Vóór de Toledo-watercrisis van 2014 zaten een half miljoen inwoners drie dagen zonder veilig drinkwater, Het onderzoek van Dr. Jason Huntley aan de Universiteit van Toledo was gericht op bacteriën die longontsteking veroorzaken.

Nadat de schadelijke algenbloei aanleiding gaf tot het advies "Niet drinken" van de stad Toledo, de microbioloog breidde zijn onderzoeksprojecten uit naar microcystine.

"Ik woon hier, en ik heb een jonge zoon, " zei Huntley, universitair hoofddocent bij de UT-afdeling Medische Microbiologie en Immunologie van het College of Medicine and Life Sciences. "Ik wil geen giftige stoffen in het water, en ik zet me in om de waterzuiveringsinstallatie te helpen het publiek te beschermen."

Huntley's onderzoekslaboratorium heeft onlangs grote vooruitgang geboekt in zijn missie om een ​​biofilter te creëren dat van nature voorkomende Lake Erie-bacteriën gebruikt om microcystine te verwijderen dat vrijkomt door schadelijke algenbloei uit drinkwater, het gebruik van chloor en andere chemicaliën te verminderen of te elimineren.

"We hebben groepen bacteriën in Lake Erie geïdentificeerd die kunnen worden gebruikt om water op natuurlijke wijze te zuiveren. Voor zover wij weten, deze bacteriën zijn niet eerder gebruikt om schadelijke algenbloei in andere delen van de wereld te bestrijden, ' zei Huntley.

De microbiologen hebben met succes bacteriën uit Lake Erie geïsoleerd die het microcystinetoxine afbreken dat bekend staat als MC-LR - het meest giftige, meest voorkomende en meest nauw verbonden met leverkanker en andere ziekten - met een dagelijkse snelheid van maximaal 19 delen per miljard (ppb).

Wateranalisten en toxicologen meten microcystine en andere verontreinigingen met behulp van de metriek ppb; één ppb is één deel op 1 miljard. Deze ppb-nummers zijn belangrijk voor de menselijke gezondheid omdat het Amerikaanse Environmental Protection Agency jonge kinderen aanbeveelt geen water te drinken dat meer dan 0,3 ppb microcystine bevat en volwassenen geen water te drinken dat meer dan 1,6 ppb microcystine bevat.

"De bacteriën die we hebben geïdentificeerd, kunnen veel meer toxine afbreken dan werd gemeld in de watercrisis van 2014, Huntley zei. "Op basis van geregistreerde toxineniveaus in Lake Erie in de afgelopen jaren, deze snelheden zouden in staat zijn om microcystine effectief uit de watervoorziening te verwijderen."

Geen van de 13 microcystine-afbrekende bacteriële isolaten is in verband gebracht met ziekten bij de mens, dus het is onwaarschijnlijk dat het gebruik ervan in toekomstige waterzuiverende biofilters een probleem voor de volksgezondheid vormt. De geïdentificeerde bacteriën zijn onder meer lectobacillus major, Pseudomonas lutea, Agrobacterium albertimagni, Leadbetterella doorssophila, Pseudomonas putida, fletobacillus grote, Pseudomonas hunanensis, Runella slithyformis, Porphyrobacter sp., Pseudomonas parafulva, Sphingobium yanoikuyae, Pseudomonas fluorescens en Sphingobium yanoikuyae.

Het onderzoek is gepubliceerd in het februarinummer van de Journal of Great Lakes Research .

Onderzoekers in Australië, China en andere landen hebben ook bacteriën geïdentificeerd die microcystine van algenbloei kunnen opeten en afbreken, echter, Huntley zei dat die specifieke soorten bacteriën in geen van zijn Lake Erie-onderzoeken werden gevonden.

Dertien watermonsters die voor het onderzoek werden gebruikt, werden verzameld van zichtbare algenbloei in de zomers van 2014 en 2015 in het westelijke stroomgebied van Lake Erie. De wetenschappers voegden gedurende ongeveer vier weken elke drie tot vier dagen MC-LR toe aan elk watermonster. naast een controlegroep die geen aanvullende MC-LR ontving.

Het laboratorium gebruikte meerdere benaderingen om de resultaten van microcystineafbraak te bevestigen, inclusief massaspectrometrie en de ELISA-test, wat de standaardmethode is die exploitanten van waterzuiveringsinstallaties gebruiken om de microcystineconcentratie te meten tijdens het bloeiseizoen van algen.

Zijn laboratorium is nu bezig met het identificeren van de enzymatische routes die de bacteriën gebruiken om microcystine af te breken.

Momenteel, gemeentelijke waterzuiveringsinstallaties verwijderen of breken microcystine af met behulp van methoden zoals chlorering, ozonisatie, adsorptie en flocculatie van actieve kool.

"Die technieken zijn niet ideaal vanwege de hoge kosten, beperkte verwijderingsefficiëntie, en ze leiden tot de productie van schadelijke bijproducten of gevaarlijk afval, " Zei Huntley. "Biofilters zijn een kosteneffectief en veilig alternatief voor het gebruik van chemicaliën en andere conventionele waterbehandelingspraktijken."

"We zijn erg enthousiast over het onderzoek en de bevindingen, " zei Andrew McClure, beheerder van de waterzuiveringsinstallatie Collins Park van de stad Toledo. "We hebben voorbereidende gesprekken gehad met Dr. Huntley over manieren waarop we het kunnen implementeren als een behandelingstechniek in het proces van onze fabriek."

Het team van Huntley is bezig met het ontwikkelen en testen van biofilters:waterfilters die de gespecialiseerde bacteriën bevatten die microcystinetoxines afbreken uit meerwater terwijl het door het filter stroomt. Huntley heeft een voorlopig patent op deze technologie.

Het onderzoek werd ondersteund door subsidies van het Ohio Department of Higher Education via het Harmful Algal Bloom Research Initiative van de staat, die bestaat uit 54 wetenschappelijke teams aan universiteiten in de hele staat die oplossingen zoeken om giftige algen in Lake Erie aan te pakken.