Přenosná diagnostická stanice poskytne výsledky měření vod za čtyřicet minut

Rychlá reakce na kontaminaci a přítomnost patogenů ve vodních zdrojích může zabránit propuknutí infekce v rodinách a komunitách využívajících studny a systémy zásobování podzemní vodou. Okamžité výsledky mají zásadní význam pro prevenci šíření nemocí přenášených vodou a zajištění bezpečnosti pitné vody. Až donedávna však neexistovala opravdu rychlá metoda, jak rozpoznat patogenní druhy E. coli.

Splachy ze zemědělské půdy, nesprávné postupy hnojení nebo mimořádné situace, jako jsou přívalové deště a povodně, mohou vést ke kontaminaci vodních zdrojů, nejčastěji bakterií. Tato bakterie je součástí normální bakteriální flóry, je běžná v trávicím traktu savců. Většina kmenů E. coli je neškodná, některé jsou však patogenní a mohou způsobovat různé typy infekcí (zejména střevních). Část z nich produkuje silné cytotoxiny známé jako Shiga toxiny. Tato podskupina se v literatuře označuje zkratkou STEC (Shiga toxigenic Escherichia coli) a může způsobit závažná žaludeční onemocnění a v některých případech i život ohrožující komplikace zejména u dětí, starších osob a osob s oslabenou imunitou.

STEC se obvykle vyskytuje ve střevech zdravých zvířat, jako jsou krávy a ovce, které ji přenášejí, aniž by onemocněly. Na lidi se bakterie šíří kontaktem se zvířecími výkaly nebo konzumací či pitím kontaminovaných potravin nebo vody. Jakmile se STEC dostane do vody, může v závislosti na podmínkách prostředí přežívat různě dlouhou dobu, od několika dnů až po týdny.

Kontaminace vody bakteriemi STEC proto představuje vážné riziko pro veřejné zdraví a může způsobit jak epidemie z vody, tak epidemie z čerstvých potravin. Proto jsou nutná komplexní opatření k detekci, prevenci a kontrole šíření těchto bakterií ve vodních zdrojích.

Jeden z významných příkladů vypuknutí epidemie STEC spojené s vodou se objevil v květnu 2000 ve Walkertonu v kanadském Ontariu. Epidemie měla závažné následky a byla spojena především s kontaminací městských vodovodů, což vedlo k rozsáhlému onemocnění a několika úmrtím. Primárním zdrojem STEC ve vodě byla fekální kontaminace od zvířat a infikovaných lidí.

STEC v Irsku

Detekcí patogenů STEC v povrchové vodě a vodních zdrojích se intenzivně zabýval vědecký tým univerzity v irském Galway. Irsko totiž v posledních letech pravidelně hlásí jejich častý výskyt. Z šíření byly podezřívány chovy hospodářských zvířat, nakonec však byla jako nejvýznamnější zdroj infekcí STEC identifikována kontaminovaná voda ze soukromých studní s podzemní vodou, kterou používá pětina všech obyvatel Irska. Podle zjištění Agentury pro ochranu životního prostředí (EPA) bývá kvalita pitné vody ze soukromých zdrojů horší než z veřejných zdrojů, a to především kvůli absenci úpravy zdroje, méně přísné regulaci a méně častému monitorování.Testování a ošetřování vody v soukromých studnách je v Irsku zcela dobrovolné a spadá do odpovědnosti majitele studny.

Metoda

Základní metodou mikrobiologického monitorování pitných a rekreačních vod je stanovení počtu fekálních indikátorových mikroorganismů pomocí kultivačních technik. Ty jsou však pracné, složité a nákladné a také jsou málo citlivé při detekci STEC, zejména pokud se jedná o vzorky obsahující nízké koncentrace patogenů. Může to vést k falešně negativním výsledkům a podhodnocení skutečné koncentrace kontaminace. Metoda má i další omezení: doba potřebná k získání výsledků je obvykle 18 až 48 hodin nebo déle, což neumožňuje včasnou reakci v situacích, kdy je rychlá identifikace patogenů rozhodující pro zásahy v oblasti veřejného zdraví.

Vědci z univerzity v Galway proto hledali jinou metodu, která by byla pro potřeby rychlého testování vodních zdrojů vhodnější. Nalezli ji v metodě smyčkové izotermické amplifikace LAMP (loop mediated isothermal amplification), používané pro detekci patogenní DNA nebo RNA a dalších patogenů, jako jsou viry, bakterie nebo houby. Metoda LAMP je poměrně hojně využívána v klinické praxi a molekulární diagnostice. V laboratoři probíhá kontinuálně při teplotě kolem 63 °C a vyznačuje se vysokou mírou specifičnosti a citlivosti.

Úpravou metody LAMP se vědcům podařilo vyvinout postup, který umožňuje nejen testování STEC ve vzorcích vod, ale rovněž vyhodnocení testů přímo na místě. Vše se vejde do kufříku o hmotnosti přibližně 15 kg, v němž je umístěna přenosná diagnostická pracovní stanice, vhodná pro použití v terénu. Díky tomu není nutné odesílat vzorky do laboratoře, což kvůli logistickým prodlevám spojeným s přepravou a zpracováním vzorků proces testování velmi zdržovalo. Rychlost metody LAMP umožňuje téměř okamžitou detekci na místě – výsledky jsou k dispozici zhruba do 40 minut – na rozdíl od laboratorních metod, kde se na výsledky může čekat i několik dnů.

Účinnost postupu

V terénních studiích byla ověřována účinnost postupu na řadě vzorků ze studní s podzemní vodou, řek i zemědělských stok v okolí Galway. K potvrzení výsledků byly použity testy PCR v reálném čase, přičemž byla zjištěna stoprocentní korelace výsledků. (PCR testy, které všichni známe z období covidu, ověřují přítomnost určité části genetického kódu pomocí tzv. polymerázové řetězové reakce.)

Technologie může být použita pro rychlé ověření přítomnosti patogenů a zamezit tak propuknutí infekce v rodinách a komunitách využívajících studny, soukromé vodovody a systémy zásobování podzemní vodou. Schopnost rychlé reakce má zásadní význam pro prevenci šíření nemocí přenášených vodou a zajištění bezpečnosti pitné vody také například u havárií nebo v extrémních klimatických podmínkách, jako jsou povodňové situace a intenzivní deště, nebo po nich.

Metoda by mohla být obzvláště užitečná pro předběžný screening, identifikaci vzorků vody, které vyžadují kultivační izolaci, čímž by se zefektivnil pracovní postup a umožnila rychlejší reakce veřejného zdravotnictví. Mobilní diagnostická stanice by pak fungovala jako systém včasného varování.*

Jarmila Šťastná