Новый метод обнаруживает загрязнение воды для купания всего за 20 минут

Урбанизация и потепление климата приводят к тому, что всё больше людей хотят купаться в каналах, гаванях и на городских пляжах. Однако это означает, что они могут плавать рядом с местами сброса очищенных сточных и ливневых вод, которые могут содержать бактерии, вирусы и другие патогены, опасные для здоровья. Новый метод, протестированный в Швеции Лундским университетом, позволяет быстрее и полнее оценить безопасность воды для купания.

Инновация, разработанная исследователями из Лундского университета, Шведского института исследования воды и Университета Кристианстада, успешно протестирована в Хельсингборге, где время получения результата сократилось с нескольких дней до нескольких часов. Исследование опубликовано в журнале Water Research X.

«Регулярный мониторинг необходим для обеспечения безопасности воды. Бактерии E. coli являются так называемыми индикаторными бактериями и служат сигналом тревоги о возможном присутствии в воде микроорганизмов, способных вызвать заболевание», — говорит Катрин Пол, доцент кафедры инженерии водных ресурсов Лундского университета.

В настоящее время наиболее распространённым методом является культивирование E. coli. Результаты получают через несколько дней, что увеличивает риск ненужного воздействия бактерий, а также потенциально вирусов и других патогенов.

Новый метод вместо этого анализирует всё сообщество бактерий в воде, которое меняется при наличии проблемы, и связывает эти изменения с обычными измерениями E. coli с помощью машинного обучения и проточной цитометрии (разновидность жидкостного лазерного сканера для обнаружения клеток и других частиц).

Вместе с двумя другими экспертами по водным бактериям — аспиранткой Изабель Эрб из отдела технической микробиологии Лундского университета и Шведского института исследования воды и специалистом по информатике Никласом Гадором из Университета Кристианстада — команда проверила идею на практике.

Несколько преимуществ

По словам исследователей, метод имеет несколько преимуществ по сравнению с альтернативами на рынке:

• Быстрее — анализ образца воды занимает около 20 минут.
• Дешевле и проще — требует меньше работы и химических реагентов, чем, например, ПЦР-анализ.
• Автоматизирован — весь процесс может выполняться машиной, экономя время и персонал.
• Более устойчивый — использует меньше ресурсов, чем традиционные методы.

Открытый исходный код

Ещё одним преимуществом является использование методом открытого исходного кода.

«Метод бесплатен для тестирования всеми желающими. Однако для его применения нужен доступ к проточному цитометру, поэтому он не для личного использования», — говорит Изабель Эрб.

Проточная цитометрия — это метод, использующий лазеры для сканирования клеток и мелких частиц в образцах воды. В течение нескольких минут он создаёт «отпечаток пальца», описывающий все бактерии в образце.

С помощью кода программное обеспечение интерпретирует данные и даёт ответ с 80% надёжностью о наличии и количестве E. coli в воде.

План: определить источник загрязнения воды

В отличие от традиционных методов, исследователи фокусируются на целых бактериальных сообществах, или микробиомах, что позволяет обнаруживать изменения даже при отсутствии E. coli.

«С обзором всего микробиома мы в будущем сможем идентифицировать источник загрязнения. Например, микробиом птичьего помёта выглядит совершенно иначе, чем микробиом очищенных сточных вод».

Преимуществ много: анализ занимает около 20 минут, требует меньше химических реагентов и может быть автоматизирован. Машина может измерять образцы воды каждые 30 минут. В будущем цель — чтобы результаты отправлялись напрямую в систему данных, которая решает, следует ли выдавать предупреждение. Дорогостоящие и трудоёмкие тесты, такие как ПЦР, можно будет затем добавлять для получения более детальной информации и подтверждения.

«Следующий шаг — протестировать метод в большем количестве ситуаций, например, в питьевой воде, и улучшить алгоритмы для ещё более надёжных прогнозов», — заключает Пол.