Analiza wody za pomocą technik molekularnych – możliwości i ograniczenia

Badanie jakości wody odgrywa kluczową rolę w ochronie zdrowia ludzi. Rozwój biologii molekularnej znacząco wpłynął na sposób monitorowania jakości wody. Tradycyjne metody mikrobiologiczne, oparte na hodowli drobnoustrojów, są czasochłonne i nie pozwalają wykryć wszystkich mikroorganizmów, zwłaszcza tych niehodowlanych lub obecnych w niskich stężeniach. Dlatego coraz częściej stosuje się metody molekularne, umożliwiające analizę materiału genetycznego bez konieczności hodowli.

Czym są techniki molekularne?

Techniki molekularne polegają na wykrywaniu materiału genetycznego mikroorganizmów obecnych w wodzie, przede wszystkim DNA lub RNA. Kluczową rolę odgrywa reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR), która umożliwia selektywne namnażanie określonych fragmentów DNA i ich dalszą analizę. Dzięki tym metodom możliwe jest dokładne badanie jakości wody pod kątem obecności patogenów oraz bakterii wskaźnikowych.

Do najczęściej stosowanych technik należą:

• klasyczna reakcja PCR,
• ilościowa reakcja PCR w czasie rzeczywistym (qPCR),
• sekwencjonowanie DNA (w tym sekwencjonowanie nowej generacji – NGS),
• analiza metagenomiczna,
• techniki hybrydyzacji kwasów nukleinowych,
• amplifikacja izotermiczna (np. LAMP).

Główne zastosowania technik molekularnych w monitoringu wód

Techniki molekularne umożliwiają szybkie i dokładne badanie jakości wody pitnej, powierzchniowej i gruntowej. Pozwalają wykrywać mikroorganizmy chorobotwórcze i wskaźnikowe, takie jak Escherichia coli, Salmonella czy Legionella, a także wirusy i inne drobnoustroje. Metody molekularne pozwalają na analizę całych społeczności mikroorganizmów, czyli tzw. mikrobiomu wód, co daje pełniejszy obraz stanu środowiska wodnego.

Są również wykorzystywane w monitorowaniu sieci wodociągowych oraz w ocenie skuteczności procesów uzdatniania. Dzięki nim możliwe jest śledzenie źródeł zanieczyszczeń mikrobiologicznych oraz wykrywanie drobnoustrojów trudnych lub niemożliwych do hodowli metodami klasycznymi. Badanie jakości wody z wykorzystaniem metod molekularnych pozwala także na szybkie reagowanie w sytuacjach kryzysowych, np. przy wykryciu skażeń wody pitnej lub w sieciach przemysłowych. Pozwala to na wdrożenie działań naprawczych i minimalizację ryzyka dla zdrowia publicznego.

Zalety i ograniczenia metod molekularnych w praktyce

Metody molekularne mają liczne zalety, ale także pewne ograniczenia.

Najważniejsze zalety metod:

• wysoka czułość i specyficzność,
• krótki czas analizy,
• możliwość wykrywania wielu mikroorganizmów jednocześnie,
• brak konieczności prowadzenia hodowli,
• wysoka powtarzalność wyników.

Główne ograniczenia metod:

• wykrywanie DNA martwych mikroorganizmów,
• wysokie koszty aparatury i odczynników,
• ryzyko zanieczyszczenia próbek,
• trudności w interpretacji wyników,
• ograniczona dostępność w rutynowych laboratoriach.

Podsumowanie

Techniki molekularne znacząco poszerzają możliwości badania jakości wody, oferując szybkie, czułe i precyzyjne narzędzia diagnostyczne.. Jednocześnie pełne wykorzystanie ich potencjału wymaga dalszego rozwoju metod, standaryzacji procedur oraz obniżenia kosztów. W praktyce najlepsze rezultaty osiąga się poprzez łączenie technik molekularnych z klasycznymi metodami mikrobiologicznymi.

Aleksandra Jabłońska, ekspertka branży Industries & Environment w SGS Polska

Literatura:

1. Aw, T. G., & Rose, J. B. (2012). Detection of pathogens in water: From phylochips to qPCR to pyrosequencing. Current Opinion in Biotechnology, 23(3), 422–430.
2. Girones, R., Ferrús, M. A., Alonso, J. L., Rodriguez-Manzano, J., Calgua, B., de Abreu Corrêa, A., Bofill-Mas, S. (2010). Molecular detection of pathogens in water — The pros and cons of molecular techniques. Water Research, 44(15), 4325–4339.
3. Łoś, A., Kadhim, M. J., & Olszewski, K. (2016). LAMP – izotermiczna metoda amplifikacji DNA. Medycyna Weterynaryjna, 72(1), 22–27.