Uma das primeiras coisas que vem à mente quando você pensa no Havaí são calorosas, praias tropicais com convidativas, água limpa. Na verdade, a qualidade favorável da água da praia é a força vital para a indústria de turismo anual de US $ 18 bilhões do Havaí, o maior contribuinte individual para a economia do estado. Então, Não é nenhuma surpresa que os funcionários responsáveis ​​pela água do Havaí monitorem continuamente as fontes de contaminação que possam ameaçar sua principal atração.

Por anos, testes de rotina mostraram que as bacias hidrográficas do vale do Mahaulepu e do riacho Waikomo, no sudeste de Kauai, freqüentemente contêm altas contagens de bactérias indicadoras fecais potencialmente patogênicas (FIB). Embora as investigações anteriores tenham concluído que o FIB não está sendo introduzido na água por meio de vazamentos de esgoto ou despejo ilegal de esgoto, o Departamento de Saúde do Havaí (DOH) permaneceu preocupado com a fonte. Para entender melhor a causa das altas contagens de FIB, o DOH encomendou um estudo aos ecologistas microbianos do Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) Gary Andersen e Eric Dubinsky.

A dupla é frequentemente convidada a liderar projetos de avaliação de água microbiana, graças à sua experiência e kit de ferramentas incomparável, que gira em torno de uma tecnologia de detecção microbiana do tamanho de um cartão de crédito chamada PhyloChip. Inventado por Andersen e outros no Berkeley Lab em 2008, o PhyloChip foi usado anteriormente para monitorar a água na área da Baía de São Francisco, águas tropicais ao redor dos recifes de coral, e em toda a cidade de Cingapura.

Depois de analisar amostras de 13 locais do interior e da costa, tiradas ao longo de um ano, os cientistas concluíram que não havia esgoto humano detectável na bacia hidrográfica do Mahaulepu, nem havia uma presença significativa de matéria fecal de gado ou aves selvagens. Dois riachos dentro da bacia hidrográfica mostraram incidências isoladas de contaminação fecal de porcos e vacas, no entanto, a popular área de praia a jusante desses locais era limpa.

"O PhyloChip é capaz de traçar rapidamente o perfil de toda a comunidade microbiana presente nas amostras de água e usar essas informações para detectar bactérias que são exclusivas de fontes animais ou humanas específicas, "disse Dubinsky, que também é cientista de projetos no Departamento de Ciências Ambientais da Universidade da Califórnia em Berkeley, Política e gerenciamento. “Ao contrário dos testes convencionais de contaminação fecal, que usam um punhado ou mesmo apenas uma única espécie para identificar o potencial de contaminação, nossa abordagem usa um conjunto diversificado de centenas de bactérias diferentes que são características de cada fonte fecal. Ao mesmo tempo, pode detectar quase 60, 000 espécies de bactérias e arquéias, o que significa que podemos encontrar micróbios perigosos presentes em uma fonte de água, mesmo se não os anteciparmos. "

Na vizinha bacia hidrográfica de Waikomo, uma área que inclui a praia de Poipu, um dos destinos turísticos mais populares da ilha - Dubinsky e Andersen encontraram apenas evidências mínimas de contaminação fecal humana. Os dados do PhyloChip sugeriram que uma praia havia sido contaminada com matéria fecal humana por um poço de esgoto de um hotel próximo. Interessantemente, este site não havia sido identificado por monitoramento anterior com testes FIB tradicionais.

Depois de acalmar os temores de vazamentos generalizados no sistema de esgoto, os cientistas propõem que os níveis historicamente altos de FIB são uma consequência enganosamente alarmante do uso de métodos de teste da velha escola, nenhum dos quais foi projetado para uso nos trópicos.

Dubinsky e Andersen acreditam que a presença de FIB na água de Kauai é provavelmente devido a enterococos e Clostridium perfringens - um gênero e espécie, respectivamente, que normalmente crescem dentro do trato digestivo animal - florescendo no ambiente fora de seus hospedeiros biológicos típicos. Eles observam que este fenômeno é comum em regiões tropicais, graças ao calor e à umidade, e a presença natural dessas bactérias na água não coloca necessariamente as pessoas em maior risco de doenças gastrointestinais. Contudo, muitos testes padrão de detecção de bactérias fecais empregados para monitorar piscinas naturais e praias usam esses organismos como marcadores de contaminação perigosa.

"O PhyloChip é capaz de atingir um nível extremamente alto de confiança na detecção de fontes específicas de contaminação por meio de um processo único que examina mais de um milhão de sequências de DNA simultaneamente, "disse Andersen, Cientista Sênior da Área de Biociências.

Em 2017, o PhyloChip despertou o interesse da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA). Os estudos em andamento entre o laboratório Andersen e a EPA estão usando a tecnologia para avaliar o escoamento fecal agrícola em várias bacias hidrográficas nos EUA, incluindo Nebraska, Kansas, Geórgia, Louisiana, Washington, e Massachusetts. "Nosso objetivo é replicar e revisar os dados produzidos por meio do método PhyloChip para que possamos compará-los com outros métodos de rastreamento de fonte, "disse Steven Baker, o co-pesquisador líder neste projeto da Região 7 da EPA. "Aumentar nossa confiança em identificar quando ocorrem fontes específicas de contaminação fecal fortalece nossa capacidade de tomar as decisões de manejo corretas e nos ajuda a priorizar onde colocar nossos esforços de mitigação."

Além de seus aplicativos de monitoramento ambiental, o PhyloChip pode permitir avanços na compreensão e melhoria da saúde humana. Segundo Genoma, Inc. licenciou a tecnologia para descobrir e desenvolver terapêuticas com base em alvos identificados por meio do exame do microbioma humano.