In un progetto sostenuto dall'Austrian Science Fund FWF, il microbiologo Andreas Farnleitner sta esaminando nuovi metodi per analizzare l'inquinamento fecale nell'acqua. Utilizzando l'analisi del DNA, lo scienziato mira a sviluppare metodi completi e semplici per determinare l'entità e l'origine dell'inquinamento fecale.

Nel 2015, le Nazioni Unite hanno formulato 17 obiettivi per lo sviluppo sostenibile. Uno di questi obiettivi è fornire a tutte le persone l'accesso all'acqua pulita. Attualmente, l'acqua a disposizione di almeno 1,5 miliardi di persone è inquinata dalle feci. Questo può produrre malattie gravi come il colera - circa 500, 000 persone si ammalano ogni anno a causa del consumo di acqua inquinata. L'obiettivo è risolvere questo problema entro il 2030, ma spesso è difficile mettere in atto le giuste misure, perché la fonte dell'inquinamento non può essere rilevata utilizzando i test attualmente disponibili. In un progetto finanziato dall'Austrian Science Fund FWF, un gruppo guidato da Andreas Farnleitner della Technische Universität Wien (TU Wien) e della Karl Landsteiner University of Health Sciences di Krems intende cambiare la situazione con la ricerca sviluppando metodi analitici più accurati e più veloci per l'acqua.

Un metodo che ha più di 100 anni

"Negli ultimi 120 anni, feci sono state rilevate nell'acqua sulla base del batterio intestinale Escherichia coli. Vive nell'intestino degli animali e dell'uomo, ed è relativamente semplice rilevarlo nell'acqua", dice Farnleitner. "Si filtra l'acqua e si mette il filtro su una capsula di Petri. Se è presente Escherichia coli, inizierà a crescere e a formare colonie facilmente visibili il giorno successivo. Questo è il metodo tradizionale utilizzato, condizionando tutti gli standard mondiali." Secondo Farnleitner, però, questo metodo standard essenziale non è più sufficiente. "Per una cosa, il test non ci dice la fonte della contaminazione. È animale o umano? Animale domestico o selvatico? Oggi vuoi anche essere in grado di trarre conclusioni sul rischio per la salute." Di per sé, il batterio "Escherichia coli" è innocuo e non tutte le feci contengono agenti microbici pericolosi. "Servono metodi per valutare quali tipi di agenti patogeni fecali potrebbero essere presenti nell'acqua", spiega Farnleitner.

Identificazione dei batteri fecali dal loro DNA

In diversi progetti finanziati dalla FWF, Farnleitner conduce ricerche su nuovi metodi di rilevamento della contaminazione microbica fecale nelle risorse idriche. Concentra i suoi sforzi su popolazioni di batteri intestinali che non potevano essere rilevate in passato, cosiddetti "abbondanti batteri associati all'ospite". "In realtà, I batteri "Escherichia coli" svolgono solo un ruolo di supporto nell'intestino. Altri batteri si trovano in quantità molto più elevate, superiore anche di diversi ordini di grandezza, ma, a differenza di 'Escherichia coli', non possono essere coltivati ​​per mezzo di processi standard." È possibile, però, per rilevare quei batteri direttamente per mezzo del loro DNA. "In linea di principio, è un po' come usare l'analisi del DNA nelle indagini penali. Analizziamo il DNA dei batteri fecali che sono rilevanti per i nostri scopi".

Scoprire quali batteri sono rilevanti per tale analisi è al centro di un progetto FWF in corso. Per trovare la risposta, Farnleitner analizza le feci di un'ampia varietà di animali domestici e selvatici, compresi gli uccelli, rettili, anfibi e pesci, così come campioni di terreno, al fine di costituire un database dei microrganismi ivi rinvenuti. "Abbiamo costruito il database fecale che comprende ormai le escrezioni di più di 450 animali diversi, al fine di avere una prima impressione della diversità e delle differenze di popolazioni batteriche tra le varie fonti di contaminazione fecale." Nel campionamento, che è stato condotto in tutto il mondo, i ricercatori sono stati assistiti da veterinari in un team guidato da Chris Walzer e Gabrielle Stalder dell'Università di Medicina Veterinaria, Vienna.

23 milioni di sequenze di DNA

Distinguere i gruppi di animali sulla base dei loro batteri fecali ha presentato al gruppo di ricerca nuove sfide:"È un'impresa più complessa di quanto pensassimo. Innanzitutto abbiamo stabilito che le feci dei ruminanti sono molto diverse dal resto. Questo per prevedibile perché il loro sistema digestivo funziona in modo diverso. È bello vedere che questo fatto si riflette nel loro microbioma intestinale". Tra le altre questioni, il progetto riguarda la questione della "coevoluzione". Alcuni batteri intestinali si sono sviluppati insieme al loro ospite e sono caratteristici di quell'organismo. Sono come un'impronta digitale per il rispettivo gruppo di animali. Questo è esattamente ciò che il team di Farnleitner sta cercando. Finora hanno analizzato 23 milioni di sequenze di DNA, un numero che rappresenta una sfida per gli attuali metodi di bioinformatica. Il biologo molecolare Georg Reischer è responsabile dell'analisi della sequenza, sostenuto dal gruppo della prof.ssa Ruth Ley presso il Max Planck Institute di Tubinga, Germania.

"In futuro saremo in grado di utilizzare il risultato per test sul campo e metodi di rilevamento rapido che funzionano all'aperto all'aria aperta, utilizzando strumenti semplici. Tutto il mondo, le persone stanno lavorando allo sviluppo di tali strumenti di rilevamento intelligenti", dice Farnleitner. "Una gara è iniziata 10 anni fa negli Stati Uniti, dove sono state introdotte nuove norme. Se hai problemi con la qualità dell'acqua negli Stati Uniti, devi anche specificare la loro fonte. Questo sviluppo rivoluzionerà l'analisi della qualità dell'acqua", conclude Farnleitner. Ora, dopo quasi 150 anni, la porta è aperta per il progresso.