راز میکروبی لوله‌های منزلتان را کشف کنید!

بررسی سیستم‌های لوله‌کشی خانگی و تنوع میکروبی

سیستم‌های لوله‌کشی در خانه‌ها می‌توانند میزبان زندگی میکروبی باشند که عموماً بی‌ضرر است. اما دانشمندان هنوز فرصت کافی برای مستندسازی کامل جوامع باکتریایی در خانه‌های مردم نداشته‌اند. قانون آب آشامیدنی سالم نیاز به نظارت توسط شرکت‌های آب عمومی دارد، اما این نمونه‌ها خارج از خطوط ملک‌های فردی گرفته می‌شوند. زمانی که آب وارد خانه می‌شود، جوامع میکروبی می‌توانند به روش‌هایی تغییر و تکامل یابند که معمولاً نظارت نمی‌شوند یا حتی درک نمی‌شوند.

فانگ‌کیونگ لینگ، استادیار مهندسی انرژی، محیط زیست و شیمی در دانشکده مهندسی مک‌کلوی دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس، به همراه همکاران و دانشجویان خود در گروه پژوهشگران کیفیت آب این دانشگاه، در تلاش است تا این وضعیت را تغییر دهد. در مقاله‌ای که در تاریخ ۱۰ دسامبر در نشریه Nature Water منتشر شد، لینگ و همکارانش نتایج نمونه‌برداری از شیرهای حمام هشت خانه در منطقه مترو سنت لوئیس را به اشتراک گذاشتند. آنها به مدت هفت روز از این خانه‌ها نمونه‌برداری کردند تا جریان و تغییر جمعیت‌های مختلف باکتری‌ها را مشاهده کنند.

آنها دریافتند که اگرچه خانه‌ها به‌طور کلی دسته‌های اصلی باکتری‌ها را به اشتراک می‌گذارند، اما در سطح گونه‌ها تفاوت‌های زیادی از خانه‌ای به خانه دیگر وجود دارد. «خانه‌ها امضای منحصر به فرد خود را در مقایسه با بقیه دارند»، لینگ گفت.

تمام آب‌های لوله‌کشی عمومی تحت درمان و ضدعفونی شدید قرار می‌گیرند، بنابراین تعداد سلول‌های میکروبی که آنها شناسایی کردند بسیار کم بود که این خود چالشی برای نظارت محسوب می‌شود. اما میکروب‌های باقی‌مانده بسیار مقاوم هستند. پژوهشگران انتظار داشتند که ژن‌های مقاومت آنتی‌بیوتیکی را در میکروبیوم‌های آب لوله‌کشی ببینند و این الگو را یافتند. استفاده از همان ضدعفونی‌کننده‌های رایج به این معناست که گروهی شناسایی‌شده از میکروب‌ها می‌توانند به مقاومت در برابر آن ضدعفونی‌کننده دست یابند. پژوهشگران الگویی از این «مقاومت‌نامه» را در سراسر خانه‌ها یافتند.

علت تنوع گسترده در گونه‌ها چیست؟

مدل‌سازی کامپیوتری نشان می‌دهد که میکروب‌ها ابتدا جوامع خود را از طریق فرآیندهای قطعی و تصادفی، یعنی رویدادهای تصادفی، ایجاد می‌کنند که می‌تواند دلیل تنوع گسترده در سطح گونه‌ها، از خانه‌ای به خانه دیگر باشد. برای آب خانگی، این فرآیندها می‌توانند شامل زمان‌بندی تصادفی ورود میکروب‌ها به خانه، دینامیک رشد آنها و عوامل متنوعی باشند که هنوز درک نشده‌اند.

این پژوهش با هدف نظارت، پیش‌بینی و جلوگیری از شیوع پاتوژن‌های فرصت‌طلب و باکتری‌هایی که بیماری را گسترش می‌دهند، انجام می‌شود. این نوع نظارت در حال توسعه برای ساختمان‌ها و مؤسسات بزرگ مانند بیمارستان‌ها است، اما برای خانه‌های فردی نادر است. «خانه‌ها هنوز جایی هستند که بیشتر تعاملات ما با آب در آنجا صورت می‌گیرد، بنابراین می‌خواهیم خانه‌ها را مطالعه کنیم»، لینگ گفت.

تحقیقات جدید در مورد میکروبیوم لوله‌کشی منازل

در حالی که محققان موفق به شناسایی پاتوژن‌ها یا باکتری‌های بیماری‌زا (در مقادیر کم) در منازل شده‌اند، این به معنای ناامن بودن آب خانگی نیست. با این حال، به گفته محققان، ناظران بهداشت عمومی باید نظارت دقیق‌تری داشته باشند. لین ژانگ، دانشجوی دکترای لینگ و نویسنده اصلی مقاله‌ای در مجله Nature Water، روشی برای جمع‌آوری نمونه‌ها از طریق مشارکت دانش‌آموزان دبیرستانی به عنوان “دانشمندان جامعه” ایجاد کرده است. این دانش‌آموزان نمونه‌هایی از حدود ۱۰۰ خانه در منطقه مترو سنت لوئیس جمع‌آوری کرده‌اند و ژانگ در حال تحلیل داده‌های آن‌ها برای پروژه نهایی دکترای خود است.

اگرچه باکتری‌های مرتبط با لوله‌کشی عموماً بی‌ضرر هستند، اما ژن‌های مقاومتی که حمل می‌کنند می‌توانند در هنگام درمان‌های آنتی‌بیوتیکی به پاتوژن‌ها منتقل شوند. به دلیل تماس مکرر افراد با این باکتری‌ها از طریق فعالیت‌هایی مانند دوش گرفتن و استفاده از آب، درک بهتر از میکروبیوم و “ریزوم” در سیستم‌های لوله‌کشی و تعامل آن‌ها با انسان‌ها بسیار مهم است. در همین حال، ژانگ از انجام تحقیقاتی که می‌تواند به جامعه محلی کمک کند و همکاری با دانش‌آموزان خوشحال است. او می‌گوید: “خوشحالم که توانستیم به دانش‌آموزان دبیرستانی نگاهی به تحقیقات واقعی و روش علمی بدهیم. امیدوارم این تجربه آن‌ها را به دنبال کردن آینده‌ای در مهندسی محیط زیست ترغیب کند.”

تعمیر لوله‌ها

این پاییز، آژانس حفاظت از محیط زیست قانونی وضع کرد که تمامی شهرداری‌هایی که آب 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 همچنین اجرای تدابیر کاهش میکروپلاستیک‌ها و میکروبیوم وجود داشته باشد. این موضوع برای دن جیامار، استاد مهندسی محیط زیست والتر ای. براون، که در حال هدایت چندین پروژه برای نظارت و بهبود منابع آب آشامیدنی در سال‌های آینده است، بسیار مهم است.

جیامار می‌گوید: “جنبه‌های کیفیت آب آشامیدنی که می‌تواند بین تصفیه‌خانه و شیر آب منزل تغییر کند، به طرز ناامیدکننده‌ای دشوار برای نظارت بوده است. این کار نوآورانه، بینش‌های جدیدی در مورد چگونگی رشد میکروب‌ها و حضور آن‌ها در لوله‌کشی منازل ارائه می‌دهد.”

با ادامه تحقیقات لینگ و ژانگ در مورد آزمایش بهتر لوله‌کشی خانگی، به احتمال زیاد سوالات بیشتری مطرح خواهد شد زیرا در مورد حیات میکروبی، هیچ چیز آن‌طور که به نظر می‌رسد نیست. لینگ می‌گوید: “هرچه خانه‌های بیشتری نمونه‌برداری می‌کنیم، تنوع بیشتری می‌بینیم.”

این کار توسط صندوق استارتاپ دانشکده مهندسی مک‌کلووی و جایزه ارتقاء اعضای هیئت علمی جوان رالف ای. پاو از دانشگاه‌های وابسته به اوک ریج به اف. ال. حمایت شده است. این تحقیق همچنین به طور جزئی توسط بخش سیستم‌های شیمیایی، زیست‌مهندسی، محیط زیست و حمل و نقل (CBET) بنیاد ملی علوم تحت جایزه 2047470 به اف. ال. حمایت شده است.