水の微生物学は、水に生息する微生物、または水によってある生息地から別の場所に運ばれる微生物に関係しています。 これは有利に働くことがある。 例えば、ある種の酵母の化学的活性は、私たちにビールやパンを提供してくれる。
しかし、水中に他の病気を引き起こす微生物が存在することは、不健康であり、生命を脅かすことさえあります。 たとえば、大腸菌、サルモネラ菌、赤痢菌、ビブリオ菌など、人間やその他の温血動物の腸管に生息する細菌は、糞便が水に入ると水を汚染することがあります。 O157:H7と呼ばれる種類の大腸菌で飲料水が汚染されると、命にかかわることもある。 2000 年の夏、カナダのオンタリオ州ウォーカートンの市営水道が O157:H7 により汚染され、2,000 人が病気になり、7 人が死亡しました。
温血動物の腸管にも、水を汚染して病気を引き起こすウイルスが存在します。
水の微生物学で懸念されるもうひとつの微生物群は、原生動物である。 最も懸念される2つの原生生物は、ジアルジアとクリプトスポリジウムである。 これらはビーバーやシカなどの動物の腸管内に普通に生息している。 ジアルジアとクリプトスポリジウムは、その生活環の中でシストと呼ばれる休眠状態と丈夫な形態を形成します。 シスト型は、飲料水消毒の主流である塩素に耐性があり、多くの浄水場で使用されているフィルターを通過することができます。 シスト型は、飲料水に含まれると下痢を引き起こし、免疫力が低下している人は生命を脅かされる可能性があります。 1993 年にウィスコンシン州ミルウォーキーで起こったクリプトスポリジウムによる飲料水汚染では、40 万人以上が病気になり、47 人が死亡しました。 その中には、バクテリア、シアノバクテリア、原生動物、藻類、そしてワムシのような小さな動物が含まれます。 これらは、水中での生活の基盤となる食物連鎖において重要な役割を果たすことがあります。 例えば、シアノバクテリアという微生物は、太陽のエネルギーを生きるために必要なエネルギーに変換することができます。 このような生物がたくさんいることで、今度は他の生物の食料として利用されるのです。 水中で繁殖する藻類も、他の生命にとって重要な食料源です。
淡水にはさまざまな微生物が生息しています。 水域の海岸線に近い領域（沿岸域）は、光がよく差し込み、浅く、水中の他の領域よりも温度が高い。 光をエネルギー源とする光合成を行う藻類や細菌が繁殖している地域である。 さらに海岸から離れると、汽水域になります。 光合成を行う微生物が生息している。 水深が深くなると、水温が低くなり、水中の酸素濃度や光量が減少します。 すると、酸素を必要とする微生物が育たなくなる。 代わりに、酸素がなくても育つ紫硫黄細菌と緑硫黄細菌が優勢になります。 そして、淡水の底（底生部）には、ほとんど微生物が生存していない。 メタン生成菌など、酸素や日光がなくても生存できる菌が繁殖する。
海水は微生物にとって異なる環境をもたらす。 淡水に比べて塩分濃度が高く、pHも高く、栄養分も少ないため、多くの微生物にとって致命的である。 しかし、塩分を好む（好塩性）細菌は地表付近に多く存在し、淡水にも生息する細菌（シュードモナスやビブリオなど）もいる。 また、2001年には、古細菌と呼ばれる太古の微生物が海洋の支配的な生命体の一つであることが証明された。 海の食物連鎖におけるアーキバクテリアの役割はまだわかっていませんが、極めて重要な存在であることは間違いないでしょう。 渦鞭毛藻類は急速に増殖し、海水を赤く染めることがあります。 この「赤潮」によって、水中の栄養分や酸素が奪われ、多くの魚が死んでしまうことがある。
水はまた、微生物をある場所から別の場所に運ぶ理想的な手段でもある。 例えば、航海中に船を安定させるために船体に積まれる水は、微生物を世界中に運ぶ手段であることが分かってきた。
飲料水は通常、微生物汚染のリスクを最小化するために処理されます。 飲料水処理の重要性は、何世紀にもわたって知られてきた。 例えば、キリスト教以前の時代には、金属でできた水差しに飲料水を入れて保管することが行われていました。 現在では、いくつかの金属が抗菌作用を持つことが知られています。 同様に、水を保護する手段として、飲料水の煮沸は古くから知られている。
塩素や塩素誘導体などの化学薬品は、20世紀初頭から水中の大腸菌などの細菌を殺す手段としてよく使われてきた。 このほか、オゾンと呼ばれるガスの使用や、紫外線を使用して微生物の遺伝物質を無効化する方法など、ますます普及している殺細菌処理法があります。 また、水をフィルターに通すことで、物理的に微生物を排除することもできる。
水中微生物学の重要な側面、特に飲料水については、その水が飲んでも安全であることを確認するための検査がある。 水質検査は、いくつかの方法で行うことができる。 一般的な検査は、水の濁度を測定するものです。 濁度は、水中の懸濁物質の量を示すものです。 一般的に、土などの物質が水中に存在する場合、微生物も存在することになります。 細菌やウイルスのような小さな粒子でも存在すれば、水の透明度を低下させます。
多くの国で、水の微生物学は法律の対象にもなっています。 規制では、水源のサンプリング頻度、サンプリングの方法、分析の実施方法、検出される微生物、および水サンプル中の対象微生物の許容限度を規定している。 病気を引き起こす微生物（サルモネラ・チフス菌やビブリオコレラ菌など）の検査には費用がかかる上、その菌の存在数が少ないと検出されない可能性があります。 その代わりに、より数の多い他の細菌が、水の糞便汚染を示す指標となる。 大腸菌は、何十年もの間、糞便性汚染の指標として使われてきました。 この細菌は腸管内に大量に存在し、病気の原因となる細菌やウイルスよりも数が多いのです。 大腸菌が検出される確率は、実際に病気を引き起こす微生物が検出される確率よりも高いのです。 また、大腸菌は水中で増殖・繁殖する能力がないという利点もあった（熱帯地方の温暖で食べ物の多い海域は除く）。 したがって、この細菌が水中に存在することは、最近の糞便による汚染を示すことになる。 最後に、大腸菌は簡単かつ安価に検出することができる
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