Gli scienziati raccolgono le “impronte microbiche” trovate negli impianti idraulici domestici

Il Safe Drinking Water Act richiede il monitoraggio da parte dei servizi idrici pubblici, ma tali campioni vengono prelevati al di fuori dei confini di proprietà delle singole famiglie. Una volta all’interno di una casa, le comunità microbiche possono cambiare ed evolversi in modi che generalmente non vengono monitorati o addirittura compresi.

Fangqiong Ling, assistente professore di ingegneria energetica, ambientale e chimica presso la McKelvey School of Engineering della Washington University di St. Louis, sta lavorando per cambiare la situazione, insieme ai suoi colleghi e studenti del gruppo di ricercatori sulla qualità dell’acqua della scuola.

Per un articolo pubblicato il 10 dicembre a Natura Acqua, Ling e colleghi hanno condiviso i risultati del campionamento dei rubinetti del bagno di otto famiglie nell’area metropolitana di St. Louis. Hanno campionato le case per sette giorni per vedere il flusso e il cambiamento delle diverse popolazioni di batteri. Hanno scoperto che, sebbene le case generalmente condividessero le principali categorie di batteri, fino al livello di specie, c’era un’ampia variazione da casa a casa.

“Le case hanno la loro firma unica rispetto al resto”, ha detto Ling.

Tutta l’acqua del rubinetto pubblico è soggetta a trattamenti e disinfettanti rigorosi, quindi il numero di cellule microbiche rilevate era molto piccolo: un’altra sfida per il monitoraggio.

Ma i sopravvissuti che trovano sono tenaci. I ricercatori prevedevano di vedere i geni della resistenza agli antibiotici nei microbiomi dell’acqua del rubinetto e hanno trovato questo schema.

Usare lo stesso disinfettante comune significa che un gruppo riconoscibile di microbi può potenzialmente sviluppare resistenza a quel disinfettante. I ricercatori hanno trovato un modello di quel “resistoma” tra le famiglie. Ma cosa spiega l’enorme varietà di specie?

La modellizzazione computerizzata suggerisce che i microbi inizialmente stabiliscono le loro comunità attraverso processi sia deterministici che stocastici, ovvero eventi casuali, che potrebbero spiegare perché esiste un’enorme variazione a livello di specie, da famiglia a famiglia.

Per l’acqua domestica, questi processi potrebbero coinvolgere i tempi casuali dell’arrivo dei microbi in casa, le loro dinamiche di crescita e una serie di fattori che non sono ancora stati compresi.

La ricerca mira a monitorare, anticipare e prevenire epidemie di agenti patogeni e batteri opportunisti che diffondono malattie. Questo tipo di monitoraggio è in fase di sviluppo per edifici e istituzioni di grandi dimensioni come gli ospedali, ma è raro per le singole famiglie.

“Le case sono ancora il luogo in cui avviene la maggior parte delle nostre interazioni con l’acqua, quindi vogliamo studiare le famiglie”, ha detto Ling.

Anche se i ricercatori hanno trovato agenti patogeni o batteri che causano malattie (in piccole quantità) nelle case, ciò non significa necessariamente che l’acqua domestica non sia sicura, ma i regolatori della sanità pubblica dovrebbero tenere un controllo più attento, ha detto.

Lin Zhang, studente di dottorato di Ling, autore principale dell’articolo su Nature Water, ha creato un modo per raccogliere i campioni reclutando studenti delle scuole superiori per fungere da “scienziati di comunità”. Quegli studenti hanno raccolto campioni da circa 100 famiglie nell’area metropolitana di St. Louis, i dati che Zhang sta analizzando per il suo progetto di dottorato finale.

Sebbene i batteri associati agli impianti idraulici siano generalmente innocui, i geni di resistenza che trasportano possono essere trasferiti agli agenti patogeni quando gli individui sono sottoposti a trattamenti antibiotici. Poiché le persone hanno frequenti contatti con questi batteri attraverso attività come la doccia e l’uso dell’acqua, c’è un forte incentivo a comprendere meglio il microbioma e il “resistoma” nei sistemi idraulici, nonché il modo in cui interagiscono con gli esseri umani.

Nel frattempo, Zhang è gratificata di poter fare ricerche che possono avere un beneficio locale e di lavorare con gli studenti.

“Mi piace il fatto che siamo riusciti a dare agli studenti delle scuole superiori uno sguardo sulla ricerca nel mondo reale e sul metodo scientifico”, ha detto. “Speriamo che questo possa motivarli a perseguire un futuro nell’ingegneria ambientale.”

Fissare i tubi

Quest’autunno, l’Environmental Protection Agency ha istituito una norma secondo cui tutti i comuni che forniscono acqua saranno tenuti a sostituire i tubi di piombo entro il prossimo decennio. Con il cambiamento delle infrastrutture, potrebbero esserci anche opportunità per migliorare il monitoraggio oltre i metalli e istituire misure di mitigazione per le microplastiche e il microbioma.

È tutto “a portata di mano” per Dan Giammar, professore di ingegneria ambientale Walter E. Browne, che nei prossimi anni sarà a capo di una serie di progetti per monitorare e migliorare le fonti di acqua potabile.

“Gli aspetti della qualità dell’acqua potabile che possono cambiare tra l’impianto di trattamento e il rubinetto del cliente sono stati frustrantemente difficili da monitorare”, ha affermato Giammar. “Questo lavoro innovativo fornisce nuove informazioni su come crescono i microbi e quali microbi sono presenti nelle tubature dei locali.”

Man mano che Ling e Zhang approfondiscono i test sugli impianti idraulici domestici, probabilmente sorgeranno più domande perché quando si tratta di vita microbica, nulla è come sembra.

“Più case campioniamo, maggiore è la diversità che vediamo”, ha detto Ling. Questo lavoro è stato sostenuto da un McKelvey School of Engineering Startup Fund e da un Ralph E. Powe Junior Faculty Enhancement Award da parte delle Oak Ridge Associated Universities to FL. Questa ricerca è stata anche parzialmente supportata dalla Division of Chemical, Bioengineering, Environmental and Transport Systems (CBET ) della National Science Foundation con il premio 2047470 a FL