La microbiologia dell’acqua si occupa dei microrganismi che vivono nell’acqua, o che possono essere trasportati da un habitat all’altro dall’acqua.
L’acqua può sostenere la crescita di molti tipi di microrganismi. Questo può essere vantaggioso. Per esempio, le attività chimiche di alcuni ceppi di lieviti ci forniscono birra e pane. Inoltre, la crescita di alcuni batteri in acqua contaminata può aiutare a digerire i veleni dall’acqua.
Tuttavia, la presenza di altri microbi che causano malattie nell’acqua è malsana e persino pericolosa per la vita. Per esempio, i batteri che vivono nei tratti intestinali degli esseri umani e di altri animali a sangue caldo, come Escherichia coli, Salmonella, Shigella e Vibrio, possono contaminare l’acqua se le feci entrano nell’acqua. La contaminazione dell’acqua potabile con un tipo di Escherichia coli noto come O157:H7 può essere fatale. La contaminazione della fornitura di acqua municipale di Walkerton, Ontario, Canada nell’estate del 2000 dal ceppo O157:H7 ha fatto ammalare 2.000 persone e ne ha uccise sette.
Il tratto intestinale degli animali a sangue caldo contiene anche virus che possono contaminare l’acqua e causare malattie. Gli esempi includono rotavirus, enterovirus e coxsackievirus.
Un altro gruppo di microbi di preoccupazione nella microbiologia dell’acqua sono i protozoi. I due protozoi più preoccupanti sono Giardia e Cryptosporidium. Vivono normalmente nel tratto intestinale di animali come castori e cervi. Giardia e Cryptosporidium formano forme dormienti e resistenti chiamate cisti durante i loro cicli di vita. Le forme delle cisti sono resistenti al cloro, che è la forma più popolare di disinfezione dell’acqua potabile, e possono passare attraverso i filtri usati in molti impianti di trattamento dell’acqua. Se ingerite nell’acqua potabile possono causare diarrea debilitante e prolungata negli esseri umani, e possono essere pericolose per la vita di quelle persone con un sistema immunitario compromesso. La contaminazione da Cryptosporidium dell’acqua potabile di Milwaukee, Wisconsin, nel 1993 ammalò più di 400.000 persone e ne uccise 47.
Molti microorganismi si trovano naturalmente nell’acqua dolce e salata. Questi includono batteri, cianobatteri, protozoi, alghe e piccoli animali come i rotiferi. Questi possono essere importanti nella catena alimentare che forma la base della vita nell’acqua. Per esempio, i microbi chiamati cianobatteri possono convertire l’energia del sole in energia necessaria per vivere. Il numero abbondante di questi organismi a sua volta è usato come cibo per altre forme di vita. Le alghe che prosperano nell’acqua sono anche un’importante fonte di cibo per altre forme di vita.
Una varietà di microrganismi vive nell’acqua dolce. La regione di un corpo idrico vicino alla costa (la zona litorale) è ben illuminata, poco profonda e più calda di altre regioni dell’acqua. Le alghe fotosintetiche e i batteri che usano la luce come energia prosperano in questa zona. Più lontano dalla riva c’è la zona limnitica. Qui vivono anche i microbi fotosintetici. Man mano che l’acqua si approfondisce, le temperature diventano più fredde e la concentrazione di ossigeno e la luce nell’acqua diminuiscono. Ora, i microbi che richiedono ossigeno non prosperano. Invece, dominano i batteri sulfurei viola e verdi, che possono crescere senza ossigeno. Infine, sul fondo delle acque dolci (la zona bentonica), pochi microbi sopravvivono. I batteri che possono sopravvivere in assenza di ossigeno e luce solare, come i batteri produttori di metano, prosperano.
L’acqua salata presenta un ambiente diverso per i microrganismi. La maggiore concentrazione di sale, il pH più alto e le sostanze nutritive più basse, rispetto all’acqua dolce, sono letali per molti microrganismi. Ma, i batteri che amano il sale (alofili) abbondano vicino alla superficie, e alcuni batteri che vivono anche in acqua dolce sono abbondanti (ad esempio, Pseudomonas e Vibrio). Inoltre, nel 2001, i ricercatori hanno dimostrato che l’antica forma di vita microbica conosciuta come archebatteri è una delle forme di vita dominanti nell’oceano. Il ruolo degli archebatteri nella catena alimentare oceanica non è ancora noto, ma deve essere di vitale importanza.
Un altro microrganismo che si trova nell’acqua salata sono un tipo di alghe note come dinoflagellati. La rapida crescita e moltiplicazione dei dinoflagellati può far diventare l’acqua rossa. Questa “marea rossa” impoverisce l’acqua di nutrienti e ossigeno, il che può causare la morte di molti pesci. Inoltre, gli esseri umani possono ammalarsi mangiando pesce contaminato.
L’acqua può anche essere un mezzo ideale per trasportare i microrganismi da un luogo all’altro. Per esempio, l’acqua che viene trasportata negli scafi delle navi per stabilizzare le navi durante i loro viaggi oceanici è ora nota per essere un mezzo di trasporto di microrganismi in tutto il mondo. Uno di questi organismi, un batterio chiamato Vibrio cholerae, causa una diarrea mortale negli esseri umani.
L’acqua potabile è solitamente trattata per minimizzare il rischio di contaminazione microbica. L’importanza del trattamento dell’acqua potabile è nota da secoli. Per esempio, nei tempi pre-cristiani si praticava la conservazione dell’acqua potabile in brocche di metallo. Ora, l’effetto antibatterico di alcuni metalli è noto. Allo stesso modo, la bollitura dell’acqua potabile, come mezzo di protezione dell’acqua è nota da tempo.
I prodotti chimici come il cloro o i derivati del cloro è stato un mezzo popolare per uccidere i batteri come l’Escherichia coli nell’acqua fin dai primi decenni del ventesimo secolo. Altri trattamenti per uccidere i batteri che stanno diventando sempre più popolari includono l’uso di un gas chiamato ozono e la disabilitazione del materiale genetico del microbo tramite l’uso della luce ultravioletta. I microbi possono anche essere fisicamente esclusi dall’acqua facendola passare attraverso un filtro. I filtri moderni hanno dei fori così piccoli che anche particelle minuscole come i virus possono essere intrappolate.
Un aspetto importante della microbiologia dell’acqua, in particolare per l’acqua potabile, è il test dell’acqua per assicurare che sia sicura da bere. Il test della qualità dell’acqua può essere fatto in diversi modi. Un test popolare misura la torbidità dell’acqua. La torbidità dà un’indicazione della quantità di materiale sospeso nell’acqua. In genere, se nell’acqua è presente materiale come il terreno, saranno presenti anche microrganismi. La presenza di particelle anche piccole come batteri e virus può diminuire la chiarezza dell’acqua. La torbidità è un modo rapido per indicare se la qualità dell’acqua si sta deteriorando, e quindi se è necessario intervenire per correggere il problema dell’acqua.
In molti paesi, la microbiologia dell’acqua è anche oggetto di una legislazione. I regolamenti specificano quanto spesso le fonti d’acqua vengono campionate, come viene fatto il campionamento, come viene eseguita l’analisi, quali microbi vengono rilevati e i limiti accettabili per i microorganismi target nel campione d’acqua. I test per i microbi che causano malattie (ad esempio, Salmonella typhymurium e Vibrio cholerae) possono essere costosi e, se i batteri sono presenti in basso numero, possono sfuggire al rilevamento. Invece, altri batteri più numerosi forniscono un’indicazione dell’inquinamento fecale dell’acqua. L’Escherichia coli è stato usato come indicatore di inquinamento fecale per decenni. Il batterio è presente nel tratto intestinale in gran numero, ed è più numeroso dei batteri che causano malattie e dei virus. Le possibilità di individuare l’Escherichia coli sono migliori di quelle di individuare i veri microrganismi che causano la malattia. L’Escherichia coli ha anche il vantaggio di non essere capace di crescere e riprodursi nell’acqua (tranne che nelle acque calde e cariche di cibo dei paesi tropicali). Così, la presenza del batterio nell’acqua è indicativa di un inquinamento fecale recente. Infine, l’Escherichia coli può essere rilevato facilmente ed economicamente.