Сложная экология выгребных ям
Новое исследование проливает свет на сложные микробные экосистемы в выгребных ямах, которыми пользуются миллиарды людей во всем мире. Результаты важны как для улучшения общественного здоровья, так и для сокращения выбросов парниковых газов, связанных с изменением климата.
«Правильно спроектированные и обслуживаемые выгребные ямы — это не просто ямы в земле для хранения человеческих отходов, — говорит Фрэнсис де лос Рейес, автор-корреспондент статьи и профессор гражданского, строительного и экологического инженеринга в Университете штата Северная Каролина. — Это биологические реакторы, которые помогают разлагать отходы и снижают вероятность того, что неправильно утилизированные отходы создадут проблемы для здоровья человека или окружающей среды».
«Это одна из первых попыток использовать генетические инструменты для лучшего понимания базовых санитарных технологий в странах с низким уровнем дохода, — говорит де лос Рейес. — Улучшение нашего понимания микробных экосистем в этих выгребных ямах может помочь разработать новые методы управления, влияющие на поведение этих экосистем. Эти изменения, в свою очередь, могут способствовать более быстрому разложению человеческих отходов и снижению выбросов парниковых газов».
«Эта работа также служит доказательством концепции использования научных инструментов для мониторинга выгребных ям на наличие патогенов, — говорит Саванна Смит, первый автор статьи и аспирант NC State. — По сути, мы могли бы отслеживать патогены в этих ямах, чтобы информировать меры общественного здравоохранения и снижать вероятность вспышек заболеваний».
Для этого исследования ученые собрали образцы отходов с трех разных глубин из 55 облицованных выгребных ям на окраинах двух городов в Малави. С помощью генетического секвенирования они определили типы микробов в каждом образце и их относительное количество.
«Одним из интересных результатов было то, что микробное сообщество в любой конкретной яме оставалось довольно постоянным, независимо от глубины, — говорит Смит. — Другими словами, сообщество на дне ямы было практически идентично сообществу у поверхности».
«Кроме того, хотя между ямами наблюдалась некоторая вариабельность, общая вариация всех образцов вместе была относительно небольшой. Это говорит о том, что мы можем сделать некоторые общие выводы о микробных сообществах выгребных ям, по крайней мере, в пригородных районах Малави. Это полезно знать, так как может помочь в разработке новых методов управления такими ямами в этом регионе».
«Результаты также подтверждают существующую гипотезу о том, как именно эти микробные сообщества разлагают человеческие отходы, — говорит де лос Рейес. — Разные подгруппы микробного сообщества представлены на разных уровнях: аэробные микробы более многочисленны у поверхности, а анаэробные — глубже в яме. Это ценно как экспериментальное подтверждение давней гипотезы».
«Но это также ценно, потому что проливает свет на то, как эти микробные сообщества производят метан из человеческих отходов, — добавляет де лос Рейес. — Чем лучше мы понимаем этот процесс, тем больше способны разработать методы управления, которые могут препятствовать производству метана. Это важно, потому что метан — мощный парниковый газ».
Исследователи также протестировали все образцы на наличие бактериальных патогенов, влияющих на здоровье человека.
«Наши выводы относительно патогенов отличались от общих выводов о микробных сообществах, — говорит Смит. — Наличие и количество патогенов значительно варьировалось от ямы к яме. Мы также обнаружили, что в одной яме могут быть значительные различия между образцами, взятыми на разных глубинах. Эти данные свидетельствуют о том, что мониторинг выгребных ям может быть ценным эпидемиологическим инструментом, и для выявления патогенов необходимо брать пробы на нескольких глубинах».
Команда NC State надеется продолжить анализ выгребных ям и других санитарных технологий в Малави в будущем, сотрудничая с местными партнерами при поддержке Национального научного фонда (NSF).
«Мы надеемся в дальнейшем продемонстрировать потенциал "эпидемиологии на основе отходов" или микробного наблюдения за санитарными системами как инструмента мониторинга патогенов в сообществе для защиты общественного здоровья», — говорит де лос Рейес.
Статья «Микробное сообщество и состав бактериальных патогенов в выгребных ямах в пригородных районах Малави» опубликована в журнале PLOS Water.