Il NIST collabora con l’EPA per sviluppare uno standard per migliorare le misurazioni dell’inquinamento fecale nelle acque ricreative

SRM 2917, Plasmid DNA for EPA-Developed Fecal Indicators, è un materiale di riferimento standardizzato che contiene 13 marcatori genetici, sequenze di DNA note, che possono essere utilizzate per identificare una fonte di inquinamento o stimare la concentrazione di inquinamento fecale in un campione.

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J. Kralj/NIST

Mentre ci avviciniamo alla stagione balneare estiva, potresti occasionalmente incontrare un segnale di “tenere fuori” che l’area è temporaneamente chiusa. Se si sospetta una contaminazione fecale, i funzionari della sanità pubblica possono eseguire test di laboratorio su campioni d’acqua per verificare se è sicuro o meno per le persone nuotare nell’acqua.

Nonostante i numerosi metodi di laboratorio disponibili per i funzionari sanitari, i risultati non sono sempre coerenti. Per aiutare a risolvere questo problema, il National Institute of Standards and Technology (NIST) ha collaborato con l’Environmental Protection Agency (EPA) per sviluppare un materiale di riferimento – noto come SRM 2917 Plasmid DNA for EPA-Developed Fecal Indicators – per garantire una maggiore precisione risultati su tutta la linea per i metodi utilizzati dai funzionari della sanità pubblica.

“Gli obiettivi chiave per lo sviluppo di NIST SRM 2917 erano di aiutare a standardizzare l’uso dei metodi di monitoraggio della qualità dell’acqua in tutta la nazione e di sviluppare uno strumento che può essere utilizzato per stabilire le metriche delle prestazioni del metodo”, ha affermato il genetista ricercatore dell’EPA Orin Shanks, che ha lavorato sullo sviluppo dell’SRM con i ricercatori del NIST. “L’SRM può anche aiutare scienziati, manager e pubblico a valutare la qualità delle misurazioni”.

L’EPA è responsabile dello sviluppo di strumenti per monitorare la qualità dell’acqua ricreativa, che include spiagge, laghi e fiumi utilizzati per la pesca, il canottaggio, il nuoto, il surf e altri scopi. La contaminazione fecale di queste acque potrebbe derivare da sistemi settici difettosi, condotte fognarie che perdono, scarichi di acque piovane, deflusso agricolo, straripamenti da sistemi fognari combinati, fauna selvatica o smaltimento improprio dei rifiuti di animali domestici, nonché attività illegali, ha affermato Shanks.

Le persone esposte alla contaminazione fecale, sia attraverso il contatto con la pelle che l’ingestione dell’acqua, possono soffrire di qualsiasi cosa, da malattie lievi a malattie potenzialmente mortali. I bambini, gli anziani e quelli con un sistema immunitario compromesso possono essere maggiormente a rischio.

Progettato per aiutare a mitigare questo problema, NIST SRM 2917 contiene 13 marcatori genetici – sequenze di DNA note – che possono essere utilizzati per identificare una fonte di inquinamento o stimare la concentrazione di inquinamento fecale in un campione. L’SRM è stato costruito da un plasmide, una piccola molecola di DNA spesso circolare che si trova nei batteri e in altre cellule.

Macchina Robottler al NIST

Quando mettono insieme un materiale di riferimento standard (SRM), i ricercatori usano quello che chiamano il “robottler”, una macchina robotica che hanno programmato per riempire automaticamente le provette. SRM 2917 (Plasmid DNA for EPA-Developed Fecal Indicators) è costituito da 13 sequenze di DNA note (marcatori genetici) che possono essere utilizzate per stimare la concentrazione di inquinamento fecale in un campione. Qui, le provette per l’SRM vengono riempite con il campione di DNA plasmidico. Credito: J. Kralj/NIST

L’EPA ha selezionato i marcatori genetici dell’SRM, alcuni dei quali si basano su oltre un decennio di ricerca collettiva. I marcatori genetici sul DNA plasmidico servono come indicatori dell’inquinamento fecale. “Gli indicatori fecali sono bersagli come batteri o marcatori genetici che segnalano la presenza di contaminazione fecale”, ha affermato il ricercatore del NIST Scott Jackson. “Ci sono un totale di 13 marcatori genetici, alcuni dei quali rilevano feci umane, feci di vacca, uccelli e cani. Quindi, possiamo differenziare quali fonti fecali sono presenti in un campione di acqua inquinata”.

Ciascun marcatore genetico dell’SRM funziona con un metodo qPCR specifico progettato per caratterizzare l’inquinamento fecale in un campione d’acqua. Un test qPCR – reazione a catena della polimerasi quantitativa – è un test molecolare utilizzato per stimare una concentrazione di DNA target del campione che si basa su un materiale di riferimento per interpretare i risultati. Tre di questi metodi di prova sono convalidati a livello nazionale dall’EPA.

I metodi qPCR prendono di mira due tipi di indicatori fecali: il primo stima la quantità totale di materia fecale in un campione e il secondo identifica la fonte della contaminazione fecale. Due metodi qPCR prendono di mira i batteri indicatori fecali, E. coli e Enterococco, che si trovano nei rifiuti fecali della maggior parte dei mammiferi. I restanti 11 metodi qPCR aiutano a identificare fonti come materia fecale umana, bovina, canina, suina e di uccelli.

“Questo è un materiale di riferimento multiuso. Un futuro laboratorio può utilizzare questo SRM per determinare se l’acqua è sicura per nuotare e caratterizzare quali sono le fonti in caso di inquinamento fecale”, ha affermato Shanks.

Ciò che rende l’SRM così nuovo è che tutti e 13 i marcatori genetici si trovano su un pezzo fisico di DNA, ha affermato il ricercatore del NIST Jason Kralj. Ciò significa che i ricercatori possono valutare più risultati del metodo qPCR da un campione d’acqua utilizzando uno standard.

L’SRM potrebbe essere utilizzato per ridurre al minimo la variabilità nelle misurazioni della qualità dell’acqua tra i laboratori e assistere nel processo di accreditamento del laboratorio, il che indica che un laboratorio di sanità pubblica sta eseguendo correttamente i test. Anche se l’SRM è stato sviluppato per i test di routine della qualità dell’acqua ricreativa, può anche essere utilizzato per supportare la gestione delle acque piovane, il monitoraggio della produzione alimentare, la sorveglianza delle acque reflue e l’identificazione del percorso di esposizione alle epidemie, ha affermato Shanks.

Durante lo sviluppo dell’SRM è stato condotto uno studio interlaboratorio nazionale. Nel prossimo futuro, il NIST e l’EPA pubblicheranno i risultati dello studio, che è stato progettato per valutare le prestazioni dell’SRM su scala nazionale.

“Guardando al futuro, è probabile che il successo di questa collaborazione porterà a future collaborazioni incentrate sullo sviluppo di nuovi materiali di riferimento che supportino l’implementazione di metodologie volte a proteggere la salute ambientale e le risorse naturali”, ha affermato Shanks.

NIST SRM 2917 è ora disponibile presso il NIST tramite l’Office of Reference Materials e le organizzazioni che desiderano acquistare l’SRM possono visitare la pagina Web del NIST SRM.

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