Katharina Lührig — Bacterial Communities in Drinking Water Biofilms
Dricksvatten är inte sterilt utan fungerar som en livsmiljö för olika mikroorganismer. Vilka är de och hur mår de egentligen i dricksvattnet? Kan de påverka oss som dricker vattnet?
Traditionellt har olika odlingsmetoder använts för att räkna bakteriekolonier, som dock omfattar högst 1% av alla bakterier som finns i vattnet. I dricksvattnet återfinns cirka 1 000 till 100 000 bakterieceller per milliliter. Men dessutom förekommer den stora mängden bakterier i dricksvattensystemet inte i vattenfasen, utan i biofilmen som växer på insidan av alla ytor och väggar av distributionssystemet. Så mycket som 100 000 till 100 miljoner bakterieceller växer per kvadratcentimeter ledningsyta. Det betyder att i storleksordningen 95% av alla bakterier som finns i dricksvattensystmet sitter på ytor medan mindre än 5% finns i vattnet. Och med de vanliga odlingsmetoderna påvisas bara 1% eller färre av de 5% bakterier som finns i vattnet. Otroligt mycket tyckande om dricksvattenhygien baseras alltså på otroligt lite kunskap om hur hygieniskt vattnet är, skulle man kunna raljera. Men det gör man naturligvis inte. Bättre då att forska.
Bakterierna i biofilmen lever i ett samhälle som omges av en matris av biopolymerer. Denna skyddar bakterierna, åstadkommer adhesion till ytor och möjliggör för bakterierna att metabolisera på ett helt annat sätt än hur fritt levande kringflytande celler har det. Emellertid kan biofilmer också ge skydd åt patogener, där särskilt biopolymerens matris skyddar dem från desinfektionsmedel som klor eller syreradikaler.
Genom att molekylärbiologin utvecklats kan metoder som faktiskt bestämmer samtliga organismer i vatten och biofilm användas för att ta reda på vilka mikroorganismer som finns i våra dricksvattensystem och hur de mår. En viktig metod för att göra detta kallas Nästa generations sekvensering (NGS) som Katharina Lührig använt för att studera bakteriesamhällen i biofilmer från ledningsnät i västra Skåne. Biofilmer från rörledningar, vattenmätare och en lågreservoar från Ringsjöverkssystemet och Vombverkssystemet analyserades under 2010-2013. NGS använder DNA-baserad metoder för analys. DNA extraheras ur hela cellmassan som finns i biofilmen. Detta DNA upprenas och mångfaldigas med hjälp av enzymer, för att slutligen delas upp i sina baspar, så kallad sekvensering. NGS borde kunna användas för att studera biofilm i distributionssystemet.
I avhandlingen Bacterial Communities in Drinking Water Biofilms redovisar Katharina Lührig övertygande mätningar om att NGS kan användas för att göra reproducerbara analyser av hela biofilmer. Hon har kontrollerat sin metods reproducerbarhet genom att ta prover från parallellkopplade vattenmätare placerade med endast 30 centimeters avstånd i samma ledningsnät i samma fastighet. Vattenmätarna har exponerats för samma dricksvatten och är placerade i samma omgivningstemperatur med samma inkommande och utgående ledningsnätsmaterial. Dessa mätningar visade med hög överensstämmelse lika biofilmsammansättning i vattemätarna.
Men ledningarnas biofilmsammansättning skiljde sig mycket från vattenmätarnas. Vidare skiljde sig vombsystemets biofilmer från ringsjösystemets. Analyserna indikerade att de två ledningsnäten hade helt olika mikrobiella samhällen. Ledningsnätens biofilmer exponeras för mycket olika miljöförhållanden, som vattenflödeshastighet, syrehalt, ytmaterial, råvattentäkt, temperatur och årstid. Det fanns nästan ingen överlappning i bakteriearterna (de sk. operativa taxonomiska enheterna, OTUS) eller delade sekvenser mellan de bakteriella samhällena i ledningsnäten, vilket tyder på att det inte finns någon universell ledningsnätsekologi, åtminstone inte på artnivå. Däremot verkade den speciella miljön som finns i vattenmätare ge upphov till en systemspecifik kärna av OTU i det ena ledningsnätet.
Från mätningarna i Lunds ledningsnät, vilket försörjs med vatten från både Ringsjöverket och Vombverket kunde Katharina Lührig visa att biofilmen antingen likande biofilmen i övriga ringsjönätet eller biofilmen i övriga vombnätet. Biofilmsproverna hade inga tydliga blandsamhällen. Inte heller gick det att hitta OTU specifika bara för Lunds ledningsnät. De arter som fanns i näten uppströms Lund ympades istället in där. Andras biofilmsmätningar indikerar att vattenverkens bakterieflora påverkar biofilmssammansättningen mest i vattnet. Biofilmer i filter, vattentorn och lågreservoarer ger dricksvattnet en tydlig mikrobiell sammansättning, medan råvattnet har mindre betydelse. Om det kommer in mycket bakteriefattiga grundvatten från djupt liggande vattenmagasin tar det inte lång tid innan dessa berikats med bakterier från filter och lågreservoarer i vattenverket. De vanligast förekommande OTU:erna som Katharina Lührig kunde bestämma återfanns i bägge ledningsnät som studerades. Ena gruppen hörde till Shingomonadaceae-familjen och den andra till släktet Nitrospira. Överhuvudtaget verkar kväveförsörjningen till mikroorganismer vara ett stort problem för dem och de arter som förmår att syntetisera olika kväveföreningar ur substratet från dricksvattnet har ett stort försprång framför andra bakteriearter. I proverna hittades nästan inga andra organismer mer än bakterier. Protozoer eller arkéer fanns knappast alls.
Katharina Lührigs omfattande undersökningar kommer att bidra till en bättre förståelse av hur bakteriell samhällen i biofilmer interagerar, vilket är viktigt för att säkerställa distribution av säkra, högkvalitativa dricksvatten i framtiden också. Klimatförändringen kan påverka tillgången på färskvatten och påverka förekomsten av patogener genom högre temperatur kraftigare regn. Förhöjda temperaturer kan leda till en ökning av näringsämnen i vattnet, främja mikrobiell tillväxt och därmed en högre risk för kontaminering av patogener. Ökade koncentrationer av upplöst
organiskt kol har observerats i norra Europa sedan 1980-talet och detta kan påverka dricksvattenproduktion. Fördjupade kunskaper om hur kväve omsätts av mikroorganismer i biofilmen kan leda till bättre och mera specifika kontrollåtgärder för att övervaka biofilmens status i framtiden.