“Every cell counts”—experiences with flow cytometry for Austrian drinking water supply

Abstract

The last decades have seen extensive scientific and technological improvements in many fields of microbiology and molecular biology. Correspondingly, flow cytometry—a rapid, precise and straightforward method for cultivation-independent detection of cells in liquids—has been a major topic in aquatic microbiology and drinking water analysis. Flow cytometry provides information at the single-cell level, including total cell counts, size measurements, nucleic acid content and bacterial viability and activity. While regulatory requirements for water testing rely on cultivation-based methods, flow cytometry can be considered a powerful tool to complement standard procedures.This article provides insights into the methodology and applicability of flow cytometry in the field of microbiological drinking water analysis and presents an overview on several case studies that cover a broad range of different objectives. The later are comprised of a study on flow cytometric characterization of Austrian drinking water resources, of an example for advanced data analysis methods of flow cytometric data, of a study on monitoring microbial regrowth within the distribution network, of an exemplary case of the application of online flow cytometry for high-frequency monitoring and of an introduction to the combination of flow cytometry and sequencing information.Finally, it is argued that due to the high microbiological variability of different water resources, unusual changes of flow cytometric parameters, rather than specific limits, could act as an indicator for further investigation. In this way flow cytometry can provide a good basis for risk assessments in water safety plans. The application of flow cytometry still remains utility-specific and a huge need for standardization of data analysis and interpretation exists in order to achieve a better cooperation of water utilities.Die letzten Jahrzehnte haben in vielen Bereichen der Mikrobiologie und Molekularbiologie umfangreiche wissenschaftliche und technologische Fortschritte gebracht. Dementsprechend ist die Durchflusszytometrie – eine schnelle, präzise und unkomplizierte Methode zum kultivierungsunabhängigen Nachweis von Zellen in Flüssigkeiten – ein wichtiges Thema in der aquatischen Mikrobiologie und der Trinkwasseranalyse geworden. Die Durchflusszytometrie liefert Informationen auf Ebene einzelner Zellen und erlaubt dabei Größenbestimmungen, Messungen des Gehalts an Nukleinsäuren, Aspekte über bakterielle Lebensfähigkeit und Aktivität sowie die Ermittlung von Gesamtzellzahlen. Während regulatorische Anforderungen für die Trinkwasseruntersuchung auf kultivierungsbasierte Methoden ausgelegt sind, kann die Durchflusszytometrie als leistungsstarke Ergänzung von Standardverfahren angesehen werden.Dieser Artikel gibt Einblicke in die Methodik und Anwendbarkeit der Durchflusszytometrie im Bereich der mikrobiologischen Trinkwasseranalyse und stellt mehrere Fallstudien vor, die ein breites Spektrum unterschiedlicher Zielsetzungen abdecken. Letztere umfassen eine Studie zur durchflusszytometrischen Charakterisierung österreichischer Trinkwasserressourcen, ein Beispiel für fortgeschrittene Datenanalysemethoden durchflusszytometrischer Daten, eine Studie zur Überwachung der mikrobiellen Dynamik im Verteilungsnetz, einen exemplarischen Fall der Anwendung von Online-Durchflusszytometrie für ein verdichtetes Monitoring und eine Einführung in die Kombination von Durchflusszytometrie und Sequenzierungsverfahren.Abschließend wird argumentiert, dass aufgrund der hohen mikrobiologischen Variabilität verschiedener Wasserressourcen ungewöhnliche Veränderungen von durchflusszytometrischen Parametern als Anlass für weitere Untersuchungen dienen sollten. Auf diese Weise kann die Durchflusszytometrie eine ergänzende Grundlage für die Risikobewertung im Rahmen der Erstellung von Wassersicherheitsplänen darstellen. Die Anwendung der Durchflusszytometrie ist nach wie vor nutzungs- bzw. betriebsspezifisch und es besteht ein großer Bedarf an einer Standardisierung der Datenanalyse und -interpretation, um eine bessere Zusammenarbeit von Wasserversorgern zu erreichen.