In een project ondersteund door het Oostenrijkse Wetenschapsfonds FWF, de microbioloog Andreas Farnleitner onderzoekt nieuwe methoden om fecale vervuiling in water te analyseren. Met behulp van DNA-analyse, de wetenschapper wil uitgebreide en eenvoudige methoden ontwikkelen om de omvang en oorsprong van fecale vervuiling te bepalen.

anno 2015, de Verenigde Naties formuleerden 17 doelstellingen voor duurzame ontwikkeling. Een van deze doelstellingen is om alle mensen toegang te geven tot schoon water. Momenteel, het water dat voor minstens 1,5 miljard mensen beschikbaar is, is vervuild met uitwerpselen. Dit kan leiden tot ernstige ziekten zoals cholera – ongeveer 500, Jaarlijks worden 000 mensen ziek door het consumeren van vervuild water. Het doel is om dit probleem in 2030 op te lossen, maar het is vaak moeilijk om de juiste maatregelen te nemen, omdat de bron van de vervuiling niet kan worden opgespoord met de momenteel beschikbare tests. In een project gefinancierd door het Oostenrijkse Wetenschapsfonds FWF, een groep onder leiding van Andreas Farnleitner van de Technische Universität Wien (TU Wien) en de Karl Landsteiner University of Health Sciences in Krems wil daar verandering in brengen door onderzoek te doen naar de ontwikkeling van nauwkeurigere en snellere analytische methoden voor water.

Een methode die meer dan 100 jaar oud is

"De afgelopen 120 jaar op basis van de darmbacterie Escherichia coli zijn feces in water aangetoond. Het leeft in de darmen van dieren en mensen, en het is relatief eenvoudig om het in water te detecteren", zegt Farnleitner. "Je filtert het water en zet het filter op een petrischaaltje. Als Escherichia coli aanwezig is, het zal de volgende dag beginnen te groeien en gemakkelijk zichtbare kolonies vormen. Dit is de traditionele methode die wordt gebruikt, conditionering van alle normen wereldwijd." Volgens Farnleitner, echter, deze essentiële standaardmethode voldoet niet meer. "Voor een ding, de test vertelt ons niet de bron van de besmetting. Is het een dier of een mens? Gedomesticeerd of wild dier? Vandaag wil je ook conclusies kunnen trekken over het gezondheidsrisico." de bacterie "Escherichia coli" is ongevaarlijk en niet alle ontlasting bevat gevaarlijke microbiële agentia. "We hebben methoden nodig om te beoordelen welke soorten fecale pathogenen in het water aanwezig kunnen zijn", legt Farnleitner uit.

Fecale bacteriën identificeren aan de hand van hun DNA

In verschillende projecten gefinancierd door de FWF, Farnleitner doet onderzoek naar nieuwe detectiemethoden voor fecale microbiële besmetting in waterbronnen. Hij concentreert zijn inspanningen op populaties van darmbacteriën die in het verleden niet konden worden gedetecteerd, zogenaamde "overvloedige gastheer-geassocieerde bacteriën". "Werkelijk, 'Escherichia coli'-bacteriën spelen alleen een ondersteunende rol in de darmen. Andere bacteriën komen in veel grotere hoeveelheden voor, zelfs enkele ordes van grootte hoger, maar, in tegenstelling tot 'Escherichia coli', ze kunnen niet worden gekweekt door middel van standaardprocessen." Het is mogelijk, echter, om die bacteriën direct op te sporen door middel van hun DNA. "In principe, het lijkt een beetje op het gebruik van DNA-analyse in strafrechtelijke onderzoeken. We analyseren het DNA van fecale bacteriën die relevant zijn voor onze doeleinden."

Uitzoeken welke bacteriën relevant zijn voor een dergelijke analyse staat centraal in een lopend FWF-project. Om het antwoord te vinden, Farnleitner analyseert de uitwerpselen van een grote verscheidenheid aan huisdieren en wilde dieren, inclusief vogels, reptielen, amfibieën en vissen, evenals bodemmonsters, om een ​​database op te stellen van de daar gevonden micro-organismen. "We hebben de fecale database gebouwd die inmiddels uitscheidingen van meer dan 450 verschillende dieren bevat, om een ​​eerste indruk te krijgen van de diversiteit en de verschillen in bacteriepopulaties tussen de verschillende fecale besmettingsbronnen." die wereldwijd werd uitgevoerd, de onderzoekers werden bijgestaan ​​door dierenartsen in een team onder leiding van Chris Walzer en Gabrielle Stalder van de University of Veterinary Medicine, Wenen.

23 miljoen DNA-sequenties

Het onderscheiden van groepen dieren op basis van hun fecale bacteriën stelde de onderzoeksgroep voor nieuwe uitdagingen:“Het is een complexere onderneming dan we dachten. Allereerst stelden we vast dat de ontlasting van herkauwers heel anders is dan de rest. te verwachten omdat hun spijsvertering anders werkt. Het is mooi om te zien dat dit terugkomt in hun darmmicrobioom." Onder andere kwesties, het project betreft de kwestie van "co-evolutie". Sommige darmbacteriën ontwikkelden zich samen met hun gastheer en zijn kenmerkend voor dat organisme. Ze zijn als een vingerafdruk voor de betreffende groep dieren. Dit is precies waar het team van Farnleitner naar op zoek is. Tot nu toe hebben ze 23 miljoen DNA-sequenties geanalyseerd - een aantal dat een uitdaging vormt voor de huidige bioinformatica-methoden. De moleculair bioloog Georg Reischer is verantwoordelijk voor sequentieanalyse, ondersteund door de groep van Prof Ruth Ley aan het Max Planck Instituut in Tübingen, Duitsland.

"In de toekomst kunnen we de uitkomst gebruiken voor veldtesten en snelle detectiemethoden die buiten in de open lucht werken, met behulp van eenvoudige hulpmiddelen. Over de hele wereld, mensen werken aan de ontwikkeling van dergelijke intelligente detectietools", zegt Farnleitner. "Een race is tien jaar geleden gestart in de VS, waar nieuwe regels werden ingevoerd. Als u problemen heeft met de waterkwaliteit in de VS, je moet ook hun bron specificeren. Deze ontwikkeling zal een revolutie teweegbrengen in de analyse van de waterkwaliteit", concludeert Farnleitner. Nutsvoorzieningen, na bijna 150 jaar, de deur staat open voor vooruitgang.