Watermicrobiologie houdt zich bezig met de micro-organismen die in water leven, of door water van de ene habitat naar de andere kunnen worden getransporteerd.
Water kan de groei van vele soorten micro-organismen ondersteunen. Dit kan voordelig zijn. Bijvoorbeeld, de chemische activiteiten van bepaalde stammen van gisten leveren ons bier en brood. Ook kan de groei van sommige bacteriën in besmet water helpen bij het verteren van de giftige stoffen uit het water.
De aanwezigheid van andere ziekteverwekkende microben in water is echter ongezond en zelfs levensbedreigend. Zo kunnen bacteriën die in het darmkanaal van mensen en andere warmbloedige dieren leven, zoals Escherichia coli, Salmonella, Shigella en Vibrio, water besmetten als er uitwerpselen in het water terechtkomen. Besmetting van drinkwater met een type Escherichia coli dat bekend staat als O157:H7 kan dodelijk zijn. De besmetting van de gemeentelijke watervoorziening van Walkerton, Ontario, Canada in de zomer van 2000 door de stam O157:H7 heeft 2000 mensen ziek gemaakt en zeven mensen gedood.
Het darmkanaal van warmbloedige dieren bevat ook virussen die het water kunnen besmetten en ziekten kunnen veroorzaken. Voorbeelden zijn rotavirus, enterovirussen en coxsackievirus.
Een andere groep microben die in de watermicrobiologie een rol speelt, zijn de protozoa. De twee protozoa die de meeste zorgen baren zijn Giardia en Cryptosporidium. Zij leven normaal in het darmkanaal van dieren zoals bevers en herten. Giardia en Cryptosporidium vormen tijdens hun levenscyclus slapende en winterharde vormen die cysten worden genoemd. De cystevormen zijn resistent tegen chloor, de meest gebruikte vorm van desinfectie van drinkwater, en kunnen de filters passeren die in veel waterzuiveringsinstallaties worden gebruikt. Inname via het drinkwater kan leiden tot slopende en langdurige diarree bij mensen en kan levensbedreigend zijn voor mensen met een verzwakt immuunsysteem. Cryptosporidiumbesmetting van het drinkwater van Milwaukee, Wisconsin, in 1993, heeft meer dan 400.000 mensen ziek gemaakt en aan 47 mensen het leven gekost.
Vele micro-organismen worden van nature aangetroffen in zoet en zout water. Hiertoe behoren bacteriën, cyanobacteriën, protozoa, algen en kleine diertjes zoals rotiferen. Deze kunnen belangrijk zijn in de voedselketen die de basis vormt van het leven in het water. De microben die cyanobacteriën worden genoemd, kunnen bijvoorbeeld de energie van de zon omzetten in de energie die ze nodig hebben om te leven. De overvloedige aantallen van deze organismen worden op hun beurt gebruikt als voedsel voor ander leven. De algen die in het water gedijen, vormen ook een belangrijke voedselbron voor andere levensvormen.
In zoet water leven allerlei micro-organismen. Het gebied van een waterlichaam dicht bij de kustlijn (de litorale zone) is goed verlicht, ondiep, en warmer dan andere gebieden van het water. In deze zone gedijen fotosynthetische algen en bacteriën die licht als energie gebruiken. Verder weg van de kust ligt de limnitische zone. Hier leven ook fotosynthetische microben. Naarmate het water dieper wordt, worden de temperaturen kouder en nemen de zuurstofconcentratie en het licht in het water af. Microben die zuurstof nodig hebben, gedijen nu niet goed. In plaats daarvan overheersen de paarse en groene zwavelbacteriën, die zonder zuurstof kunnen groeien. Op de bodem van zoet water (de bentische zone) tenslotte, overleven maar weinig microben. Bacteriën die in afwezigheid van zuurstof en zonlicht kunnen overleven, zoals methaanproducerende bacteriën, gedijen goed.
Zoutwater biedt micro-organismen een ander milieu. De hogere zoutconcentratie, de hogere pH, en de lagere voedingsstoffen, vergeleken met zoet water, zijn dodelijk voor veel micro-organismen. Maar zoutminnende (halofiele) bacteriën zijn er in overvloed aan de oppervlakte, en sommige bacteriën die ook in zoet water leven zijn er in overvloed (d.w.z. Pseudomonas en Vibrio). In 2001 hebben onderzoekers ook aangetoond dat de oude vorm van microbieel leven die bekend staat als archaebacteriën, een van de dominante levensvormen in de oceaan is. De rol van archaebacteriën in de voedselketen van de oceaan is nog niet bekend, maar moet van vitaal belang zijn.
Een ander micro-organisme dat in zout water wordt aangetroffen zijn een soort algen die bekend staan als dinoflagellelaten. De snelle groei en vermenigvuldiging van dinoflagellaten kan het water rood kleuren. Deze “rode vloed” berooft het water van voedingsstoffen en zuurstof, waardoor veel vissen kunnen sterven. Ook de mens kan ziek worden door het eten van besmette vis.
Water kan ook een ideaal middel zijn om micro-organismen van de ene plaats naar de andere te vervoeren. Zo is bijvoorbeeld bekend dat het water dat in de romp van schepen wordt meegevoerd om de schepen tijdens hun oceaanreizen te stabiliseren, een middel is om micro-organismen over de hele wereld te vervoeren. Een van deze organismen, een bacterie genaamd Vibrio cholerae, veroorzaakt levensbedreigende diarree bij de mens.
Drinkwater wordt gewoonlijk behandeld om het risico van microbiële besmetting tot een minimum te beperken. Het belang van drinkwaterbehandeling is al eeuwenlang bekend. In voorchristelijke tijden werd bijvoorbeeld drinkwater opgeslagen in metalen kruiken. Nu is de antibacteriële werking van sommige metalen bekend. Evenzo is het koken van drinkwater, als middel ter bescherming van het water, reeds lang bekend.
Chemicaliën zoals chloor of chloorderivaten zijn sinds de eerste decennia van de twintigste eeuw een populair middel om bacteriën zoals Escherichia coli in water te doden. Andere bacteriëndodende behandelingen die steeds populairder worden, zijn het gebruik van een gas dat ozon wordt genoemd en het uitschakelen van het genetisch materiaal van de microbe door het gebruik van ultraviolet licht. Microben kunnen ook fysiek uit het water worden geweerd door het water door een filter te laten lopen. Moderne filters hebben gaatjes die zo klein zijn dat zelfs minuscule deeltjes als virussen kunnen worden ingesloten.
Een belangrijk aspect van de watermicrobiologie, vooral voor drinkwater, is het testen van het water om er zeker van te zijn dat het veilig is om te drinken. Het testen van de waterkwaliteit kan op verschillende manieren gebeuren. Een populaire test meet de troebelheid van het water. De troebelheid geeft een indicatie van de hoeveelheid materiaal in suspensie in het water. Als materiaal zoals aarde in het water aanwezig is, zullen er ook micro-organismen aanwezig zijn. De aanwezigheid van deeltjes, zelfs zo klein als bacteriën en virussen, kan de helderheid van het water verminderen. Troebelheid is een snelle manier om aan te geven of de waterkwaliteit achteruitgaat, en dus of actie moet worden ondernomen om het waterprobleem te verhelpen.
In veel landen is watermicrobiologie ook onderwerp van wetgeving. In de regelgeving wordt gespecificeerd hoe vaak waterbronnen worden bemonsterd, hoe de bemonstering wordt uitgevoerd, hoe de analyse wordt uitgevoerd, welke microben worden gedetecteerd en wat de aanvaardbare grenswaarden zijn voor de doelmicro-organismen in het watermonster. Het testen op ziekteverwekkende microben (zoals Salmonella typhymurium en Vibrio cholerae) kan duur zijn en als de bacteriën in lage aantallen aanwezig zijn, kunnen zij aan opsporing ontsnappen. In plaats daarvan geven andere, talrijkere bacteriën een indicatie van de fecale verontreiniging van het water. Escherichia coli wordt al tientallen jaren gebruikt als indicator voor fecale verontreiniging. De bacterie is in enorme aantallen aanwezig in het darmkanaal, en is talrijker dan de ziekteverwekkende bacteriën en virussen. De kans om Escherichia coli op te sporen is groter dan om de eigenlijke ziekteverwekkende micro-organismen op te sporen. Escherichia coli heeft ook het voordeel dat het niet in staat is in het water te groeien en zich voort te planten (behalve in de warme en met voedsel overladen wateren van tropische landen). De aanwezigheid van deze bacterie in water wijst dus op recente fecale verontreiniging. Tenslotte kan Escherichia coli gemakkelijk en goedkoop worden opgespoord.