Neue Methode erkennt menschliche Fäkalienverunreinigungen im Wasser

Das Vorhandensein menschlicher Abfälle in Abwasserüberläufen oder Regenwasserabflüssen, die letztendlich in Flüsse und Seen gelangen, 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. Herkömmlicherweise umfasst die Prüfung auf fäkale Kontamination den Nachweis von fäkalen Indikatorbakterien (FIB), wie z E. coliindem man einen Tropfen des Probenwassers in ein mikrobielles Kulturmedium gibt. 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 meistern, 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.

Nun entwickelten 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 unter Verwendung von CLPs, die dazu in der Lage war mit menschlichem Kot 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 wurde in Band 266 von veröffentlicht Wasserforschung am 15. November 2024 und online verfügbar am 24. August 2024.

„Das Hauptziel dieser Studie bestand darin, die Wirksamkeit und Genauigkeit der Nachweismethoden zur Beurteilung spezifischer Stuhlkontaminationen zu verbessern.“ sagte Dong Woo Kim. Er fügt noch hinzu: „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 13 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 identifizierten 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 von CLPs der Gattung VI oder sogar der Gattung I kann ein praktischer Ansatz zur Überwachung der fäkalen Wasserverschmutzung durch Menschen sein. Ich gehe davon aus, dass unsere Methode im Laufe der Zeit die Hygienevorschriften verbessern und die Kosten für die öffentliche Gesundheit senken kann, indem Abwasser, Abwasser und verschiedene Umweltproben strategisch untersucht werden. Dr. Ok Kyung Koo kommt zu dem Schluss.

Zusammenfassend kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass CLPs, insbesondere der Gattung VI, als lebensfähige MST-Marker verwendet werden könnten, die in der Lage sind, fäkale Kontaminationen beim Menschen gezielt zu erkennen. Dies war 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.

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