کشف اثر انگشت میکروبی در لوله‌کشی خانه‌ها!

تحقیقات درباره میکروب‌های سیستم‌های لوله‌کشی منازل

سیستم‌های لوله‌کشی در خانه‌ها می‌توانند مملو از زندگی میکروبی عموماً بی‌ضرر باشند، اما دانشمندان هنوز فرصتی برای مستند کردن کامل جوامع باکتریایی در منازل مردم نداشته‌اند. قانون آب شرب ایالات متحده نیاز به نظارت توسط شرکت‌های آب‌رسانی عمومی دارد، اما نمونه‌برداری‌ها معمولاً در خارج از مرزهای ملک‌های فردی انجام می‌شود. هنگامی که وارد یک خانه می‌شویم، جوامع میکروبی می‌توانند به شیوه‌هایی تغییر و تکامل یابند که معمولاً تحت نظارت یا حتی درک قرار نمی‌گیرند.

فانگ‌کیونگ لینگ، استادیار مهندسی انرژی، محیط زیست و شیمی در مدرسه مهندسی مک‌کلووی دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس، در حال کار بر روی تغییر این وضعیت است، 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 دستشویی هشت منزل در منطقه مترو سنت لوئیس را به اشتراک گذاشتند. آن‌ها به مدت هفت روز از این خانه‌ها نمونه‌برداری کردند تا جریان و تغییرات جمعیت‌های مختلف باکتری‌ها را بررسی کنند.

آن‌ها دریافتند که اگرچه خانه‌ها معمولاً دسته‌های اصلی باکتری‌ها را به اشتراک می‌گذارند، اما در سطح گونه‌ها، تنوع زیادی بین خانه‌ها 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 می‌رود. اما بازماندگانی که آن‌ها پیدا کردند، مقاوم هستند. پژوهشگران انتظار داشتند که ژن‌های مقاومت به آنتی‌بیوتیک‌ها را در میکروبیوم‌های آب شیر پیدا کنند و این الگو را نیز 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 کسب کند. آن‌ها الگوی «مقاومت‌نامه» را در بین خانه‌ها پیدا کردند.

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 عوامل باشند که هنوز به طور کامل درک نشده‌اند. هدف این تحقیق این است که بتواند شیوع پاتوژن‌های فرصت‌طلب و باکتری‌هایی که بیماری را گسترش می‌دهند، را نظارت، پیش‌بینی و جلوگیری کند. این نوع نظارت برای ساختمان‌های بزرگ و مؤسسات مانند بیمارستان‌ها در حال توسعه است، اما برای منازل فردی کمبود دارد. لینگ گفت: «خانه‌ها هنوز جایی هستند که اکثر تعاملات ما با آب در آنجا انجام می‌شود، بنابراین ما می‌خواهیم منازل را مطالعه کنیم.»

پژوهش‌های جدید درباره آب آشامیدنی و میکروبیوم لوله‌کشی

در حالی که پژوهشگران باکتری‌ها یا پاتوژن‌های بیماری‌زا را در مقادیر کم در خانه‌ها شناسایی کرده‌اند، این به معنای ناامن بودن آب خانگی نیست. اما به گفته‌ی او، مقامات بهداشت عمومی باید نظارت بیشتری داشته باشند. لین ژانگ، دانشجوی دکترای لینگ و نویسنده‌ی اصلی مقاله‌ای در نشریه Nature Water، 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 داده‌هایی که ژانگ در حال تحلیل آن‌ها برای پروژه نهایی دکترای خود است.

در حالی که باکتری‌های مرتبط با لوله‌کشی معمولاً بی‌ضرر هستند، ژن‌های مقاومتی که آن‌ها حمل می‌کنند می‌توانند در هنگام درمان با آنتی‌بیوتیک‌ها به پاتوژن‌ها منتقل شوند. از آنجا که افراد از طریق فعالیت‌هایی مانند دوش گرفتن و استفاده از آب با این باکتری‌ها در تماس مکرر هستند، انگیزه قوی برای درک بهتر میکروبیوم و مقاومت‌نامه در سیستم‌های لوله‌کشی و نحوه تعامل آن‌ها با انسان‌ها وجود دارد. در این میان، ژانگ از این که می‌تواند تحقیقاتی انجام دهد که می‌تواند به جامعه محلی کمک کند و با دانش‌آموزان کار کند، خوشحال است. او گفت: «دوست دارم که توانستیم به دانش‌آموزان دبیرستانی نگاهی به تحقیقات واقعی و روش علمی بدهیم. امیدوارم این موضوع 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 ارائه می‌دهند، موظف 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 میکروبیوم‌ها نیز فراهم شود. این همه «در دسترس» برای دن جیامار، استاد مهندسی محیط زیست والتر ای. براون است که رهبری تعدادی از پروژه‌ها را برای نظارت و بهبود منابع آب آشامیدنی در سال‌های آینده بر عهده دارد. جیامار گفت: «جنبه‌های کیفیت آب آشامیدنی که می‌تواند بین تصفیه‌خانه و شیر آب مشتری تغییر کند، به طرز ناامیدکننده‌ای دشوار برای نظارت بوده است. این کار نوآورانه بینش‌های جدیدی درباره نحوه رشد میکروب‌ها و نوع میکروب‌های موجود در لوله‌کشی منزل ارائه می‌دهد.»

با ادامه تحقیقات لین 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. لین گفت: «هر چه خانه‌های بیشتری را نمونه‌برداری کنیم، تنوع بیشتری را مشاهده خواهیم کرد.»

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