Forskere udvikler genetisk værktøj til at forbedre arsenundersøgelser

Miljøingeniører gør det nemmere at identificere de bakteriearter, der er ansvarlige for at frigive en form for arsen, der forurener vandforsyningerne fra millioner af mennesker verden over.

Et hold af Utah State University College of Engineering-forskere udviklede en ny primer - et værktøj, der bruges til DNA-amplifikation - der forenkler processen med at identificere bakterier fundet i jord- og grundvandsprøver. Af interesse er bakteriearterne udstyret med arsenatreduktasegener. Generne gør det muligt for bakterier at omdanne naturligt forekommende arsen til en mere giftig version af grundstoffet. Holdets resultater blev offentliggjort 1. februar i Anvendt og miljømæssig mikrobiologi - et førende tidsskrift, dækker emner inden for bioteknologi, mikrobiel økologi, fødevaremikrobiologi og industriel mikrobiologi.

Forfatterne forklarer, at forskellige bakterier transformerer, eller reducere, arsenik V - kendt som arsenat - til arsen III - kendt som arsenit. Arsenit er mere giftigt for mennesker og er mere mobilt, hvilket betyder, at den bevæger sig lettere gennem miljøet og kan infiltrere grundvandet.

Forskere siger, at en bedre forståelse af de mikrobielle økosystemer, der frigiver arsenit, er et vigtigt første skridt i at reducere forekomsten af ​​arsenforurening i grundvandet.

"Arsenforurening er et af de største problemer i drikkevand over hele verden, " sagde Dr. Babur Mirza, en forsker ved USU's Utah Water Research Lab og hovedforfatter på undersøgelsen. "Denne nye primer gør det lettere for os at se, hvilke arter af bakterier der er til stede i en prøve, og om de har det gen, vi leder efter."

Den nye primer - en kort DNA-streng, der er rettet mod arsenatreduktasegenet - hjælper forskere med at identificere, hvilke bakterier i en prøve der har generne. Uden denne primer, forskere skulle først dyrke bakteriecellerne i et laboratorium, før de udtrak deres DNA og amplificerede genet. Sådanne trin reducerede ofte mikrobiel diversitet og førte til partiske resultater.

"Nu kan vi blot tilføje primeren til reaktionen, og vi får kvantificerbare kopier af reduktasegenerne, " sagde Mirza. "De kopierede gener viser os, hvilke bakteriearter der er i prøven og fortæller os ny information om mangfoldigheden af ​​arsenat-reducerende mikroorganismer."

Som en del af undersøgelsen holdet, ledet af medforfatter Dr. Joan McLean, trak grundvandsprøver fra 20 privatejede brønde i det nordlige Utahs Cache County. Resultaterne viste, at 20 procent af de undersøgte boringer havde arsenat- og arsenitkoncentrationer over drikkevandsgrænsen på 10 mikrogram per liter. Forskere testede derefter, om prøverne, der indeholdt høje arsenitkoncentrationer, også havde en overflod af det genetiske materiale arsenatreduktase. Ikke overraskende, de fandt et direkte match.

"Vi observerede en signifikant korrelation mellem reduktasegen-overflod og arsenitkoncentrationer i grundvandsprøverne, " sagde Mirza. "Dette betyder, at hvor vi finder arsenit, vi kan forvente at finde mikrober med arsenatreduktasegener og omvendt."

Mirza sagde, at den nye primer med succes amplificerede reduktasegenerne og gjorde det muligt for hans team at se en bred mangfoldighed af arsenat-reducerende mikroorganismer. Han sagde, at de nye primere vil være nyttige til at studere bakterier i en række miljøer.

Forfatterne siger, at undersøgelsen har forskellige implikationer. McLean sagde, at et komplet billede af mangfoldigheden af ​​arsenat-reducerende bakterier i et bestemt miljø kunne føre til forbedret arealanvendelsespraksis og bevidsthed om menneskelige aktiviteter, der kan forværre problemet.

"Med denne nye information, der beskriver mangfoldigheden af ​​arsen-reducerende mikroorganismer, vi udforsker yderligere forholdet mellem disse organismer og deres biogeokemiske miljøer, der resulterer i arsenforurening af grundvandet."