کشف هویت میکروبی: شگفتی‌های لوله‌کشی خانه‌ها

تحقیقات جدید درباره میکروب‌های سیستم‌های لوله‌کشی خانگی

سیستم‌های لوله‌کشی در خانه‌ها می‌توانند مملو از زندگی میکروبی عموماً بی‌ضرر باشند، اما دانشمندان هنوز فرصت کافی برای مستند کردن کامل جوامع باکتریایی در خانه‌های مردم نداشته‌اند. قانون آب شرب ایجاب می‌کند که نظارت بر آب توسط شرکت‌های آب‌رسانی عمومی انجام شود، اما نمونه‌برداری‌ها معمولاً در خارج از مرزهای ملک‌های فردی صورت می‌گیرد. هنگامی که وارد یک خانه می‌شویم، جوامع میکروبی ممکن است تغییر کرده و به شیوه‌هایی تکامل یابند که معمولاً تحت نظارت یا حتی درک قرار نمی‌گیرند.

فانگ‌چیونگ لینگ، استاد یار مهندسی انرژی، محیط زیست و شیمی در مدرسه مهندسی مک‌کلووی دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس، در تلاش است تا این وضعیت را تغییر دهد، به همراه همکاران و دانشجویانش در گروه پژوهشگران کیفیت آب این مدرسه. در مقاله‌ای که در تاریخ ۱۰ دسامبر در نشریه Nature Water منتشر شد، لینگ و همکارانش نتایج نمونه‌برداری از شیرهای آب حمام هشت خانه در منطقه مترو سنت لوئیس را به اشتراک گذاشتند. آن‌ها به مدت هفت روز از خانه‌ها نمونه‌برداری کردند تا جریان و تغییرات جمعیت‌های باکتریایی مختلف را بررسی کنند.

آن‌ها متوجه شدند که اگرچه خانه‌ها به طور کلی دسته‌های اصلی باکتری‌ها را به اشتراک می‌گذارند، اما از نظر سطح گونه‌ها، تنوع زیادی از خانه‌ای به خانه دیگر وجود دارد. لینگ گفت: “خانه‌ها امضای منحصر به فرد خود را نسبت به سایر خانه‌ها دارند.”

تمام آب‌های عمومی تحت درمان و ضدعفونی‌های سخت‌گیرانه قرار می‌گیرند، بنابراین تعداد سلول‌های میکروبی که آن‌ها شناسایی کردند بسیار کم بود – که این خود چالشی برای نظارت به شمار می‌آید. اما بازماندگانی که آن‌ها پیدا کردند، مقاوم هستند. محققان انتظار داشتند که ژن‌های مقاومت به آنتی‌بیوتیک را در میکروبیوم‌های آب شیر پیدا کنند و واقعاً این الگو را مشاهده کردند. استفاده از همان ضدعفونی‌کننده‌های رایج به این معنی است که یک گروه قابل شناسایی از میکروب‌ها می‌تواند به طور بالقوه مقاومت به آن ضدعفونی‌کننده را به دست آورد. محققان الگوی مقاومت‌نامه را در بین خانه‌ها یافتند.

اما چه چیزی باعث تنوع زیاد در گونه‌ها می‌شود؟ مدل‌سازی‌های کامپیوتری نشان می‌دهد که میکروب‌ها در ابتدا جوامع خود را از طریق فرآیندهای تعیین‌کننده و تصادفی ایجاد می‌کنند، به این معنی که رویدادهای تصادفی می‌توانند دلیل تنوع زیاد در سطح گونه‌ها، از خانه‌ای به خانه دیگر، باشند. برای آب خانگی، این فرآیندها می‌توانند شامل زمان‌بندی تصادفی ورود میکروب‌ها به خانه، دینامیک رشد آن‌ها و مجموعه‌ای از عواملی باشند که هنوز درک نشده‌اند.

هدف این تحقیق، نظارت، پیش‌بینی و جلوگیری از شیوع پاتوژن‌های فرصت‌طلب و باکتری‌هایی که بیماری را گسترش می‌دهند، است. این نوع نظارت برای ساختمان‌های بزرگ و نهادهایی مانند بیمارستان‌ها در حال توسعه است، اما برای خانه‌های فردی نادر است. لینگ گفت: “خانه‌ها هنوز جایی هستند که بیشتر تعاملات ما با آب در آنجا انجام می‌شود، بنابراین ما می‌خواهیم خانه‌ها را مطالعه کنیم.”

پژوهش‌ها درباره آب‌های خانگی و میکروبیوم

در حالی که محققان **باکتری‌ها** و **پاتوژن‌های بیماری‌زا** را در مقادیر کم در خانه‌ها شناسایی کرده‌اند، این به معنای ناامن بودن آب خانگی نیست. اما به گفته‌ی او، نهادهای بهداشت عمومی باید نظارت بیشتری داشته باشند. دانشجوی دکتری لینگ، لین ژانگ، که نویسنده اصلی مقاله‌ای در نشریه Nature Water است، روشی برای جمع‌آوری نمونه‌ها از طریق جذب دانش‌آموزان دبیرستانی به عنوان دانشمندان جامعه ایجاد کرده است. این دانش‌آموزان از حدود ۱۰۰ خانواده در منطقه مترو سنت لوئیس نمونه‌برداری کردند و داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط ژانگ برای پروژه نهایی دکتری‌اش در حال تحلیل است.

در حالی که باکتری‌های مرتبط با لوله‌کشی معمولاً بی‌ضرر هستند، ژن‌های مقاومتی که این باکتری‌ها حمل می‌کنند، می‌توانند در زمان درمان با آنتی‌بیوتیک‌ها به پاتوژن‌ها منتقل شوند. از آنجا که افراد به طور مکرر از طریق فعالیت‌هایی مانند دوش گرفتن و استفاده از آب با این باکتری‌ها در تماس هستند، انگیزه قوی برای درک بهتر میکروبیوم و مقاومت‌نامه در سیستم‌های لوله‌کشی وجود دارد و همچنین چگونگی تعامل آن‌ها با انسان‌ها. در این میان، ژانگ از این که می‌تواند تحقیقاتی انجام دهد که به نفع محلی باشد و با دانش‌آموزان کار کند، خوشحال است. او گفت: “دوست دارم که توانستیم به دانش‌آموزان دبیرستانی نگاهی به تحقیق واقعی و روش علمی بدهیم. امیدوارم این امر آن‌ها را به دنبال کردن آینده‌ای در مهندسی محیط زیست ترغیب کند.”

تعویض لوله‌ها

این پاییز، آژانس حفاظت از محیط زیست قانونی را وضع کرد که بر اساس آن، تمام شهرداری‌هایی که آب را تأمین می‌کنند، ملزم به تعویض لوله‌های سربی در دهه آینده خواهند بود. با تغییر زیرساخت‌ها، ممکن است فرصت‌هایی برای بهبود نظارت فراتر از فلزات و اجرای تدابیر کاهش میکروپلاستیک‌ها و میکروبیوم فراهم شود. این همه “در دسترس” است برای دن جیامار، استاد مهندسی محیط زیست، که رهبری چندین پروژه برای نظارت و بهبود منابع آب شرب در سال‌های آینده را بر عهده دارد. جیامار گفت: “جنبه‌های کیفیت آب شرب که می‌تواند بین تصفیه‌خانه و شیر آب مشتری تغییر کند، به طرز ناامیدکننده‌ای دشوار برای نظارت بوده است. این کار نوآورانه بینش‌های جدیدی درباره رشد میکروب‌ها و نوع میکروب‌های موجود در لوله‌کشی داخلی ارائه می‌دهد.”

با ادامه تحقیقات لینگ و ژانگ در زمینه بهبود آزمایش‌های لوله‌کشی خانگی، احتمالاً سوالات بیشتری به وجود خواهد آمد زیرا در مورد زندگی میکروبی، هیچ چیز آن‌طور که به نظر می‌رسد نیست. لینگ گفت: “هر چه خانه‌های بیشتری را نمونه‌برداری کنیم، تنوع بیشتری را مشاهده می‌کنیم.”

این کار با حمایت از صندوق راه‌اندازی دانشکده مهندسی مک‌کلووی و جایزه تقویت اعضای جوان هیئت علمی رالف ای. پاوه از دانشگاه‌های مرتبط با اوک ریج انجام شده است. این تحقیق همچنین به‌طور جزئی توسط بخش شیمی، بیو مهندسی، محیط زیست و سیستم‌های حمل و نقل (CBET) بنیاد ملی علوم تحت جایزه ۲۰۴۷۴۷۰ به F.L. حمایت شده است.