Undersøgelse viser, at virusinfektion kan være forbundet med vandkrisen i Toledo

I august 2014 toksiner fra algeopblomstring i Lake Erie lukkede byen Toledo, Ohios vandforsyning, efterlader en halv million indbyggere uden drikkevand i mere end to dage. En ny undersøgelse medforfattet af forskere ved University of Tennessee, Knoxville, viser, at en virus kan have været involveret i krisen og foreslår metoder til strengere overvågning af vandforsyningen.

Steven Wilhelm, Kenneth og Blaire Mossman professor i mikrobiologi, sammen med UT kandidatstuderende Joshua Stough og Lauren Krausfeldt, arbejdet sammen med et hold på 25 forskere for at undersøge de fysiologiske træk ved Microcystis, den cyanobakterielle organisme, der er ansvarlig for skumlignende algeopblomstring i Lake Erie. De fandt ud af, at det var i overensstemmelse med algeopblomstring fra 2012 og 2013 bortset fra én ting - Microcystis-cellerne havde en virusinfektion. Typisk, toksiner fra algeopblomstring er fanget i cellen, indtil cellen dør. Men virusinfektioner kan få celler til at bryde op, lækker giftstoffet ud i vandet og efterfølgende ind i vandanlæggets indtagsrør og behandlingscentre.

De virus, der er analyseret i undersøgelsen, inficerer kun bakterier og inficerer ikke mennesker.

"Undersøgelsen ændrer den måde, vi tænker på, hvordan toksinet bevæger sig rundt i vandsystemer og kommer ind i vandforsyninger, sagde Vilhelm, som har udført arbejde på Lake Erie siden 1997. "Det kan hjælpe os med at forstå, hvordan disse organismer fortsætter i naturen."

Undersøgelsen blev offentliggjort for nylig i tidsskriftet Miljøvidenskab og -teknologi .

Medforfattere inkluderer Morgan Steffen fra James Madison University, som påbegyndte arbejdet, mens hun skiftede fra sit mikrobiologiske doktorgradsstudie på UT; Tim Davis fra National Oceanic and Atmospheric Administration Great Lakes Environmental Research Laboratory; Michael McKay fra Bowling Green State University; og Gregory Dick fra University of Michigan.

Forskerne dokumenterede virusinfektionen ved at sekventere RNA fra Toledo-vandprøverne. De brugte matematiske computermodeller til at simulere, hvordan algeopblomstringen bevægede sig gennem vandet:satellitbilleder blev brugt til at lokalisere, hvor opblomstringen var placeret på bestemte dage, og computermodeller udfyldte huller imellem.

"Det største, vi lærer, er, at der er opløste og partikelformige kilder til toksinet, " sagde Wilhelm. "Vi har historisk set på et toksin som værende fast i cellen. I dette studie, vi har identificeret en måde, hvorpå toksinet kan bevæge sig fra partikelformig til den opløste fase."

"Partikler" er et udtryk, der bruges til at beskrive noget, der er større end en celle - noget, der almindeligvis opsamles på et filter. Det anses for at være opløst, når det er i stand til at slippe gennem filteret.

Fundet retfærdiggør behovet for, at forskere og kommuner overvåger toksinet anderledes, end de traditionelt har gjort - ser på den opløste eller cellefri fase snarere end blot partikelstadiet, sagde Wilhelm. Dette ville gøre det muligt for vandforvaltningsmyndighederne bedre at opdage toksinet, før det spredes gennem vandforsyningen.

"Der er måder at gøre den opløste fase på, men de er besværlige og drives typisk ikke af de fleste overvågningsorganer, " sagde han. "Denne undersøgelse understreger behovet for at gøre det."

De næste trin omfatter at undersøge, om virusinfektionerne spiller en rolle i at kontrollere bestanden af ​​giftige alger, og fortsatte undersøgelser af de næringsstoffer, som disse celler bruger til at vokse. Forskerne har allerede lavet en ny observation i denne undersøgelse, bekræfter, at cellerne brugte urinstof som nitrogenkilde.

"Det får os til at revurdere, hvordan næringsstoffer kan forme de mikrobielle samfund, " sagde Wilhelm.

Forskere forsøger stadig at forstå, hvorfor algeopblomstring er eksploderet i vækst siden 1990'erne i vandmasser rundt om i landet og i verden.

"Algeblomster vokser i intensitet, sværhedsgrad og hyppighed, og vi prøver at forstå hvorfor " sagde Wilhelm. "Dette studie er endnu en brik i puslespillet."