Vesimikrobiologia käsittelee mikro-organismeja, jotka elävät vedessä tai joita vesi voi kuljettaa elinympäristöstä toiseen.
Vesi voi tukea monenlaisten mikro-organismien kasvua. Tämä voi olla edullista. Esimerkiksi tiettyjen hiivakantojen kemiallinen toiminta tuottaa meille olutta ja leipää. Samoin joidenkin bakteerien kasvu saastuneessa vedessä voi auttaa sulattamaan vedestä peräisin olevia myrkkyjä.
Muiden sairauksia aiheuttavien mikrobien esiintyminen vedessä on kuitenkin epäterveellistä ja jopa hengenvaarallista. Esimerkiksi ihmisten ja muiden lämminveristen eläinten suolistossa elävät bakteerit, kuten Escherichia coli, Salmonella, Shigella ja Vibrio, voivat saastuttaa veden, jos ulosteita pääsee veteen. Juomaveden saastuminen Escherichia coli -bakteerilla, joka tunnetaan nimellä O157:H7, voi johtaa kuolemaan. Kanadan Ontarion Walkertonin kunnallisen vesihuollon saastuminen O157:H7-kannalla kesällä 2000 sairastutti 2 000 ihmistä ja tappoi seitsemän ihmistä.
Lämminveristen eläinten suolistossa on myös viruksia, jotka voivat saastuttaa vettä ja aiheuttaa sairauksia. Esimerkkejä ovat rotavirus, enterovirukset ja coxsackievirus.
Toinen vesimikrobiologian kannalta huolestuttava mikrobiryhmä ovat alkueläimet. Kaksi eniten huolta aiheuttavaa alkueläintä ovat Giardia ja Cryptosporidium. Ne elävät normaalisti eläinten, kuten majavan ja peuran, suolistossa. Giardia ja Cryptosporidium muodostavat elinkaarensa aikana lepotilassa olevia ja kestäviä muotoja, joita kutsutaan kystoiksi. Kystamuodot kestävät klooria, joka on suosituin juomaveden desinfiointimuoto, ja ne läpäisevät monissa vedenpuhdistamoissa käytetyt suodattimet. Juomaveden mukana nautittuna ne voivat aiheuttaa ihmisille heikentävää ja pitkäkestoista ripulia, ja ne voivat olla hengenvaarallisia niille ihmisille, joiden immuunijärjestelmä on heikentynyt. Kryptosporidiumin aiheuttama juomaveden saastuminen Milwaukeessa, Wisconsinissa vuonna 1993 sairastutti yli 400 000 ihmistä ja tappoi 47 ihmistä.
Monia mikro-organismeja esiintyy luonnostaan makeassa ja suolaisessa vedessä. Niitä ovat bakteerit, syanobakteerit, alkueläimet, levät ja pikkuruiset eläimet, kuten matelijat. Nämä voivat olla tärkeitä ravintoketjussa, joka muodostaa elämän perustan vedessä. Esimerkiksi syanobakteereiksi kutsutut mikrobit voivat muuntaa auringon energiaa elämiseen tarvitsemakseen energiaksi. Näiden organismien runsaita määriä käytetään puolestaan ravinnoksi muulle elämälle. Vedessä viihtyvät levät ovat myös tärkeä ravinnonlähde muille elämänmuodoille.
Makeassa vedessä elää monenlaisia mikro-organismeja. Vesistön alue lähellä rantaviivaa (litoraalivyöhyke) on hyvin valaistu, matala ja lämpimämpi kuin muut veden alueet. Tällä vyöhykkeellä viihtyvät valoa energiana käyttävät fotosynteettiset levät ja bakteerit. Kauempana rannasta on limniittivyöhyke. Myös täällä elää fotosynteettisiä mikrobeja. Kun vesi syvenee, lämpötila kylmenee ja veden happipitoisuus ja valo vähenevät. Nyt happea tarvitsevat mikrobit eivät menesty. Sen sijaan hallitsevat violetit ja vihreät rikkibakteerit, jotka voivat kasvaa ilman happea. Makeiden vesien pohjassa (pohjavyöhyke) vain harvat mikrobit selviytyvät. Bakteerit, jotka voivat selviytyä ilman happea ja auringonvaloa, kuten metaania tuottavat bakteerit, kukoistavat.
Merivesi tarjoaa mikro-organismeille erilaisen ympäristön. Makeaan veteen verrattuna korkeampi suolapitoisuus, korkeampi pH ja alhaisemmat ravinteet ovat monille mikro-organismeille tappavia. Mutta suolaa rakastavia (halofiilisiä) bakteereja on runsaasti lähellä pintaa, ja joitakin bakteereja, jotka elävät myös makeassa vedessä, on runsaasti (esim. Pseudomonas ja Vibrio). Lisäksi tutkijat osoittivat vuonna 2001, että arkebakteereiksi kutsuttu muinainen mikrobielämän muoto on yksi valtamerten hallitsevista elämänmuodoista. Arkebakteerien roolia valtamerten ravintoketjussa ei vielä tunneta, mutta sillä lienee elintärkeä merkitys.
Toinen suolaisessa vedessä esiintyvä mikro-organismi on eräänlainen levätyyppi, joka tunnetaan nimellä dinoflagellaatit. Dinoflagellaattien nopea kasvu ja lisääntyminen voi värjätä veden punaiseksi. Tämä ”punainen vuorovesi” vähentää veden ravinteita ja happea, mikä voi aiheuttaa monien kalojen kuoleman. Myös ihmiset voivat sairastua syömällä saastunutta kalaa.
Vesi voi myös olla ihanteellinen keino kuljettaa mikro-organismeja paikasta toiseen. Esimerkiksi vesi, jota kuljetetaan laivojen rungoissa vakauttamaan aluksia niiden merimatkojen aikana, tiedetään nykyään olevan keino kuljettaa mikro-organismeja ympäri maailmaa. Yksi näistä organismeista, Vibrio cholerae -niminen bakteeri, aiheuttaa ihmisille hengenvaarallista ripulia.
Juomavesi käsitellään yleensä mikrobikontaminaation riskin minimoimiseksi. Juomaveden käsittelyn merkitys on tiedetty jo vuosisatojen ajan. Esimerkiksi esikristillisellä ajalla harjoitettiin juomaveden säilyttämistä metallisissa kannuissa. Nyt joidenkin metallien antibakteerinen vaikutus tunnetaan. Samoin juomaveden keittäminen veden suojauskeinona on tunnettu jo kauan.
Kemialliset aineet, kuten kloori tai kloorijohdannaiset, ovat olleet suosittu keino tappaa vedessä olevia bakteereja, kuten Escherichia coli -bakteeria, 1900-luvun alkuvuosikymmenistä lähtien. Muita yhä suositumpia bakteerien tappamismenetelmiä ovat otsoniksi kutsutun kaasun käyttö ja mikrobin geneettisen materiaalin lamauttaminen ultraviolettivalon avulla. Mikrobit voidaan myös poistaa vedestä fyysisesti johtamalla vesi suodattimen läpi. Nykyaikaisissa suodattimissa on niin pieniä reikiä, että jopa niinkin pienet hiukkaset kuin virukset voivat jäädä kiinni.
Veden mikrobiologian tärkeä osa-alue, erityisesti juomaveden osalta, on veden testaaminen sen varmistamiseksi, että se on turvallista juoda. Veden laadun testaaminen voidaan tehdä usealla eri tavalla. Yksi suosittu testi mittaa veden sameutta. Sameus kertoo vedessä olevan suspendoituneen aineksen määrän. Jos vedessä on maaperän kaltaista materiaalia, siinä on yleensä myös mikro-organismeja. Jopa niinkin pienet hiukkaset kuin bakteerit ja virukset voivat heikentää veden kirkkautta. Sameus on nopea tapa osoittaa, onko veden laatu heikkenemässä ja olisiko siis ryhdyttävä toimenpiteisiin vesiongelman korjaamiseksi.
Veden mikrobiologia on monissa maissa myös lainsäädännön kohteena. Säädöksissä määritellään, kuinka usein vesilähteistä otetaan näytteitä, miten näytteenotto tehdään, miten analyysi suoritetaan, mitä mikrobeja havaitaan ja mitkä ovat hyväksyttävät raja-arvot vesinäytteessä oleville kohdemikro-organismeille. Sairauksia aiheuttavien mikrobien (esim. Salmonella typhymurium ja Vibrio cholerae) testaaminen voi olla kallista, ja jos bakteereja esiintyy vähän, ne saattavat jäädä havaitsematta. Sen sijaan muut lukuisammat bakteerit antavat viitteitä veden ulosteperäisestä saastumisesta. Escherichia coli -bakteeria on käytetty ulosteperäisen saastumisen indikaattorina vuosikymmeniä. Bakteeria esiintyy suolistossa valtavia määriä, ja sitä on enemmän kuin tauteja aiheuttavia bakteereja ja viruksia. Mahdollisuudet Escherichia coli -bakteerin havaitsemiseen ovat paremmat kuin varsinaisten tautia aiheuttavien mikro-organismien havaitsemiseen. Escherichia coli -bakteerin etuna on myös se, että se ei kykene kasvamaan ja lisääntymään vedessä (paitsi trooppisten maiden lämpimissä ja ruokaa sisältävissä vesissä). Näin ollen bakteerin esiintyminen vedessä on osoitus tuoreesta ulosteperäisestä saastumisesta. Escherichia coli -bakteeri voidaan havaita helposti ja edullisesti.