Любопытство рыбака привело к выявлению корреляции между микробными сообществами в рекреационных пресноводных районах и сезонными изменениями окружающей среды, по словам группы исследователей из штата Пенсильвания.
Закари Уигли, выпускник Penn State Berks 2018 года и заядлый рыбак, заметил, что качество воды, в которой он ловил рыбу, менялось в зависимости от местных условий. Он спросил Тами Мисилвек, адъюнкт-профессора биологии и одного из своих учителей, может ли он использовать некоторые из ее лаборатории Biolog Ecoplates для тестирования воды, и начался многолетний проект на трех объектах по тестированию пресной воды в водоразделе Голубого болота в Пенсильвании.
«Зак пришел ко мне, потому что он заядлый рыбак, а наш кампус примыкает к притоку реки Шуйлкилл, ручью Тулпехокен», - сказал Мисилвек. «Когда он пошел на рыбалку, он заметил изменения в воде и рыбе в разное время.
Biolog Ecoplates имеются в продаже и содержат три набора идентичных лунок, предназначенных для тестирования 31 различных форм углеродсодержащих химических веществ. Бактериальные сообщества имеют идентифицируемые модели реакции на этих пластинах, и исследователи могут характеризовать сообщества и отслеживать изменения в них во времени и при изменении окружающей среды.
Первый проверенный участок находится на ручье, в который поступают стоки с сельскохозяйственных угодий. Второй участок представляет собой озеро с искусственной плотиной, что необычно, поскольку вода из озера вытекает снизу, а не падает через водосброс. Третий участок находится ниже по течению, в районе промышленных комплексов, больницы и аэропорта.
«Эти три объекта находятся в трех разных экологических зонах, - сказал Мисилвец. «Качество воды меняется в зависимости от сезона, что приводит к вопросу о том, что происходит с потенциальными патогенами».
Тестовые пластины могут дать представление о том, что микробы в воде любят есть, и исходя из этого можно составить профиль бактерий. Некоторыми из протестированных химических веществ являются антибиотики, питательные вещества, факторы роста и другие метаболиты.
Исследователи, в том числе Джилл М. Фелкер, технолог-исследователь в Penn State Berks и аспирант в Antioch New England, и Кэтрин Х. Бейкер, почетный доцент Школы науки, инженерии и технологий в Penn State Harrisburg, посмотрел на количество бактерий E. coli и Enterococci, потому что это две бактерии, которые Агентство по охране окружающей среды США использует, чтобы решить, безопасны ли рекреационные водные пути.
«Мы обнаружили, что уровень воды в озере рядом с местом проведения исследования превышал допустимые значения в 93% случаев», - сказал Фелкер. «Мы также обнаружили, что в зависимости от сезона E. coli может быть на 36 процентов выше, чем ранее, а энтерококки могут быть на 86 процентов выше, чем ранее.
«Мы не знаем, почему это происходит», - продолжила она. Исследователи задаются вопросом, являются ли это фосфаты и нитраты стоками от сельскохозяйственных животных или удобрений.
Исследователи также использовали рибосомное секвенирование 16S, чтобы получить снимок патогенных бактерий в образцах. Ген 16S рРНК присутствует во всех бактериях, и различия в этом гене могут идентифицировать типы бактерий. все три сайта и между тремя сайтами. Уровни нитратов и фосфатов повышались поздней осенью и в середине весны. Они обнаружили, что микробные популяции варьировались между тремя участками, при этом количество колоний увеличивалось в теплые месяцы и достигало пика, когда использование человеком водных путей было максимальным.
Признаками использования человеком были уровни химических веществ, используемых в продуктах личной гигиены и сельскохозяйственной практике.
Исследователи отметили, что «обычная человеческая практика потенциально может изменить химический состав водного пути, что приведет к преимущественному отбору патогенных микробных сообществ».
Также над этим проектом работали студенты Джошуа Прайс и Мелисса Бухтер, недавно окончившие Penn State Berks.