La microbiología del agua se ocupa de los microorganismos que viven en el agua, o que pueden ser transportados de un hábitat a otro por el agua.
El agua puede soportar el crecimiento de muchos tipos de microorganismos. Esto puede ser ventajoso. Por ejemplo, las actividades químicas de ciertas cepas de levaduras nos proporcionan cerveza y pan. Asimismo, el crecimiento de algunas bacterias en el agua contaminada puede ayudar a digerir los venenos del agua.
Sin embargo, la presencia de otros microbios causantes de enfermedades en el agua es insalubre e incluso pone en peligro la vida. Por ejemplo, las bacterias que viven en el tracto intestinal de los seres humanos y otros animales de sangre caliente, como Escherichia coli, Salmonella, Shigella y Vibrio, pueden contaminar el agua si las heces entran en ella. La contaminación del agua potable con un tipo de Escherichia coli conocido como O157:H7 puede ser mortal. La contaminación del suministro municipal de agua de Walkerton (Ontario, Canadá) en el verano de 2000 por la cepa O157:H7 enfermó a 2.000 personas y mató a siete.
El tracto intestinal de los animales de sangre caliente también contiene virus que pueden contaminar el agua y causar enfermedades. Algunos ejemplos son el rotavirus, el enterovirus y el coxsackievirus.
Otro grupo de microbios de interés en la microbiología del agua son los protozoos. Los dos protozoos más preocupantes son Giardia y Cryptosporidium. Viven normalmente en el tracto intestinal de animales como el castor y el ciervo. La Giardia y el Cryptosporidium forman formas latentes y resistentes llamadas quistes durante sus ciclos de vida. Las formas de quistes son resistentes al cloro, que es la forma más popular de desinfección del agua potable, y pueden atravesar los filtros utilizados en muchas plantas de tratamiento de agua. Si se ingieren en el agua potable, pueden causar una diarrea debilitante y prolongada en los seres humanos, y pueden poner en peligro la vida de las personas con sistemas inmunitarios deteriorados. La contaminación por Cryptosporidium del agua potable de Milwaukee (Wisconsin) en 1993 enfermó a más de 400.000 personas y mató a 47.
Muchos microorganismos se encuentran de forma natural en el agua dulce y salada. Entre ellos se encuentran bacterias, cianobacterias, protozoos, algas y animales diminutos como los rotíferos. Estos pueden ser importantes en la cadena alimentaria que constituye la base de la vida en el agua. Por ejemplo, los microbios llamados cianobacterias pueden convertir la energía del sol en la que necesita para vivir. A su vez, la abundancia de estos organismos sirve de alimento a otros seres vivos. Las algas que prosperan en el agua son también una importante fuente de alimento para otras formas de vida.
En el agua dulce viven diversos microorganismos. La región de una masa de agua cercana a la costa (la zona litoral) está bien iluminada, es poco profunda y más cálida que otras regiones del agua. En esta zona prosperan las algas fotosintéticas y las bacterias que utilizan la luz como energía. Más lejos de la orilla se encuentra la zona limnética. Aquí también viven los microbios fotosintéticos. A medida que el agua se hace más profunda, las temperaturas se vuelven más frías y la concentración de oxígeno y la luz en el agua disminuyen. Ahora, los microbios que requieren oxígeno no prosperan. En su lugar, dominan las bacterias del azufre púrpura y verde, que pueden crecer sin oxígeno. Por último, en el fondo de las aguas dulces (la zona bentónica), sobreviven pocos microbios. Las bacterias que pueden sobrevivir en ausencia de oxígeno y luz solar, como las que producen metano, prosperan.
El agua salada presenta un entorno diferente para los microorganismos. La mayor concentración de sal, el mayor pH y los menores nutrientes, en relación con el agua dulce, son letales para muchos microorganismos. Sin embargo, las bacterias amantes de la sal (halófilas) abundan cerca de la superficie, y algunas bacterias que también viven en agua dulce son abundantes (por ejemplo, Pseudomonas y Vibrio). Además, en 2001, los investigadores demostraron que la antigua forma de vida microbiana conocida como arqueobacterias es una de las formas de vida dominantes en el océano. El papel de las arqueobacterias en la cadena alimentaria del océano aún no se conoce, pero debe ser de vital importancia.
Otro microorganismo que se encuentra en el agua salada son un tipo de algas conocidas como dinoflagelados. El rápido crecimiento y multiplicación de los dinoflagelados puede hacer que el agua se vuelva roja. Esta «marea roja» agota el agua de nutrientes y oxígeno, lo que puede provocar la muerte de muchos peces. Además, los humanos pueden enfermar al comer pescado contaminado.
El agua también puede ser un medio ideal para transportar microorganismos de un lugar a otro. Por ejemplo, se sabe que el agua que se lleva en los cascos de los barcos para estabilizar las embarcaciones durante sus viajes oceánicos es un medio de transporte de microorganismos por todo el mundo. Uno de estos organismos, una bacteria llamada Vibrio cholerae, provoca diarreas potencialmente mortales en los seres humanos.
El agua potable suele tratarse para minimizar el riesgo de contaminación microbiana. La importancia del tratamiento del agua potable se conoce desde hace siglos. Por ejemplo, en la época precristiana se practicaba el almacenamiento de agua potable en jarras hechas de metal. Ahora se conoce el efecto antibacteriano de algunos metales. Del mismo modo, la ebullición del agua potable, como medio de protección del agua, se conoce desde hace mucho tiempo.
Los productos químicos como el cloro o los derivados del cloro han sido un medio popular para matar bacterias como la Escherichia coli en el agua desde las primeras décadas del siglo XX. Otros tratamientos que eliminan las bacterias y que son cada vez más populares son el uso de un gas llamado ozono y la inutilización del material genético del microbio mediante el uso de luz ultravioleta. Los microbios también pueden excluirse físicamente del agua pasándola por un filtro. Los filtros modernos tienen agujeros tan diminutos que incluso partículas tan minúsculas como los virus pueden quedar atrapadas.
Un aspecto importante de la microbiología del agua, sobre todo en el caso del agua potable, es el análisis del agua para garantizar que sea segura para beber. Las pruebas de calidad del agua pueden realizarse de varias maneras. Una de las pruebas más populares es la que mide la turbidez del agua. La turbidez indica la cantidad de material suspendido en el agua. Normalmente, si en el agua hay materiales como la tierra, también habrá microorganismos. La presencia de partículas, incluso tan pequeñas como las bacterias y los virus, puede disminuir la claridad del agua. La turbidez es una forma rápida de indicar si la calidad del agua se está deteriorando y, por tanto, si hay que tomar medidas para corregir el problema del agua.
En muchos países, la microbiología del agua también es objeto de legislación. La normativa especifica con qué frecuencia se toman muestras de las fuentes de agua, cómo se hace el muestreo, cómo se realizará el análisis, qué microbios se detectan y los límites aceptables para los microorganismos objetivo en la muestra de agua. Los análisis para detectar los microbios que causan enfermedades (por ejemplo, Salmonella typhymurium y Vibrio cholerae) pueden ser costosos y, si las bacterias están presentes en bajo número, pueden escapar a la detección. En cambio, otras bacterias más numerosas proporcionan una indicación de la contaminación fecal del agua. La Escherichia coli se ha utilizado como indicador de la contaminación fecal durante décadas. Esta bacteria está presente en el tracto intestinal en grandes cantidades, y es más numerosa que las bacterias y los virus causantes de enfermedades. Las posibilidades de detectar la Escherichia coli son mayores que las de detectar los verdaderos microorganismos causantes de enfermedades. La Escherichia coli también tiene la ventaja de no ser capaz de crecer y reproducirse en el agua (excepto en las aguas cálidas y cargadas de alimentos de los países tropicales). Por tanto, la presencia de la bacteria en el agua es indicativa de una contaminación fecal reciente. Por último, la Escherichia coli puede detectarse de forma fácil y económica.