Tidskriften Economist hade ett temanummer om mikroorganismer i kroppen i somras. Av alla celler som finns i kroppen tillhör ungefär 10% människan, medan resten kontrolleras av andra organismer. Alien är här och har alltid varit här, skulle man kunna säga. På IWA World Congress 2012 i Busan i Korea var ett av de tydligaste temana att fler och fler mikrobiologer undersöker komplexiteten i vatten med hjälp av nya kraftfulla analysmetoder. På avdelningen för teknisk mikrobiologi vid Lunds Universitet pågår just nu ett doktorandprojekt som delfinansieras av Svenskt vatten och branschföretag där komplexiteten i biofilmen i dricksvattenledningsnät undersöks med hjälp av metagenomics, på svenska massiv parallellsekvensering. Studien ligger rätt i tiden, minst sagt.
Av: Kenneth M Persson
Massiv parallellsekvensering innebär att hela det extraherbara DNA-materialet i ett biologiskt material kan undersökas och sekvenseras på en gång. Alla mikroorganismer och andra celler som kan tömmas på DNA-innehållet kan artbestämmas.
Artikeln
I en sådan massiv parallellsekvensering har Gomez-Alvarez och medarbetare (2012) jämfört hur biofilmer från två olika vatten skiljer sig i sammansättning. Man provtog dricksvatten som desinficeras med fritt klor och jämförde med dricksvatten som behandlats med monokloramin. Sammanlagt 362.640 (genomsnitt 544 bp) och 155.593 (genomsnitt 554 bp) läsningar gjordes för fritt klor- respektive kloraminprover. De flesta identifierade DNA-markörerna hade bakteriellt ursprung, men även eukaryota, archaeala och virala markörer kunde identifieras. Framför allt var Legionella-liknande gener vanligare i prover med fritt klor, medan mykobakteriella gener oftare förekom i kloraminbehandlat dricksvatten.
Ett uppenbart problem med så stora undersökningar är att resultaten drunknar i den stora mängden information som varje massiv parallellsekvensering levererar. Primitivt sett kan man säga att det inte går att se skogen för alla trän. Men det finns flera högst betydande observationer att hitta i Gomez-Alvarez och medarbetares spännande artikel.
Först och främst ger metoden en nära heltäckande bild av den genetiska komplexiteten i naturliga och odlade mikrobiella populationer. Från att se varje art för sig, kan samverkan mellan olika arter, deras inbördes relationer och antalet relateras till vartannat. På mikrobiologspråk kan man säga att den mikrobiella taxonomiska mångfalden och dess metaboliska potential inom en given miljö kan beskrivas. I förlängningen pratar man om metametabolism, hur de olika mikroorganismerna kommunicerar och metaboliserar (lever) med och av varandra. Vågar jag kalla det totalekologi?
Vid Amerikanska naturvårdsverkets testanläggning i Cincinnati, Ohio togs prover på dricksvattnet från två parallella ledningsnät som simulerade klorerad och kloraminbehandlad dricksvattendistribution.
För beskrivning av hur DNA-materialet analyserades i den massiva parallellsekvensering måste hänvisas till ursprungsartikeln, eftersom arbetsgången är mycket omfattande.
Skillnaderna i taxonomi mellan klorerat och kloraminbehandlat vatten var att Mycobacterium (Actinobacteria), Acidovorax (Betaproteobacteria), Burkholderia (Betaproteobacteria), Pseudomonas (Gammaproteobacteria) och Dechloromonas (Betaproteobacteria) var vanligast i klorerat vatten. I kloraminbehandlat vatten förekom Caulobacter (Alphaproteobacteria), Rhodopseudomonas (Alphaproteobacteria), Synechococcus (cyanobakterier), Bradyrhizobium
(Alphaproteobacteria) och Pseudomonas (Gammaproteobacteria) mest. Skillnaden mellan proverna tyder på att desinfektionsmedel påverkar den mikrobiella sammansättningen i ledningsnätet.
Ledningsnät erbjuder en ganska tuff miljö för mikroorganismer. Det är näringsfattigt, kallt och mörkt. Till yttermera visso tillförs desinfektionsmedel för att försvåra ytterligare för tillväxt. Likväl fann Gomez-Alvarez och medarbetare att en hel mängd olika organismer kunde leva i distributionssystem. Flera sekvenser kunde kopplas till bakteriella grupper och gener med potential för folkhälsan. I båda proven hittades till exempel cyanobakterieliknande sekvenser, även om förekom mest i klorerat vatten. Synechococcus var den mest frekventa cyanobakterien, men det gick att hitta kopplingar också till Anabaena, Gloeobacter, Microcystis och Nostoc. Cyanobakterier är en av de viktigaste grupperna av toxinbildande vattenlevande bakterier.
Arter inom cyanobakteriesläkten som identifierades av Gomez-Alvarez och medarbetare kan producera olika sekundära metaboliter, inklusive microcystiner, cytotoxiner och neurotoxiner.
Andra organismer var mykobakterier, som förekom mest i kloraminbehandlat vatten. Mykobakterier kan bilda slem och exopolymert material (TED) som bidrar till att biofilmer kan etableras lättare på ytor. Också eukaryota, archaeala och virala markörer kunde identifieras.
Data från denna studie tyder på att desinfektion selekterar den mikrobiella ekologin i ledningsnätet. Massiv parallell sekvensering kan också användas för att hitta potentiella fickor med mikroorganismer som skulle kunna vara patogena. Med fler mätningar och förfinade metoder går det att utveckla en mer omfattande förståelse av hur den mikrobiella ekologin fungerar.
Metagenomics-massiv parallellsekvensering kommer att vara en standardmetod för att undersöka effekter av ändrad beredning i vattenverk i framtiden, ändrade flödesförhållanden, nya huvudledningar och kanske på sikt också felsökning av smak- och luktfel i ledningsnät.
Källa: Vicente Gomez-Alvarez, Randy P. Revetta and Jorge W. Santo Domingo (2012). Metagenomic Analyses of Drinking Water Receiving Different Disinfection Treatments. Appl. Environ. Microbiol. 78(17):6095-6102
Hela artikeln finns att köpa från utgivaren här.
