dubinsky.

Duoen inviteres ofte til at lede mikrobielle vandvurderingsprojekter takket være deres ekspertise og enestående værktøjskasse, som centrerer sig omkring en mikrobiel detektionsteknologi i kreditkortstørrelse kaldet PhyloChip. Opfundet af Andersen og andre på Berkeley Lab i 2008, PhyloChip er tidligere blevet brugt til at overvåge vand i San Francisco Bay Area, tropiske farvande omkring koralrev, og i hele Singapore.

Efter at have analyseret prøver fra 13 indre og kystnære steder taget i løbet af et år, forskerne konkluderede, at der ikke var noget sporbart menneskeligt spildevand i Mahaulepu vandskel, der var heller ikke en væsentlig tilstedeværelse af husdyr eller fækalt materiale fra fugledyr. To vandløbssteder i vandskellet viste isolerede forekomster af svine- og kofækal forurening, alligevel var det populære strandområde nedstrøms fra disse steder rent.

"PhyloChip er i stand til hurtigt at profilere hele det mikrobielle samfund, der er til stede i vandprøverne, og bruge disse oplysninger til at opdage bakterier, der er unikke for bestemte dyr eller mennesker, " sagde Dubinsky, som også er projektforsker ved University of California Berkeleys afdeling for miljøvidenskab, Politik &Ledelse. "I modsætning til konventionelle fækale kontaminationstests, som bruger en håndfuld eller endda bare en enkelt art til at identificere potentialet for kontaminering, vores tilgang bruger et mangfoldigt sæt af hundredvis af forskellige bakterier, der er karakteristiske for hver fækal kilde. På samme tid, den kan registrere næsten 60, 000 arter af bakterier og arkæer, hvilket betyder, at vi kan finde farlige mikrober til stede i en vandkilde, selvom vi ikke forudser dem. "

I det nærliggende Waikomo-vandskel - et område, der omfatter Poipu-stranden, en af ​​øens mest populære turistmål - Dubinsky og Andersen fandt kun minimale tegn på menneskelig afføring. PhyloChip -dataene antydede, at den ene strand var blevet forurenet med menneskelig afføring af et nærliggende hotels spildevandsbrønd. Interessant nok, dette sted var ikke blevet identificeret ved tidligere overvågning med traditionelle FIB-tests.

Efter at have dæmpet frygt for udbredte lækager i kloaksystemet, forskerne foreslår, at de historisk høje FIB-niveauer er en vildledende alarmerende konsekvens af brug af old-school testmetoder, ingen af ​​dem var designet til brug i troperne.

Dubinsky og Andersen mener, at tilstedeværelsen af ​​FIB i Kauai's vand sandsynligvis skyldes enterokokker og Clostridium perfringens - en slægt og art, henholdsvis, der typisk vokser inde i dyrets fordøjelseskanaler - blomstrer i miljøet uden for deres typiske biologiske værter. De bemærker, at dette fænomen er almindeligt i tropiske områder, takket være varmen og fugtigheden, og den naturlige tilstedeværelse af disse bakterier i vand sætter ikke nødvendigvis mennesker i større risiko for mave -tarmsygdom. Imidlertid, mange standard fækale bakteriedetekteringstest, der bruges til at overvåge svømmehuller og strande, bruger disse organismer som markører for farlig forurening.

"PhyloChip er i stand til at opnå et ekstremt højt niveau af tillid til at detektere specifikke kilder til kontaminering gennem en unik proces, der undersøger over en million DNA-sekvenser samtidigt, sagde Andersen, seniorforsker inden for biovidenskabsområdet.

I 2017 PhyloChip fangede interesse fra US Environmental Protection Agency (EPA). Løbende undersøgelser mellem Andersen -laboratoriet og ved EPA bruger teknologien til at evaluere landbrugets afføring i flere vandområder gennem USA, inklusive Nebraska, Kansas, Georgien, Louisiana, Washington, og Massachusetts. "Vores mål er at replikere og gennemgå data produceret gennem PhyloChip-metoden, så vi kan sammenligne dem med andre kildesporingsmetoder, " sagde Steven Baker, den co-lead forsker på dette projekt fra EPA Region 7. "At øge vores tillid til at identificere, hvornår specifikke kilder til fækal forurening opstår, styrker vores evne til at træffe de korrekte ledelsesbeslutninger og hjælper os med at prioritere, hvor vi skal placere vores afværgeindsats."

Oven på sine miljøovervågningsapplikationer, PhyloChip kunne muliggøre fremskridt med hensyn til forståelse og forbedring af menneskers sundhed. Andet genom, Inc. har givet teknologien licens til at opdage og udvikle terapeutika baseret på mål identificeret ved undersøgelse af det humane mikrobiom.