Микробы в водопроводной воде, поставляемой современными системами водоснабжения в развитой стране, также в большинстве своем безвредны — за некоторыми заметными исключениями.Группа исследователей Технологического института Вирджинии изучает проблемы, связанные с четырьмя часто смертельными патогенами, которые были зарегистрированы в бытовой или больничной водопроводной воде.
Они предлагают бороться с этими условно-патогенными микроорганизмами с помощью безвредных микробов — пробиотический подход для очистки водопровода.В статье для журнала «Наука об окружающей среде и технологии» Американского химического общества исследователи проанализировали исследования условно-патогенных микроорганизмов, которые колонизировали водные системы внутри зданий — между точкой доставки и краном.
Они определяют пробиотический подход как намеренное создание условий, которые выбирают желаемое микробное сообщество или микробиом.«Мы предлагаем новый взгляд на борьбу с болезнетворными микроорганизмами, передающимися через воду», — сказала Эми Пруден, профессор гражданской и экологической инженерии, чьи устойчивые исследования воды поддерживаются Институтом критических технологий и прикладных наук.«У нас есть новые инструменты — инструменты для секвенирования ДНК следующего поколения, которые появились в сети только за последние пять лет», — сказал Пруден. «Они предоставляют беспрецедентную информацию о микробах во всех видах окружающей среды, включая« чистую »питьевую воду.
Эти инструменты действительно удивили нас, показав количество и разнообразие микробов. В домашней воде могут быть тысячи различных видов бактерий. поставка."Исследователи сосредоточили свое внимание на нескольких условно-патогенных микроорганизмах, включая легионеллу, печально известную причину смертельной болезни легионеров и более легкой лихорадки Понтиак; Комплекс Mycobacterium avium, вызывающий легочные риски и являющийся наиболее дорогостоящим заболеванием, передающимся через воду, с точки зрения индивидуальных посещений больницы; и синегнойная палочка, основная причина внутрибольничных инфекций.Кроме того, они изучили патогенные свободноживущие амебы, которые являются микроорганизмами-хозяевами, которые усиливают рост бактериальных патогенов в воде, особенно Legionella и M. avium, защищая их и предоставляя им место для размножения.
Пруден, который по-прежнему предпочитает пить воду из-под крана, а не воду в бутылках, отмечает, что эти патогены являются «оппортунистическими», потому что они наиболее опасны для людей, которые болеют, например тех, кто уже находится в больнице, и людей с более слабой иммунной системой, включая пожилой.«С патогенами из фекалий борются путем фильтрации или дезинфекции. Они являются естественными для теплокровных животных и не выживают долго вне этой среды. Эти патогены следующего поколения живут в биопленках в водных системах», — сказал Пруден. «Нам необходимо лучше понимать условия и типы бактерий, чтобы иметь лучшие возможности для борьбы с болезнями, передаваемыми через воду».
Хун Ван, научный сотрудник отдела гражданского строительства Технологического института Вирджинии, является первым автором статьи «Пробиотический подход к контролю патогенов в системах водоснабжения помещений? Обзор», которая была впервые опубликована в августе. Ван провела докторское исследование факторов, способствующих росту условно-патогенных микроорганизмов в строительстве водопровода.
В феврале 2013 года она получила диплом инженера-строителя.Бытовая сантехника с большим количеством поверхностей, ночным бездействием и более высокими температурами обеспечивает идеальные экологические ниши для условно-патогенных микроорганизмов.
Они могут легко образовывать колонии или биопленки. Затем биопленка предоставляет услуги резидентным микроорганизмам, такие как адаптация к окружающей среде и сопротивление разрушению и дезинфекции.Биопленки условно-патогенных микроорганизмов были обнаружены в холодной и горячей воде, а также на насадках для душа, водопроводных кранах, станциях для промывания глаз и фильтрах для воды.
«Например, M. avium были в 100 раз более распространены в биопленках в душевых лейках, чем в объемной воде, что свидетельствует об их предпочтении биопленкам», — сказал соавтор статьи Джозеф О. Фолкинхэм III, профессор биологических наук в Колледже естественных наук. Наука в Технологическом университете Вирджинии и одна из первых, кто связал M. avium, обнаруженный в душе, с легочными заболеваниями.Исследовательская группа изучила методы борьбы с условно-патогенными микроорганизмами с помощью дезинфицирующих средств, таких как хлор или хлорамин, и обнаружила препятствия.
Некоторые патогены игнорируют дезинфицирующие средства, которые могут повредить водопровод и вызвать образование накипи и коррозию в трубах, которые могут выделять металлы в воду и фактически служить источником питательных веществ для некоторых патогенов.«Необходимые знания и техническое обслуживание являются серьезными препятствиями», — сказал соавтор Марк Эдвардс, профессор гражданского строительства и инженерии окружающей среды.Пруден сказал, что водопровод по своей природе наполнен богатым микробиомом, который невозможно искоренить, и попытки дезинфицировать окружающую среду могут иметь пагубные последствия для безвредных, потенциально полезных микробов.
«Мы считаем, что этот микробиом можно использовать для борьбы с условно-патогенными микроорганизмами», — сказал Пруден.Например, доброкачественные микробы могут превзойти патогены в питательных веществах, пространстве и других потребностях, таких как помощь амебы в качестве хозяев.
По словам Фалкинхама, ограничение количества амеб с помощью амебного или бактериального вируса также является стратегией.Кроме того, некоторые микробы выделяют вещества, препятствующие прикреплению болезнетворных микроорганизмов к поверхности, что предотвращает образование вредной биопленки.
Альтернативный подход — химический синтез и скрининг имитирующих молекулы природных ингибиторов для контроля образования биопленок.«Конечно, перед введением этих конкурентоспособных организмов необходимо провести тщательный отбор», — сказал Пруден.Исследователи Технологического института Вирджинии Ван, Эдвардс, Фолкинхэм и Пруден, автор-корреспондент, пришли к заключению в своей статье: «Решающее значение имеют дальнейшие исследования взаимодействия между целевыми условно-патогенными микроорганизмами и другими микробами в различных условиях питьевой воды».
Пруден, Эдвардс и Энни Пирс, доцент кафедры строительства зданий в Колледже архитектуры и урбанистики, получили трехлетний грант в размере 300000 долларов от Программы экологической устойчивости Национального научного фонда на изучение инфраструктуры горячего водоснабжения в жилых домах. частично совпадающие и иногда противоречащие друг другу вопросы общественного здравоохранения, экономии воды и энергии.Например, водяное отопление потребляет больше энергии, чем водоснабжение и водоотведение вместе взятые. Энергосбережение — это проблема, но общественное здравоохранение требует достаточно высокой температуры, чтобы убить патогены.
Однако высокая температура может вызвать ожоги и сократить срок службы резервуара. Исследователи проведут комплексную оценку систем с точки зрения общественного здоровья, энергетических целей и экономии воды.