Onderzoekers hebben 's werelds kleinste, DNA-sequencing-apparaat ter grootte van een smartphone om honderden verschillende bacteriën in een rivierecosysteem te volgen.

Schrijven in het journaal eLife , het interdisciplinaire team van de Universiteit van Cambridge, VK, praktische en analytische richtlijnen geven voor het gebruik van het apparaat, genaamd de MinION (van Oxford Nanopore Technologies), om de zoetwatergezondheid te bewaken. Hun richtlijnen beloven een aanzienlijk meer kosteneffectieve en eenvoudige benadering van dit werk buiten het laboratorium, vergeleken met bestaande methoden.

Roeiers en zwemmers in Cambridge worden regelmatig getroffen door wateroverdraagbare infecties zoals de ziekte van Weil, soms leidend tot openbare sluitingen van de iconische waterwegen van de stad. Monitoring van de microbiële soorten in zoet water kan helpen om de aanwezigheid van ziekteverwekkende micro-organismen en zelfs watervervuiling aan te tonen. Maar traditionele tests voor zoetwaterbacteriën vereisen vaak goed uitgeruste laboratoria en complexe methoden voor het kweken van kolonies van individuele bacteriesoorten.

"De directe meting van alle bacteriële DNA-sporen in zoetwater, een benadering die bekend staat als metagenomics, is een waardevol alternatief, maar vereist nog steeds grote, dure apparatuur die moeilijk te bedienen kan zijn, " zegt André Holzer, co-eerste auteur en Ph.D. student aan de vakgroep Plantenwetenschappen, Universiteit van Cambridge. "We wilden de bacteriesoorten die aanwezig zijn in de River Cam beschrijven met behulp van de nieuwe draagbare DNA-sequencing-technologie."

Het team gebruikte het MinION-apparaat om de DNA-sequentie te bepalen van hele groepen micro-organismen die zijn aangetroffen in watermonsters van de rivier de Cam. Maar voordat ze de sequentiegegevens konden gebruiken, ze moesten hun experimentele methoden en analysesoftware optimaliseren. "Het was essentieel om rekening te houden met de kwaliteit van dit nieuwe type bacteriële DNA-sequentie-informatie, " legt Holzer uit. "We hebben veel verschillende algoritmen getest om de gegevens te verwerken om de meest nauwkeurige methoden te vinden."

De onderzoekers gebruikten vervolgens hun geoptimaliseerde richtlijnen om de gegevens te analyseren en met succes de verhoudingen van honderden verschillende bacteriesoorten in het water te meten. Ze namen monsters van negen verschillende locaties langs de rivier, vaak bemonsteren ze de locaties op drie verschillende tijdstippen, zodat ze de proporties van soorten op verschillende locaties en seizoenen konden vergelijken.

Het team was ook in staat om nauw verwante, schadelijke microbiële soorten van niet-schadelijke. Door de monsters van verschillende locaties te vergelijken, ze ontdekten dat er meer potentieel schadelijke bacteriën waren en die geassocieerd met afvalwater stroomafwaarts van de meest bebouwde, stedelijke gebieden van de rivier. Chemische vervolganalyses van de watermonsters die in dezelfde stedelijke gebieden werden verzameld, lieten een bijpassende trend zien van toenemende afvalwatervervuiling in die gebieden.

"Ons werk laat zien hoe MinION en de bijbehorende DNA-sequencing-technologie kunnen worden gebruikt bij het effectief monitoren van zoetwatergezondheid, " zegt Lara Urban, co-hoofdonderzoeker van het werk en nu een Alexander von Humboldt Research Fellow aan de Universiteit van Otago, Nieuw-Zeeland. "Dit is een uitbreiding van de bestaande toepassingen van de technologie, waaronder het nauwkeurig opsporen van virale overdrachten tussen patiënten tijdens de recente ebola, Zika- en SARS-CoV-19-virusuitbraken."

"We hopen dat onze resultaten andere onafhankelijke wetenschappers en collectieven zullen aanmoedigen om over de hele wereld deel te nemen aan vereenvoudigde zoetwaterbeheer- en biodiversiteitstests, " concludeert senior auteur Maximilian Stammnitz, een doctoraat student aan de afdeling Diergeneeskunde, Universiteit van Cambridge.