I augusti 2014 gifter från algblomning i Lake Erie stängde ner staden Toledo, Ohios vattenförsörjning, lämnar en halv miljon invånare utan dricksvatten i mer än två dagar. En ny studie författad av forskare vid University of Tennessee, Knoxville, visar att ett virus kan ha varit inblandat i krisen och föreslår metoder för strängare övervakning av vattenförsörjningen.
Steven Wilhelm, Kenneth och Blaire Mossman professor i mikrobiologi, tillsammans med UT-studenterna Joshua Stough och Lauren Krausfeldt, arbetat med ett team på 25 forskare för att undersöka de fysiologiska egenskaperna hos Microcystis, den cyanobakteriella organismen som ansvarar för avskumsliknande algblomningar i Lake Erie. De fann att det överensstämde med algblomningar från 2012 och 2013 förutom en sak - Microcystis-cellerna hade en virusinfektion. Vanligtvis, toxiner från algblomning fångas i cellen tills cellen dör. Men virusinfektioner kan orsaka att celler bryts upp, läcker toxinet i vattnet och därefter in i vatteninloppsrör och behandlingscentra.
De virus som analyserades i studien infekterar endast bakterier och infekterar inte människor.
"Studien förändrar hur vi tänker på hur toxinet rör sig i vattensystem och kommer in i vattenförsörjningen, sa Wilhelm, som har arbetat på Lake Erie sedan 1997. "Det kan hjälpa oss att förstå hur dessa organismer kvarstår i naturen."
Studien publicerades nyligen i tidskriften Miljövetenskap och teknik .
Medförfattare inkluderar Morgan Steffen från James Madison University, som började arbetet när hon gick över från sina doktorandstudier i mikrobiologi vid UT; Tim Davis från National Oceanic and Atmospheric Administration Great Lakes Environmental Research Laboratory; Michael McKay från Bowling Green State University; och Gregory Dick från University of Michigan.
Forskarna dokumenterade virusinfektionen genom att sekvensera RNA från Toledo-vattenproverna. De använde matematiska datormodeller för att simulera hur algblomningen rörde sig genom vatten:satellitbilder användes för att peka ut var blomningarna var belägna vissa dagar, och datormodeller fyllde luckor däremellan.
"Det största vi lär oss är att det finns lösta och partikelformiga källor till toxinet, ", sa Wilhelm. "Vi tänker historiskt på ett toxin som att det sitter fast i cellen. I den här studien, vi har identifierat ett sätt för toxinet att flytta från partikelformig till den lösta fasen."
"Partikelformigt" är en term som används för att beskriva allt större än en cell - något som vanligtvis samlas på ett filter. Det anses vara upplöst när det kan glida genom filtret.
Fyndet motiverar behovet av att forskare och kommuner övervakar giftet på ett annat sätt än vad de traditionellt har gjort – tittar på den upplösta eller cellfria fasen snarare än bara partikelstadiet, sa Wilhelm. Detta skulle göra det möjligt för vattenförvaltningsmyndigheter att bättre upptäcka giftet innan det sprids genom vattenförsörjningen.
"Det finns sätt att göra den upplösta fasen, men de är besvärliga och drivs vanligtvis inte av de flesta övervakningsorgan, "sa han." Denna studie betonar behovet av att göra det. "
Nästa steg inkluderar att undersöka om virusinfektionerna spelar en roll för att kontrollera populationen av giftiga alger och fortsatta studier av de näringsämnen som dessa celler använder för att växa. Forskarna har redan gjort en ny observation i denna studie, bekräftar att celler använde urea som kvävekälla.
"Det får oss att omvärdera hur näringsämnen kan forma de mikrobiella samhällena, sa Wilhelm.
Forskare försöker fortfarande förstå varför algblomningen har exploderat i tillväxt sedan 1990-talet i vattendrag runt om i landet och världen.
"Alblommor växer i intensitet, svårighetsgrad och frekvens, och vi försöker förstå varför, ", sa Wilhelm. "Den här studien är ytterligare en pusselbit."
