I ricercatori hanno utilizzato il più piccolo del mondo, dispositivo di sequenziamento del DNA delle dimensioni di uno smartphone per monitorare centinaia di batteri diversi in un ecosistema fluviale.

Scrivere sul diario eLife , il team interdisciplinare dell'Università di Cambridge, UK, fornire linee guida pratiche e analitiche per l'utilizzo del dispositivo, chiamato MinION (da Oxford Nanopore Technologies), per monitorare la salute delle acque dolci. Le loro linee guida promettono un approccio significativamente più conveniente e semplice a questo lavoro al di fuori del laboratorio, rispetto ai metodi esistenti.

Canottieri e nuotatori a Cambridge sono regolarmente colpiti da infezioni trasmesse dall'acqua come la malattia di Weil, a volte portando alla chiusura pubblica dei corsi d'acqua iconici della città. Il monitoraggio delle specie microbiche nelle acque dolci può aiutare a indicare la presenza di microrganismi che causano malattie e persino l'inquinamento dell'acqua. Ma i test tradizionali per i batteri d'acqua dolce spesso richiedono laboratori ben attrezzati e metodi complessi per far crescere colonie di singole specie batteriche.

"La misurazione diretta di tutte le tracce di DNA batterico in acqua dolce, un approccio noto come metagenomica, è una valida alternativa, ma richiede ancora grandi, apparecchiature costose che possono essere difficili da utilizzare, "dice André Holzer, co-primo autore e Ph.D. studente presso il Dipartimento di Scienze Vegetali, Università di Cambridge. "Volevamo descrivere le specie batteriche presenti nel fiume Cam utilizzando la nuova tecnologia di sequenziamento del DNA portatile".

Il team ha utilizzato il dispositivo MinION per sequenziare il DNA di interi gruppi di microrganismi trovati in campioni di acqua del fiume Cam. Ma prima che potessero usare i dati della sequenza, avevano bisogno di ottimizzare i loro metodi sperimentali e il software di analisi. "Era essenziale tenere conto della qualità di questo nuovo tipo di informazioni sulla sequenza del DNA batterico, " Spiega Holzer. "Abbiamo testato molti algoritmi diversi per l'elaborazione dei dati per trovare i metodi più accurati".

I ricercatori hanno quindi utilizzato le loro linee guida ottimizzate per analizzare i dati e misurare con successo le proporzioni di centinaia di diverse specie batteriche presenti nell'acqua. Hanno prelevato campioni da nove diversi siti lungo il fiume, spesso campionando i siti in tre diversi punti temporali in modo da poter confrontare le proporzioni delle specie in diverse località e stagioni.

Il team è stato anche in grado di distinguere strettamente correlati, specie microbiche nocive da quelle non nocive. Confrontando i campioni provenienti da luoghi diversi, hanno scoperto che c'erano più batteri potenzialmente dannosi e quelli associati alle acque reflue a valle di quelle più edificate, aree urbane del fiume. Le analisi chimiche di follow-up dei campioni di acqua raccolti dalle stesse aree urbane hanno rivelato una tendenza corrispondente all'aumento dell'inquinamento delle acque reflue in quelle aree.

"Il nostro lavoro mostra come MinION e la tecnologia di sequenziamento del DNA associata possono essere utilizzati nel monitoraggio efficace della salute delle acque dolci, "dice Lara Urbano, co-lead investigator del lavoro e ora Alexander von Humboldt Research Fellow presso l'Università di Otago, Nuova Zelanda. "Questo amplia le applicazioni esistenti della tecnologia che includono la tracciabilità accurata delle trasmissioni virali tra i pazienti durante la recente Ebola, Focolai di virus Zika e SARS-CoV-19".

"Speriamo che i nostri risultati incoraggino altri scienziati e collettivi indipendenti a impegnarsi in una gestione semplificata dell'acqua dolce e test sulla biodiversità in tutto il mondo, "conclude l'autore senior Maximilian Stammnitz, un dottorato di ricerca studente presso il Dipartimento di Medicina Veterinaria, Università di Cambridge.