Wissenschaftler nutzen virale DNA, um eine fäkale Verunreinigung des Wassers nachzuweisen

Das Vorhandensein menschlicher Abfälle in Abwasserüberläufen oder Regenwasserabflüssen, die letztendlich ihren Weg in Flüsse und Seen finden, stellt eine große Gefahr für die öffentliche Gesundheit dar. Daher ist es zwingend erforderlich, dass Gewässer und Proben kontinuierlich auf das Vorhandensein menschlicher Fäkalienkontaminationen untersucht werden.

Herkömmliche Tests auf fäkale Kontamination beinhalten den Nachweis von fäkalen Indikatorbakterien (FIB), wie z. B. E. coli, durch Zugabe eines Tropfens des Probenwassers zu einem mikrobiellen Kulturmedium. Obwohl die FIB-Erkennung kostengünstig und einfach ist, kann die Methode nicht zur Erkennung geringer Kontaminationen eingesetzt werden. Mit dieser Methode ist es auch nicht möglich, die Quelle der Kontamination zu bestimmen.

Die Verfolgung mikrobieller Quellen (MST) hat das Potenzial, diese Herausforderungen zu bewältigen, indem Biomarker – normalerweise ein Protein, DNA- oder RNA-Segment – ​​erkannt werden, die für eine Wirtsart spezifisch sind. Dies ermöglicht es MST, geringe Kontaminationen in Abwasser, Trinkwasser, Seen usw. zu erkennen und die Wirte zu identifizieren, selbst wenn Fäkalien mehrerer Arten beteiligt sind.

CrAss-ähnliche Phagen (CLPs), eine Klasse von Viren, die Bakterien (Bakteriophagen) infizieren, werden als vielversprechende Gruppe von MST-Markern gefeiert. CLPs sind die am häufigsten vorkommenden Bakteriophagen im menschlichen Darm und viele CLPs kommen nur im menschlichen Darm (und im Kot) vor. Obwohl mehrere Gruppen von CLPs bekannt sind, wurde nur eine einzige Gruppe, die sogenannte Gattung I, als MST-Marker verwendet. Dies wirft die Frage auf, ob die anderen CLPs der Gruppe auch als MST-Marker fungieren und ob sie im Vergleich zur Gattung I lebensfähig sind.

Jetzt haben Dr. Ok Kyung Koo und Dong Woo Kim von der Chungnam National University, Südkorea, in Zusammenarbeit mit Yang Jae Kang und Dong U Woo von der Gyeongsang National University in einer neuen Studie eine neuartige MST-Erkennungsmethode entwickelt, die CLPs verwendet ist in der Lage, mit menschlichen Fäkalien verunreinigtes Wasser gezielt zu erkennen. Die Methode nutzt die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) zum Nachweis von CLP-DNA, wodurch die Methode kostengünstig, selektiv und einfach durchzuführen ist.

Die Studie erscheint In Wasserforschung.

„Das Hauptziel dieser Studie bestand darin, die Wirksamkeit und Genauigkeit der Nachweismethoden zur Beurteilung spezifischer Stuhlkontaminationen zu verbessern“, sagte Kim. „Ein robuster MST-Marker würde uns erheblich dabei helfen, Gesundheitsrisiken durch mit Fäkalien verunreinigtes Wasser zu mindern.“

Um die Wirksamkeit dieser Methode zu testen, sammelten die Forscher Stuhlproben ausgewählter Freiwilliger. In das Experiment wurden auch Kotproben von Wildtieren wie Hunden, Hirschen, Katzen, Vögeln und Waschbären einbezogen, um die Spezifität der Nachweismethode zu testen. Anschließend wurde eine DNA-Extraktion und -Sequenzierung durchgeführt, um virale CLP-Gene zu erkennen und zu klassifizieren.

In menschlichen Darmviren wurden dreizehn verschiedene CLP-Gruppen identifiziert. Anhand dieser CLPs als Vorlage entwickelten die Wissenschaftler dann spezifische Marker für ihren Nachweis mittels PCR und testeten sie auf ihre Fähigkeit, menschliche Fäkalienkontaminationen zu erkennen.

Die Ergebnisse dieser Studie waren ermutigend. CLPs wurden in 91,52 % der menschlichen Kotproben gefunden und fehlten in allen Tierproben außer Waschbären. Von den 13 als identifiziert eingestuften CLP-Gruppen war die Gattung VI in 64,4 % der Proben vorhanden, fast doppelt so viel wie die Gattung I (37,28 %). Darüber hinaus zeigten alle 13 CLP-Gruppen eine gewisse Ähnlichkeit in ihren Gensequenzen, dem sogenannten Hauptkopfprotein-Gen. Dies implizierte, dass ein einziger Marker zum Nachweis mehrerer Gruppen von Kontaminanten verwendet werden könnte.

„Unsere Methode zeigt, dass die Gattung VI ein starker MST-Marker in der koreanischen Bevölkerung ist. Die Verwendung von PCR zum Nachweis von MHP-Genen der CLPs der Gattung VI oder sogar der Gattung I kann ein praktischer Ansatz zur Überwachung der fäkalen Wasserverschmutzung durch Menschen sein. Ich erwarte, dass unsere „Diese Methode kann im Laufe der Zeit die Hygienevorschriften verbessern und die Kosten für die öffentliche Gesundheit durch die strategische Untersuchung von Abwasser, Abwasser und verschiedenen Umweltproben senken“, schließt Dr. Koo.

Zusammenfassend kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass CLPs, insbesondere der Gattung VI, als lebensfähige MST-Marker verwendet werden könnten, die spezifisch menschliche Fäkalienkontaminationen erkennen können. Dies ist bemerkenswert, da menschenspezifische und selektiv gezielte MST-Marker erhebliche Auswirkungen auf Hygienevorschriften haben und durch ihre Anwendung beim Screening von Leber-, Abwasser-, Abwasser- und verschiedenen Umweltproben die Kosten für die öffentliche Gesundheit senken können.