Een van de eerste dingen die in je opkomen als je aan Hawaï denkt, is warm, tropische stranden met uitnodigende, Helder water. In feite, gunstige strandwaterkwaliteit is de levensader voor Hawaii's jaarlijkse toeristenindustrie van $ 18 miljard, de grootste bijdrage aan de economie van de staat. Dus, het is geen verrassing dat de waterfunctionarissen van Hawaï voortdurend controleren op bronnen van besmetting die hun belangrijkste attractie zouden kunnen bedreigen.

Voor jaren, routinetests hebben aangetoond dat stroomgebieden van de Mahaulepu-vallei en de Waikomo-stroom in het zuidoosten van Kauai vaak hoge aantallen potentieel pathogene fecale indicatorbacteriën (FIB) bevatten. Hoewel uit eerdere onderzoeken is gebleken dat de FIB niet via rioollekken of illegale lozingen in het water terechtkomt, het Hawaii Department of Health (DOH) bleef bezorgd over de bron. Om de oorzaak van de hoge FIB-tellingen beter te begrijpen, de DOH gaf opdracht tot een onderzoek door de microbiële ecologen Gary Andersen en Eric Dubinsky van het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab).

Het duo wordt regelmatig uitgenodigd om projecten voor microbiële waterbeoordeling te leiden dankzij hun expertise en ongeëvenaarde toolkit, die draait om een ​​microbiële detectietechnologie ter grootte van een creditcard, de PhyloChip. Uitgevonden door Andersen en anderen in Berkeley Lab in 2008, de PhyloChip is eerder gebruikt om water in de San Francisco Bay Area te monitoren, tropische wateren rond koraalriffen, en door de hele stad Singapore.

Na analyse van monsters van 13 binnen- en kustlocaties die in de loop van een jaar zijn genomen, de wetenschappers concludeerden dat er geen detecteerbaar menselijk afvalwater was in het stroomgebied van Mahaulepu, noch was er een significante aanwezigheid van uitwerpselen van vee of vogels in het wild. Twee stroomgebieden binnen het stroomgebied vertoonden geïsoleerde gevallen van fecale besmetting van varkens en koeien, toch was het populaire strand stroomafwaarts van deze locaties schoon.

"De PhyloChip is in staat om snel de volledige microbiële gemeenschap in de watermonsters te profileren en deze informatie te gebruiken om bacteriën te detecteren die uniek zijn voor specifieke dierlijke of menselijke bronnen, " zei Dubinsky, die ook projectwetenschapper is bij de afdeling Milieuwetenschappen van de University of California Berkeley, Beleid &Beheer. "In tegenstelling tot conventionele fecale besmettingstesten, die een handvol of zelfs maar een enkele soort gebruiken om het potentieel voor besmetting te identificeren, onze aanpak maakt gebruik van een diverse reeks van honderden verschillende bacteriën die kenmerkend zijn voor elke fecale bron. Tegelijkertijd, het kan bijna 60 detecteren, 000 soorten bacteriën en archaea, wat betekent dat we gevaarlijke microben in een waterbron kunnen vinden, zelfs als we ze niet voorzien."

In de naburige waterscheiding van Waikomo, een gebied met het strand van Poipu, een van de populairste toeristische bestemmingen van het eiland - Dubinsky en Andersen vonden slechts minimaal bewijs van menselijke fecale besmetting. De PhyloChip-gegevens suggereerden dat een strand was besmet met menselijke ontlasting door de rioolput van een nabijgelegen hotel. interessant, deze site was niet geïdentificeerd door eerdere monitoring met traditionele FIB-tests.

Nadat de vrees voor wijdverbreide rioleringslekken was weggenomen, de wetenschappers stellen voor dat de historisch hoge FIB-niveaus een misleidend alarmerend gevolg zijn van het gebruik van ouderwetse testmethoden, geen van alle zijn ontworpen voor gebruik in de tropen.

Dubinsky en Andersen geloven dat de aanwezigheid van FIB in het water van Kauai waarschijnlijk te wijten is aan enterokokken en Clostridium perfringens - een geslacht en soort, respectievelijk, die typisch groeien in het spijsverteringskanaal van dieren - bloeiend in de omgeving buiten hun typische biologische gastheren. Ze merken op dat dit fenomeen veel voorkomt in tropische gebieden, dankzij de warmte en vochtigheid, en de natuurlijke aanwezigheid van deze bacteriën in water stelt mensen niet noodzakelijkerwijs een groter risico op gastro-intestinale aandoeningen. Echter, veel standaard detectietests voor fecale bacteriën die worden gebruikt om zwemgaten en stranden te controleren, gebruiken deze organismen als markers van gevaarlijke besmetting.

"De PhyloChip is in staat om een ​​extreem hoog niveau van vertrouwen te bereiken bij het detecteren van specifieke bronnen van besmetting door middel van een uniek proces dat gelijktijdig meer dan een miljoen DNA-sequenties onderzoekt, " zei Andersen, een senior wetenschapper in de Biosciences Area.

in 2017, de PhyloChip trok de aandacht van het Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA). Lopende studies tussen het Andersen-lab en het EPA gebruiken de technologie om de afvoer van fecale landbouw in meerdere stroomgebieden door de VS te evalueren. inclusief Nebraska, Kansas, Georgië, Louisiana, Washington, en Massachusetts. "Ons doel is om gegevens die zijn geproduceerd via de PhyloChip-methode te repliceren en te beoordelen, zodat we deze kunnen vergelijken met andere methoden voor het volgen van bronnen, zei Steven Bakker, de co-hoofdonderzoeker van dit project van EPA Region 7. "Het vergroten van ons vertrouwen in het identificeren wanneer specifieke bronnen van fecale besmetting optreden, versterkt ons vermogen om de juiste managementbeslissingen te nemen en helpt ons prioriteiten te stellen waar we onze mitigatie-inspanningen moeten plaatsen."

Naast de toepassingen voor milieumonitoring, de PhyloChip kan vooruitgang mogelijk maken in het begrijpen en verbeteren van de menselijke gezondheid. tweede genoom, Inc. heeft de technologie in licentie gegeven om therapieën te ontdekken en te ontwikkelen op basis van doelen die zijn geïdentificeerd door het onderzoek van het menselijk microbioom.