Công nghệ mới giúp xác định nguồn gây ô nhiễm nước

PhyloChip chỉ có kích thương tương đương một chiếc thẻ tín dụng

PhyloChip là thiết bị có kích thước tương đương một chiếc thẻ tín dụng nhưng có khả năng phát hiện hơn 60.000 loại vi khuẩn, nhạy cảm hơn nhiều so với các phương pháp cũ. Trong các thử nghiệm trên lưu vực sông Russian tại Bắc California, nhóm nghiên cứu đã nhanh chóng xác định được các rủi ro sức khỏe mà các phương pháp phân tích vi khuẩn chỉ thị F. Coli truyền thống không thể phát hiện được. Ngược lại, một số vi khuẩn do phương pháp truyền thống phát hiện lại không hề có hại tới sức khỏe con người.

Hiện nay, cách thức các cơ quan quản lý nguồn nước thường làm là thu thập mẫu nước, cấy các vi khuẩn qua đêm, sau đó kiểm tra tốc độ phát triển của hai loại vi khuẩn E. coli và Enterococcus, được cho là chất chỉ thị ô nhiễm. Tuy nhiên, phương pháp này không xác định được nguồn ô nhiễm, trong khi vi khuẩn có thể xuất phát từ nhiều nguồn, như người, trâu bò, gà vịt, nước thải, hoặc thậm chí từ cây cối phân hủy.

Vào năm 1970, khi Đạo luật Nước sạch của Mỹ được thông qua, về cơ bản nguồn ô nhiễm mới chỉ xuất phát từ nước thải đổ vào các nguồn nước. Phương pháp này khi đó khá hữu dụng, giúp đưa ra bằng chứng về một số bệnh lý ở người. Thế nhưng, nhiều vi khuẩn phát hiện trong nguồn nước không làm hại tới sức khỏe con người, mặc dù được tìm thấy trong nước thải hay chất cặn lắng.

Trên thực tế, các điểm ô nhiễm có thể xác định được như nguồn xả thải sẽ được làm sạch sau một thời gian. Trong khi đó, các điểm ô nhiễm không xác định trên khắp lưu vực sông như các khu vực canh tác nông nghiệp mới là điều đáng lo ngại. Trong bối cảnh này, phương pháp mới có khả năng phát hiện tất cả các vi sinh vật, nơi thường xuất hiện các vi khuẩn đó và từ đó chỉ ra nguồn gây ô nhiễm.

PhyloChip đã được sử dụng cho nhiều mục đích như y học, nông nghiệp hay môi trường, chẳng hạn như phân tích ô nhiễm không khí, sinh thái học tại các rạn san hô, điều kiện môi trường của Vịnh Mexico sau vụ việc rò rỉ dầu BP… Với 1 triệu cảm biến, PhyloChip xác định vi khuẩn dựa trên sự biến đổi của một gen nhất định mà không cần chờ cấy vi khuẩn.

Xác định tác nhân gây bệnh không phải là một nhiệm vụ đơn giản. Trong hầu hết các trường hợp, một vi khuẩn đơn lẻ không phải là dấu hiệu tiêu biểu của một động vật hay một nguồn ô nhiễm. Chẳng hạn, một con bò có thể mang tới 1.000 vi sinh vật.

Vì vậy, nhóm tác giả đã thu thập mẫu phân từ nhiều loài động vật, từ đó phát triển một thư viện liệt kê các nhóm vi khuẩn thường xuất hiện trong phân của một số loại động vật như ngựa, gấu, con người, chim, lợn, hải cẩu và nhiều loài động vật khác, cũng như nước thải. Phương pháp mới sẽ lấy mẫu ô nhiễm và so sánh với thư viện vi khuẩn, chạy mô hình phân tích dữ liệu để phát hiện và phân loại nguồn thải. Phương pháp này cũng đã được xác nhận lại bằng cách so sánh với khoảng 40 phương pháp xác định nguồn thải khác trong một nghiên cứu tại California. Kết quả, đây là phương pháp duy nhất có thể phát hiện chính xác tất cả các nguồn thải.

Nếu nguồn thải không có trong thư viện, phương pháp này vẫn có thể đưa ra định hướng nguồn thải là từ loài động vật nào đó, chẳng hạn như một loài chim. Chẳng hạn, trong trường hợp thử nghiệm trên lưu vực sông Russian, các nhà nghiên cứu phát hiện hầu hết các chất gây ô nhiễm đều xuất phát từ con người, đặc biệt là các khu vực dân cư sử dụng bể phốt lâu năm.

Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang nỗ lực xác định đặc điểm của các nhóm vi khuẩn E. coli và Enterococci bằng mẫu nước nóng tại Hawaii. Đồng thời, nhóm cũng tìm hiểu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đối với các nhóm vi khuẩn. Hiện nhóm đang hợp tác chặt chẽ với Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) để nghiên cứu thêm một số công nghệ mới, giúp PhyloChip có thể sử dụng tại bất cứ đâu và bởi bất kì ai trên toàn cầu, hoặc áp dụng nghiên cứu nguyên nhân của một số hiện tượng môi trường như tảo nở hoa…