实验室技术在夏威夷水污染问题中提供了清晰度

当您想到夏威夷时，首先想到的是热带海滩，温暖宜人的海水。事实上，有利的海滩水质是夏威夷180亿美元年度旅游业的生命线，这是该州经济的最大单一贡献者。因此，夏威夷水务官员不断监测可能威胁其主要吸引力的污染源并不奇怪。

多年来，常规检测表明，考艾岛东南部的Mahaulepu Valley和Waikomo Stream的流域经常含有大量潜在致病性粪便指示菌(FIB)。虽然过去的调查已经得出结论，FIB没有通过污水泄漏或非法污水倾倒引入水中，但夏威夷卫生部(DOH)仍然关注消息来源。为了更好地了解高FIB计数的原因，DOH委托劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)微生态生态学家Gary Andersen和Eric Dubinsky进行了一项研究。

由于他们的专业知识和无与伦比的工具包，该二重奏组经常被邀请领导微生物水评估项目，该工具包以信用卡大小的微生物检测技术PhyloChip为中心。PhyloChip于2008年由伯克利实验室的Andersen和其他人发明，之前用于监测旧金山湾区的水，珊瑚礁周围的热带水域以及整个新加坡城市的水。

在对一年内采集的13个内陆和沿海地区的样本进行分析后，科学家得出结论，在Mahaulepu流域没有可检测到的人类污水，也没有大量存在的牲畜或禽类野生动物粪便物质。流域内的两个溪流地点确实显示了猪和牛粪污染的孤立事件，但这些地点下游的流行海滩区域是干净的。

“PhyloChip能够快速分析水样中存在的整个微生物群落，并利用这些信息检测特定动物或人类来源的细菌，”Dubinsky说，他也是加州大学伯克利分校的项目科学家。环境科学，政策与管理系。“与传统的粪便污染测试不同，传统的粪便污染测试使用少量甚至单一物种来识别污染的可能性，我们的方法使用了各种粪便来源的数百种不同细菌。同时，它可以检测近6万种细菌和古细菌，这意味着我们可以在水源中找到危险的微生物，即使我们没有预料到它们。“

Gary Andersen(左)与Poipu的采样点(来自左至右)Wataru Kumangai，Gary Ueunten和来自夏威夷州DOH的Watson Okubo站在一起。图片来源：Eric Dubinsky / Berkeley Lab

在邻近的Waikomo流域 - 包括Poipu海滩的地区，该岛最受欢迎的旅游目的地之一--Dubinsky和Andersen只发现了人类粪便污染的极少数证据。PhyloChip的数据显示，附近一家酒店的污水井已经有一个海滩被人类粪便污染。有趣的是，过去使用传统的FIB测试监测并未发现该站点。

消除了对污水系统广泛泄漏的担忧，科学家们提出，历史上高FIB水平是使用老式测试方法的误导性结果，这些方法都没有设计用于热带地区。

杜宾斯基和安徒生认为，在考艾岛的水中存在FIB可能是由于肠球菌和产气荚膜梭菌 - 一种属和种类，通常在动物消化道内生长 - 在其典型生物宿主之外的环境中繁盛。他们指出，由于高温和潮湿，这种现象在热带地区很常见，这些细菌在水中的自然存在并不一定会使人们更容易患胃肠道疾病。然而，许多用于监测游泳洞和海滩的标准粪便细菌检测试验使用这些生物作为危险污染的标志。

“PhyloChip能够通过一种独特的过程检测特定的污染源，从而获得极高的信心，同时检测超过一百万个DNA序列，”生物科学领域的资深科学家安德森说。

2017年，PhyloChip引起了美国环境保护署(EPA)的兴趣。安达信实验室和美国环保署正在进行的研究正在利用该技术评估美国多个流域的农业粪便径流，包括内布拉斯加州，堪萨斯州，佐治亚州，路易斯安那州，华盛顿州和马萨诸塞州。“我们的目标是复制和审查通过PhyloChip方法生成的数据，以便我们可以将其与其他源跟踪方法进行比较，”来自EPA 7区的该项目的联合首席研究员Steven Baker说。“增加我们对确定何时发生粪便污染的具体来源可以加强我们做出正确管理决策的能力，并帮助我们确定减排工作的优先顺序。“

除了环境监测应用之外，PhyloChip还可以促进理解和改善人类健康。Second Genome，Inc。已经授权该技术基于通过检查人类微生物组确定的目标来发现和开发治疗剂。