The survival and stability of water pathogens in artificially contaminated water

Abstract

The aim of this study was to investigate the fate of potential water pathogens in spiked water samples using Salmonella thyphimurium, S. bongorii, Escerichia coli (EHEC), Vibrio cholerae and Bacillus cereus, the latter used as a model organism for Bacillus anthracis causing anthrax. The survival of the different bacteria was studied in filtered and non-filtered raw water and tap water. Plate counting and real-time PCR were used to monitor the survival of the bacteria in water. Salmonella bongori remained culturable for more than 3 months in filtered raw water, however, in non-filtered raw water the cells were culturally detected for only 13 days. In drinking water the S. bongori and Salmonella typhimurium cells remained culturable for 15 and 17 days, respectively. The culturability of S. typhimurium was lost within one day in chlorinated drinking water. However, nucleic acid sequence based amplification (NASBA) of mRNA showed that the cells remained viable for 30 days. This study shows that the bacteria were able to survive and remain culturable in spiked water samples for at least one to two weeks. In chlorinated drinking water NASBA analysis showed that RNA in the cells remained for 30 days, which indicate that the S. typhimurium remained viable. However, they were not culturable. This study may mimic what happens if these bacterial species were used in a deliberate attack on a limited volume of water, supporting the assumption that such bacterial species can pose a threat to human health if used by terrorist to contaminate water.

Bevisst spredning av sykdomsfremkallende mikroorganismer er en av de mest alvorlige sceneriene våre militære styrker eller sivile kan bli utsatt for. Derfor kan et biologisk angrep eller trusselen om et biologisk angrep på drikkevannssystemet ha stor samfunnsmessig betydning. Stabilitet og overlevelse av det biologiske materialet er avgjørende for et vellykket ”bioterrorangrep”. Døde bakterieceller som degraderes i et gitt miljø vil ikke kunne påføre sykdom, skade eller død av de eksponerte. Det er kjent at mikroorganismer kan miste sin smitteeffekt i miljøer som ikke er naturlig for organismen. Formålet med denne studien var å undersøke stabilitet og overlevelse av sykdomsfremkallende bakterier som Salmonella thyphimurium, S. bongori, Escherichia coli (EHEC), Vibrio cholerae og Bacillus cereus etter tilsetting til drikkevann og råvann. Bacillus cereus er brukt som en modellorganisme for Bacillus anthracis (miltbrann). Det er vist at vannbåren smitte fra bakterier som E. coli, Salmonella spp. eller parasitter som Giardia kan være en trussel mot drikkevannssystemet, men bevisst kontaminering av store reservoar er mindre sannsynlig pga stor fortynningseffekt og behandling av drikkevannet. Kontaminering via forsyningsnettet eller mindre volum som f eks flaskevann er mer sannsynlig. Formålet med denne studien var å undersøke hvor lenge de ulike bakteriene kunne overleve i drikkevann og råvann. Bakterier ble tilsatt vann og prøver tatt ut regelmessig for å undersøke stabilitet og overlevelse. Analysemetoder benyttet er utplating på vekst agarskåler, mikroskopi og molekylære teknikker.