Cuando la agencia local de gestión del agua cierra su playa favorita debido a la mala calidad del agua, ¿qué tan confiables son las pruebas en las que basan sus decisiones? Como resultado, esas pruebas, así como los estándares detrás de ellas, no se han actualizado endécadas. Ahora los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley Berkeley Lab han desarrollado un método altamente preciso basado en el ADN para detectar y distinguir las fuentes de contaminación microbiana en el agua.
Usando el galardonado PhyloChip, un dispositivo del tamaño de una tarjeta de crédito que puede detectar la presencia de más de 60,000 especies de bacterias y arqueas, se descubrió que el nuevo método es más sensible que los métodos convencionales para evaluar los riesgos para la salud.En la cuenca del río Ruso en el norte de California, los investigadores de Berkeley Lab encontraron casos en los que su método identificaba riesgos potenciales para la salud humana que las pruebas convencionales de indicadores fecales no habían podido detectar. Por el contrario, también encontraron casos en los que las pruebas convencionales señalaban bacterias que no eran riesgos probablesa la salud humana.
La investigación fue dirigida por Eric Dubinsky y Gary Andersen, ecologistas microbianos en Berkeley Lab, y se publicó recientemente en la revista Investigación del agua en un artículo titulado, "Seguimiento de fuentes microbianas en cuencas hidrográficas deterioradas utilizando PhyloChip y clasificación de aprendizaje automático". Steven Butkus, de la Junta Regional de Control de Calidad del Agua de la Costa Norte, que apoyó parte de la investigación, también fue coautor.
"Con PhyloChip, en una prueba nocturna podemos obtener una imagen completa de los microorganismos en cualquier muestra", dijo Dubinsky. "En lugar de apuntar a un organismo, esencialmente estamos obteniendo una huella digital de la comunidad microbiana de fuentes potenciales"en esa muestra. Por lo tanto, nos da una imagen más completa de lo que está sucediendo. Es una forma novedosa de hacer un seguimiento de la fuente ".
Lo que las agencias locales de agua actualmente hacen es recolectar muestras de agua, cultivar las bacterias durante la noche y luego verificar el nivel de crecimiento de dos tipos de bacterias, E. coli y Enterococcus, que se presume que son indicadores de contaminación fecal.
Poder de la PhyloChip
Sin embargo, este método no distingue entre fuentes ¬. Las bacterias podrían haber venido de humanos, vacas, patos, aguas residuales o incluso vegetación en descomposición.
"Estas pruebas se han utilizado durante décadas y son relativamente primitivas", dijo Dubinsky. "En la década de 1970, cuando se desarrolló la Ley de Agua Limpia y teníamos aguas residuales que básicamente fluían a nuestras aguas, estas pruebas funcionaron realmente bien. Los estudios epidemiológicos mostraron queuna asociación de estas bacterias con los niveles de enfermedad de las personas que usaron el agua. Estas bacterias no necesariamente lo enferman, pero se encuentran en las aguas residuales y la materia fecal. Por eso se miden ".
A medida que la contaminación de fuentes puntuales, fuentes identificables únicas como las aguas residuales, se ha limpiado con el tiempo, la preocupación emergente se ha convertido en lo que se conoce como fuentes no puntuales o fuentes difusas, en toda la cuenca, como las tierras agrícolas.
"La imagen es mucho más complicada ahora de lo que era en aquel entonces, cuando la preocupación era realmente fuentes puntuales", agregó Dubinsky.
El PhyloChip, que fue desarrollado por Andersen y varios otros científicos del Laboratorio Berkeley, se ha utilizado para varios fines médicos, agrícolas y ambientales, incluido el conocimiento de la contaminación del aire, la ecología de los arrecifes de coral y las condiciones ambientales del Golfo deMéxico después del derrame de petróleo de BP. Con 1 millón de sondas, identifica microbios basados en variaciones de un gen específico, sin necesidad de cultivo.
"Hace unos siete años comenzamos a hacer trabajos de calidad del agua y nos dimos cuenta de que PhyloChip podía proporcionar un método fundamentalmente nuevo y mejorado para hacer el seguimiento de la fuente", dijo Andersen.
Una biblioteca de caca
Determinar la fuente de cualquier patógeno en particular no es una tarea sencilla. En la mayoría de los casos, un solo microbio no es un marcador definitivo de un animal u otra fuente. "Una comunidad microbiana es compleja", dijo Dubinsky. "Una vaca puede tener1,000 organismos diferentes "
Entonces, Andersen y Dubinsky tuvieron una idea. "Tuvimos a Laleh Coté, una interna en ese momento y ahora un empleado del Laboratorio, corriendo y básicamente recogiendo caca de todo tipo de animales", dijo Andersen. "Lo que hemos hecho desde entoncesluego se desarrolla una biblioteca de referencia de las comunidades microbianas que ocurren en diferentes tipos de caca: tenemos vacas, caballos, mapaches, humanos, diferentes tipos de aves, cerdos, leones marinos y otros animales, así como aguas residuales y excrementos.Utilizamos esa biblioteca para desarrollar un modelo ".
El nuevo método toma la muestra desconocida y la compara con esta biblioteca de referencia microbiana. "Hemos utilizado el PhyloChip de una manera que no se ha utilizado antes utilizando modelos de aprendizaje automático para analizar los datos con el fin de detectar yclasifique las fuentes ", dijo Andersen." Es esencialmente darle una probabilidad estadística de que una comunidad microbiana provenga de una fuente en particular ".
Validaron su método comparándolo con otros 40 métodos de seguimiento de fuentes microbianas en un estudio de California. "Fuimos el único método que podía detectar todas las fuentes y corregirlas", dijo Dubinsky.
Si la fuente es un animal que no está en la biblioteca de referencia, su método aún puede apuntarlo en la dirección correcta. "Por ejemplo, en ese estudio, una muestra era un pollo", dijo Dubinsky. "No habíamosanalizamos pollos, pero teníamos gansos, gaviotas y palomas. Aún pudimos determinar que la muestra era un pájaro ".
En pruebas exhaustivas a lo largo de la cuenca del río Ruso, que no cumple con la Ley de Agua Limpia, los investigadores del Laboratorio Berkeley encontraron una contaminación generalizada por fuentes humanas cerca de áreas donde las comunidades dependen del envejecimiento de fosas sépticas.
También encontraron contaminación humana significativa inmediatamente después de un festival de jazz de fin de semana, mientras que las pruebas por métodos convencionales arrojaron una señal mucho más débil después de un retraso de un par de días. "Nuestro método es más sensible a la contaminación humana que las pruebas de indicadores fecales,"Dubinsky dijo.
próximos pasos
El equipo ahora está trabajando en la caracterización de la comunidad microbiana de E. coli y Enterococos de origen natural, utilizando Hawai con sus aguas cálidas como campo de pruebas. "Pueden ocurrir naturalmente en sedimentos y algas y vegetación en descomposición", dijo Dubinsky ".Se sabe que lo hacen, pero nadie ha desarrollado una prueba para demostrarlo definitivamente ".
Los investigadores también podrán estudiar si el clima afecta a las comunidades microbianas. "¿Una vaca hawaiana se parece a una vaca de California en términos de composición de bacterias fecales? Esa es una buena pregunta y algo que podremos averiguar"dijo.
Están trabajando estrechamente con la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. EPA, que está estudiando las nuevas tecnologías para lo que llama "cumplimiento de la próxima generación". En última instancia, el objetivo es desarrollar su método, posiblemente con una versión reducida de PhyloChip- hasta el punto en que pueda ser utilizado universalmente en cualquier lugar y por no expertos.
Dubinsky dice que el método también debería ser útil con el creciente problema de las floraciones de algas, para comprender, por ejemplo, los procesos por los que se forman, la dinámica microbiana antes y después de una floración, y específicamente, si la escorrentía de la producción ganadera en elEl Medio Oeste está relacionado con la proliferación de algas en los Grandes Lagos, una pregunta que están investigando con la EPA.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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