En fiskares nyfikenhet ledde till identifiering av sambandet mellan mikrobiella samhällen i rekreationsområden i sötvatten och säsongsbetonade miljöförändringar, enligt ett team av forskare från Penn State.

Zachary Weagly, en 2018 examen från Penn State Berks och en ivrig fiskare, märkte att kvaliteten på vattnet där han fiskade förändrades med närmiljön. Han frågade Tami Mysilwiec, docent i biologi och en av hans lärare, om han kunde använda några av hennes laboratoriums Biolog Ecoplates för att testa vattnet och en tre-plats, flerårigt projekt för att testa sötvatten i Blue Marsh vattendelare i Pennsylvania började.

"Zach kom till mig för att han är en ivrig fiskare och vårt campus gränsar till en biflod till Schuylkill River, Tulpehocken Creek, ", sa Mysilwiec. "När han gick och fiskade märkte han förändringar i vattnet och fisken vid olika tidpunkter.

Biolog Ecoplates är kommersiellt tillgängliga och innehåller tre uppsättningar identiska brunnar som testar för 31 olika former av kolinnehållande kemikalier. Bakteriesamhällen har identifierbara reaktionsmönster på dessa plattor och forskare kan karakterisera samhällena och spåra förändringar i dem genom tid och miljöförändringar.

Den första platsen som testades är på en bäck som tar emot avrinning från jordbruksmark. Den andra platsen är en sjö med en konstgjord fördämning som är ovanlig eftersom vatten töms ur sjön underifrån i stället för att falla över ett spill. Den tredje platsen ligger nedströms i ett område med industrikomplex, ett sjukhus och en flygplats.

"De tre platserna finns i tre olika miljöområden, ", sa Mysilwiec. "Vattenkvaliteten förändras på säsongsbasis, vilket leder till frågan om vad som händer med potentiella patogener."

Testplattorna kan ge en uppfattning om vad mikroberna i vattnet gillar att äta, och från det, en profil av bakterierna är möjlig. Några av de testade kemikalierna är antibiotika, näringsämnen, tillväxtfaktorer och andra metaboliter.

Forskarna, inklusive Jill M. Felker, forskningsteknolog vid Penn State Berks och doktorand vid Antioch New England, och Katherine H. Baker, docent emerita vid Science School, Engineering and Technology på Penn State Harrisburg, tittade på antalet E. coli och enterokocker, eftersom det är de två bakterier som U.S. Environmental Protection Agency använder för att avgöra om fritidsvattenvägar är säkra.

"Vi fann att sjön nära undersökningen var över de acceptabla mängderna 93% av tiden, " sa Felker. "Vi fann också att beroende på säsong, E. coli kan vara 36 procent högre än tidigare uppmätt och Enterokocker kan vara 86 procent högre än tidigare uppmätt.

"Vi vet inte varför detta händer, " fortsatte hon. Forskarna undrar om det är fosfater och nitrater i avrinning från jordbruket från boskap eller konstgödsel.

Forskarna använde också 16S ribosomal sekvensering för att fånga en ögonblicksbild av de patogena bakterierna i proverna. 16S rRNA-genen finns i alla bakterier och skillnader i denna gen kan identifiera bakterietyperna. Forskarna rapporterar idag (14 augusti) vid det årliga mötet för Ecological Society of America i Louisville, Kentucky, att det fanns säsongsmässiga skillnader på alla tre platserna och mellan de tre platserna. Nitrat- och fosfatnivåerna ökade under senhösten och mitten av våren. De fann att mikrobiella populationer varierade mellan de tre platserna, med antalet kolonier som ökade under de varmare månaderna och nådde sin topp när användningen av vattenvägar var högst.

Tecken på mänsklig användning var halterna av kemikalier som användes i personliga hygienprodukter och jordbruksmetoder.

Forskarna noterade att "vanliga mänskliga metoder potentiellt kan förändra en vattenvägs kemi, vilket leder till det förmånliga urvalet av patogena mikrobiella samhällen."