Una de las primeras cosas que te viene a la mente cuando piensas en Hawái es cálido, playas tropicales con invitaciones, agua clara. De hecho, la calidad favorable del agua de la playa es el elemento vital de la industria turística anual de $ 18 mil millones de Hawái, el mayor contribuyente individual a la economía del estado. Entonces, No es de extrañar que los funcionarios del agua de Hawái controlen continuamente las fuentes de contaminación que podrían amenazar su principal atracción.

Durante años, Las pruebas de rutina han demostrado que las cuencas hidrográficas del valle de Mahaulepu y el arroyo Waikomo en el sureste de Kauai contienen con frecuencia altos recuentos de bacterias indicadoras fecales (FIB) potencialmente patógenas. Aunque investigaciones anteriores han concluido que los FIB no se están introduciendo en el agua a través de fugas de aguas residuales o vertidos ilegales de aguas residuales, el Departamento de Salud de Hawái (DOH) seguía preocupado por la fuente. Para comprender mejor la causa de los altos recuentos de FIB, el DOH encargó un estudio a los ecologistas microbianos Gary Andersen y Eric Dubinsky del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab).

El dúo es invitado con frecuencia a liderar proyectos de evaluación microbiana del agua gracias a su experiencia y su incomparable conjunto de herramientas. que se centra en una tecnología de detección microbiana del tamaño de una tarjeta de crédito llamada PhyloChip. Inventado por Andersen y otros en Berkeley Lab en 2008, el PhyloChip se ha utilizado anteriormente para monitorear el agua en el Área de la Bahía de San Francisco, aguas tropicales alrededor de los arrecifes de coral, y en toda la ciudad de Singapur.

Después de analizar muestras de 13 sitios interiores y costeros tomadas en el transcurso de un año, los científicos concluyeron que no había aguas residuales humanas detectables en la cuenca del Mahaulepu, tampoco hubo una presencia significativa de materia fecal de ganado o aves silvestres. Dos sitios de arroyos dentro de la cuenca mostraron incidencias aisladas de contaminación fecal de cerdos y vacas, sin embargo, la popular zona de playa río abajo de estos sitios estaba limpia.

"El PhyloChip puede perfilar rápidamente toda la comunidad microbiana presente en las muestras de agua y utilizar esta información para detectar bacterias que son exclusivas de fuentes animales o humanas específicas, "dijo Dubinsky, quien también es científico de proyectos en el Departamento de Ciencias Ambientales de la Universidad de California en Berkeley, Política y gestión. "A diferencia de las pruebas de contaminación fecal convencionales, que utilizan un puñado o incluso una sola especie para identificar el potencial de contaminación, nuestro enfoque utiliza un conjunto diverso de cientos de bacterias diferentes que son características de cada fuente fecal. Al mismo tiempo, puede detectar casi 60, 000 especies de bacterias y arqueas, lo que significa que podemos encontrar microbios peligrosos presentes en una fuente de agua incluso si no los anticipamos ".

En la cuenca hidrográfica vecina de Waikomo, un área que incluye la playa de Poipu, uno de los destinos turísticos más populares de la isla:Dubinsky y Andersen encontraron solo una mínima evidencia de contaminación fecal humana. Los datos de PhyloChip sugirieron que una playa había sido contaminada con materia fecal humana por el pozo de aguas residuales de un hotel cercano. Curiosamente, este sitio no había sido identificado por el monitoreo anterior con las pruebas tradicionales de FIB.

Habiendo disipado los temores de fugas generalizadas en el sistema de alcantarillado, los científicos proponen que los niveles históricamente altos de FIB son una consecuencia engañosamente alarmante del uso de métodos de prueba de la vieja escuela, ninguno de los cuales fue diseñado para su uso en los trópicos.

Dubinsky y Andersen creen que la presencia de FIB en el agua de Kauai probablemente se deba a enterococos y Clostridium perfringens, un género y especie, respectivamente, que normalmente crecen dentro del tracto digestivo de los animales, floreciendo en el medio ambiente fuera de sus hospedadores biológicos típicos. Señalan que este fenómeno es común en las regiones tropicales, gracias al calor y la humedad, y la presencia natural de estas bacterias en el agua no necesariamente pone a las personas en mayor riesgo de enfermedades gastrointestinales. Sin embargo, Muchas pruebas estándar de detección de bacterias fecales empleadas para monitorear pozas y playas usan estos organismos como marcadores de contaminación peligrosa.

"El PhyloChip puede alcanzar un nivel de confianza extremadamente alto en la detección de fuentes específicas de contaminación a través de un proceso único que examina más de un millón de secuencias de ADN simultáneamente, "dijo Andersen, un científico senior en el Área de Biociencias.

En 2017, el PhyloChip atrajo el interés de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA). Los estudios en curso entre el laboratorio de Andersen y la EPA están utilizando la tecnología para evaluar la escorrentía fecal agrícola en múltiples cuencas hidrográficas en los EE. UU. incluyendo Nebraska, Kansas, Georgia, Luisiana, Washington, y Massachusetts. "Nuestro objetivo es replicar y revisar los datos producidos a través del método PhyloChip para que podamos compararlos con otros métodos de seguimiento de fuentes, "dijo Steven Baker, el co-investigador principal de este proyecto de la Región 7 de la EPA. "Aumentar nuestra confianza para identificar cuándo ocurren fuentes específicas de contaminación fecal fortalece nuestra capacidad para tomar las decisiones de manejo correctas y nos ayuda a priorizar dónde ubicar nuestros esfuerzos de mitigación".

Además de sus aplicaciones de monitoreo ambiental, PhyloChip podría permitir avances en la comprensión y mejora de la salud humana. Segundo genoma, Inc. ha obtenido la licencia de la tecnología para descubrir y desarrollar terapias basadas en objetivos identificados mediante el examen del microbioma humano.