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EMA-アンプリコンベースのシーケンシングは、水処理システムのリスク評価分析に役立つ
EMA-amplicon-based sequencing informs risk assessment analysis of water treatment systems.
PMID: 32679496 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.140717.
抄録
イルミナアンプリコンベースのシーケンシングと臭化エチジウムモノアジド（EMA）前処理を組み合わせて、総生菌群をモニターし、その後、インフォーマルな集落や農村部の農業コミュニティに設置された大容量バッチ太陽電池反応器のプロトタイプを使用して処理された未処理の雨水と雨水の健康リスク評価のための標的生物を特定し、優先順位付けを行った。分類学的解析の結果、両施設の未処理雨水と処理済み雨水では、レジオネラ菌とシュードモナス菌が日和見菌病原体を含む菌種を最も頻繁に検出したことが判明した。さらに、マイコバクテリウム、クロストリジウム（Clostridium sensu stricto）およびエシェリヒア/シゲラは、いずれかのサイトまたは両方のサイトの未処理および/または処理雨水サンプルで高い検出頻度（80％以上）を示した。その後、多数の曝露シナリオ（飲料水、清掃など）が調査され、開発途上国で未処理雨水と太陽反応炉処理雨水を使用した場合の健康リスクが、肺炎球菌、緑膿菌、大腸菌の存在に基づいて定量化されました。太陽熱発電炉のプロトタイプは、対象コミュニティ内のすべての非飲用雨水利用（大腸菌のシャワーを除く）について、大腸菌と緑膿菌に関連する健康リスクを年間 1×10 の基準値以下にまで低減させることができた。しかし、未処理または処理されていない雨水を意図的に飲むことに関連したリスクは、基準値を超えていた（大腸菌と緑膿菌）。さらに、太陽熱炉処理により、L. pneumophilaの存在に基づいて庭での水やりやシャワーに関連したリスクが減少したが、両方の活動のリスク推定値は依然として年間基準値を超えていた。このようにして、大量バッチ太陽熱反応器のプロトタイプは、サハラ以南のアフリカの水不足地域で雨水が一般的に使用されている飲料水以外の活動において、標的となる細菌がもたらすリスクを低減させることができた。この研究は、QMRAを用いたフィールド試験における水処理システムの評価の必要性を浮き彫りにした。
Illumina amplicon-based sequencing was coupled with ethidium monoazide bromide (EMA) pre-treatment to monitor the total viable bacterial community and subsequently identify and prioritise the target organisms for the health risk assessment of the untreated rainwater and rainwater treated using large-volume batch solar reactor prototypes installed in an informal settlement and rural farming community. Taxonomic assignments indicated that Legionella and Pseudomonas were the most frequently detected genera containing opportunistic bacterial pathogens in the untreated and treated rainwater at both sites. Additionally, Mycobacterium, Clostridium sensu stricto and Escherichia/Shigella displayed high (≥80%) detection frequencies in the untreated and/or treated rainwater samples at one or both sites. Numerous exposure scenarios (e.g. drinking, cleaning) were subsequently investigated and the health risk of using untreated and solar reactor treated rainwater in developing countries was quantified based on the presence of L. pneumophila, P. aeruginosa and E. coli. The solar reactor prototypes were able to reduce the health risk associated with E. coli and P. aeruginosa to below the 1 × 10 annual benchmark limit for all the non-potable uses of rainwater within the target communities (exception of showering for E. coli). However, the risk associated with intentional drinking of untreated or treated rainwater exceeded the benchmark limit (E. coli and P. aeruginosa). Additionally, while the solar reactor treatment reduced the risk associated with garden hosing and showering based on the presence of L. pneumophila, the risk estimates for both activities still exceeded the annual benchmark limit. The large-volume batch solar reactor prototypes were thus able to reduce the risk posed by the target bacteria for non-potable activities rainwater is commonly used for in water scarce regions of sub-Saharan Africa. This study highlights the need to assess water treatment systems in field trials using QMRA.
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