Li s t o f F i gu r e s L i s t o f Ta b l e s L i s t o f F i gu r e s i n A p pe n d i x L i s t o f Tab l e i n A p pe nd i x A bst r a c t Ac kn ow l e d g e me n t s C h ap t e r I : I nt r o du c t i o n C h ap t e r I I : Rev i e w o f L i t e r a t u r e I nt r o du ct i o n So u r c e s o f Fe c al Co n t ami n at i o n E p i demi o l o g y Ba c t e r i op ha ge s He pat i t i s A V i r u s Pol i ov i r u s Vi r u s I n a c t i va t i o n i n Se awa t e r Pr o t e o l y t i c Ac t i vi t y Sum ma r y C hap t e r I I I : Mat e r i al s a nd Me t hod s Se awat e r Sam p l e So u r c e s V i r u s S t oc ks a nd As s ays Ge n e r a l Ac t i vi t y a nd Wa t e r Qu a l i t y A n a l ys i s S t at i s t i c a l An a l ys i s C hap t e r I V : Re s u l t s Com pa r at i ve Vi r u s Su r v i va l Exp e r i me nt s
(
Pr e l i mi n a r y S t u d y a n d S t u d y 1) I l l I V V v i v i i v i i i 1- 3 4 4- 5 5- 7 7- 1 3 1 4- 1 5 1 5 1 5 - 2 2 2 2 - 2 3 2 3 - 2 4 2 5 2 5- 2 6 2 6- 2 8 2 8- 2 9 3 0- 4 11 1 Pr o t e ol y t i c Ac t i v i t y Expe r i me nt s (S t u d y 2 ) 4 2- 6 8 C hap t e r V : Di s c u s s i o n 6 9 - 7 7 C hap t e r V I : C o nc l u s i o n 7 8- 7 9 Re f e r e n c e s c i t e d 8 0- 8 6 A p p e n di x A 8 7 - 9 3 A p pe n di x B 9 4- 9 8 A p pe ndi x C 9 9- 1 1 5
L I S T O F F I G U R E S F i g ur e Pa ge 1 Mo r p ho l o g i c a l D i f f e r e n ce s Be t we e n F R N A 3 1 c ol i p h a ge s a nd Soma t i c Sa l mo n e l l a Ba c t e r i op h a ge s o n Ho s t Ba c t e r i a Sa l mo n el l a t y p h i mu r i um W G 4 9 2 Me a n Vi r u s I n a c t i va t i o n i n Se a w at e r 3 4
(
Pr el imi n a r y S t u d y a n d S t u d y 1)
3 Me a n I n a c t i vat i o n o f V i r u s e s b y S t a t e 3 8 (Pr e l i m i n a r y S t u d y a n d S t u d y 1)
4 A T P Me a s u r eme nt s b y S t at e i n Tr e a t e d a n d Un t r e a t e d 4 0 Se a wa t e r(
S t ud y 1)
5 H A V I n a ct i v at i o n i n Fi l t e r e d / Re co ns t i t u t e d 4 5 No r t h Ca r ol i n a Se awat e r (S t u d y 2 ) 6 P V - 1 I n a c t i va t i o n i n Fi l t e r e d/
Re c o n s t i t ut e d 4 6 No r t h Car o l i na Se a w at e r (S t u d y 2 ) 7 F R N A P hag e I n a c t i va t i o n i n Fi l t e r e d/ Re c o n s t i t u t e d 4 7 No r t h Ca r ol i n a Se awa t e r (S t u d y 2 ) 8 S S P ha ge I n a c t iv a t i o n i n Fi l t e r e d/
Re c o n s t i t u t ed 4 8 No r t h Ca r o l i n a Se a w at e r (S t u d y 2 ) 9 H A V I n a c t iv a t i o n i n Fi l t e r e d No r t h Ca r o l i n a 49 Se awat e r (S t ud y 2 ) 1 0 P V- 1 I n a c t i v a t i o n i n Fi l t e r e d No r t h Ca r ol i n a 50 Se a w at e r(
S t ud y 2)
1 1 F R N A P hag e I na c t i va t i o n i n F i l t e r e d No r t h Ca r ol i n a 5 1 Se awat e r (S t u d y 2 ) 1 2 S S P ha ge I na c t iv at i o n i n F i l t e r e d No r t h Ca r o l i n a 5 2 Se awat e r(
S t ud y 2)
1 3 Ca s e i n H y dr o l ys i s b y Ma r i ne Mi c r o o r ga n i s ms o n 55 S ki m Mi l k A ga r P l a t e s 1 4 Me a n I n a c t iv a t i o n o f V i r u s e s i n Unt r e at e d No r t h 6 0 C a r o l i n a Se a wa t e r (S t ud y 2)
15 Me a n I n a ct iv a t i o n of V i r u s e s i n Tr e a t ed No r t h 6 1 Ca r o l i n a Se a w at e r(
S t ud y 2)
1 6 Com p a r i so n o f Me a n V i r u s I n a c t iv a t i o n O v e r a 6 7 Tw e l ve Da y Ti me Pe r i o d (Pr e l i mi n a r y S t u d y/ S t u d y 1 a n d S t u d y 2 )V L I S T O F F I G U R E S I N A P P E N D I C E S F i g ur e s Pa ge A l En t e r i c V i r u s S u r v i v al C A 8 8 (Tr e a t e d v s Un t r e at e d Wa t e r s ) A 2 En t e r i c V i r us S u r v i v a l H I 8 9 (Tr e a t e d v s Un t r e a t e d Wa t e r s
)
A 3 En t e r i c V i r us Su r v iv a l N C 9 0 (Tr e a t e d v s Unt r e a t ed Wat e r s)
A 4 P hag e Su r vi v al C A 9 1(
Tr e at e d vs Unt r e a t e d Wa t e r s)
A 5 P hag e Su rv i va l H I 9 2(
Tr e at e d v s Unt r e a t e d Wat e r s)
A 6 P hag e Su r v i v a l N C 9 3 (Tr e a t e d v s Unt r e a t e d W at e r s ) B l H A V I n a c t i va t i o n 9 5(
Se a wa t e r/
4 m l Pr ot e o l y t i c Ba ct e r i a)
B 2 P V- 1 I n a c t i va t i o n 9 6(
Se a wat e r/
4 m l Pr o t e ol y t i c Ba ct e r i a)
B 3 F R N A P hag e I n a c t i va t i o n 9 7(
Se a wat e r / 4 m l Pr o t e o l y t i c Ba ct e r i a)
B 4 S S P h age I n a ct i vat i o n 9 8 (Se a w a t e r / 4 m l Pr o t e o l y t i c Ba c t e r i a)
L I S T O F T A B L E S Tab l e Page 1 Com pa r a t i v e De s c r i p t i o n o f Ca n di d at e I n d i c a t o r 3 5 Ba c t e r i op h a ge s 2 Me a n Va l u e s f or 2 a nd 4 Lo g i o Vi r u s Re du c t i o n 3 6 (Pr e l i mi n a r y S t u d y a n d S t u d y 1) 3 P- Va lu e s f o r Si gni f i c a n c e Te s t s f o r Di f f e r e nc e i n 3 7 Me a n Vi r u s Re d u c t i o n (Pr e l i mi n a r y S t u d y a nd S t u d y 1 ) 4 T o t a l Co l o n y Fo r mi ng Un i t s p e r m l f or Tr e a t e d a n d 4 1 Unt r e at e d Se a wat e r
(
S t u d y 1)
5 De s c r i p t i o n o f Sa m p l e Tr e a t me n t (S t ud y 2 ) 4 3 6a T o t a l Co l o n y Fo r m i ng Un i t s p e r m l(
S t ud y 2)
5 7 6 b Ca s e i n H y dr ol y z i ng Co l o ni e s Fo rmi ng Uni t s pe r m l 5 8(
S t ud y 2)
7 Me a n Va l u e s f o r 2 a nd 4 Lo g^, V i r u s 6 3 Re duc t i o n (S t u d y 2 ) 8 P-V al u e s f o r Si gn i f i c a n c e Te s t s o f i n Me a n 65 V i r u s Re du c t i o n (S t u d y 2 )V I L I S T O F T A B L E S I N A P P E N D I C E S T ab l e s Pa ge C I C h e mi c a l a nd P h ys i c a l Me as u r e me n t s f o r a l l S t u di e s 1 0 0 C 2 Pr e l i mi n a r y S t u d y- V i r u s Su r vi v a l Da t a 1 0 1 C 3 H A V Su r vi v al - S t u d y 1 1 0 2 C 4 Po l i o Su r v i va l - S t u d y 1 1 0 3 C 5 F R N A P ha ge Su r v i v al - St ud y 1 1 0 4 C 6 S S P ha ge Su r v i v a l - S t u d y 1 1 0 5 C 7 Me a n Vi r u s I n a c t i va t i o n - Pr el imi n a r y & S t ud y 1 1 0 6 C 8 Ba c t e r i a l Co u nt s o n S ki m Mi l k A ga r - S t u d y 1 1 0 7 C 9 Un c o r r e c t e d A T P Me a s u r e me n t s - S t u d y 1 1 0 8 C l O S t a t i s t i c a l Da t a - Pr e l i mi n a r y S t u d y & S t ud y 1 1 0 9 C l l Po l i o a nd H A V Su rv iv a l - S t u d y 2 1 1 0 C 1 2 F R N A a n d S S P h age Sur vi v a l - S t ud y 2 1 1 1 C I S Me a n V i r u s I n a c t i va t i o n - S t ud y 2 1 1 2 C 1 4 Ba c t e r i al Co u n t s o n S k i m Mi l k A ga r - S t u d y 2 1 1 3 C 1 5 A v e r a ge A l ka l i ne Pr ot e a s e Ac t i vi t y Me as u r eme n t s - 1 1 4 S t u d y 2 C 1 6 S t a t i s t i c a l Dat a - S t u d y 2 1 1 5
A B S T R A C T K . M . Ca l l aha n . Com pa r a t i ve Su r v iv a l o f Huma n En t e r i c V i r u s e s a nd I nd i c at o r Or ga n i sms i n Ge ogr a p hi c a l l y Di v e r s e Se a wa t e r s (Un de r t h e d i r e c t i o n o f Dr . Ma r k D . Sob s e y ) . I n a n e f f o r t t o f i nd su i t ab l e i n d i c a t or s of e nt e r i c v i r u s e s i n s e a wa t e r , we c om pa r e d t he s u rv iv al o f t wo gr o up s o f e n t e r i c ba ct e r i o p ha ge s , F -spe c i f i c c o l i p ha ge s (F R N A c o l i p hage s
)
a nd s oma t i c Sa l mo n e l l a (S S)
b a c t e r i op hag e s , t o t he s u rv iv a l o f t wo huma n e nt e r i c vi r u s e s , hep a t i t i s A v i r u s (H A V ) a nd po l i ovi r us t y pe 1 (P V- 1) , i n c o a s t a l s e awa t e r f r om t hr e e ge o gr ap hi c a r e as(
So . Cal i f o r n i a , Hawai i , a nd No r t h Ca r o l i na)
at 2 0 ° C . Co nc e n t r at i o n s of a l l f o u r v i r us e s d e c r e a s e d o ve r 3 0 da ys f r o m t h e i r i n i t i a l t i t e r s a nd t h e r e wa s l i t t l e di f f e r e n c e i n t he s u r v i va l o f a p a r t i c u l a r v i r u s amo ng t h e t hr e e s e a w at e r s . Ho we v e r , t he e x t e n t of r e du c t i o n v a r i e d amo n g t h e f o u r vi r u s e s . Su r vi va l wa s gr e a t e s t f o r t he S S b a c t e r i o p hag es a n d H A V , wh i l e P V - 1 a nd F R N A c o l i p hag e s w e r e i n ac t i va t e d mo r e r api d l y . T he o b s e r v e d d i f f e r e n c e s i n v i r u s s u rv iv a l s u g g e s t t ha t S S ba c t e r i o p hag e s a r e mo r e pe r s i st e n t i n s e awat e r t ha n ot he r vi r u s e s a nd h e n ce ma y b e go od i n d i c at o r s f o r e nt e r i c v i r u s e s i n s e a wa t e r . A d d i t i o n a l i nv e s t i g a t i o n s we r e c o ndu c t e d i n a n a t t em p t t o de t e r m i n e t he c om po n e n t(
s)
of s e awat e r t ha t ma y c a u se t he i n a c t i v at i o n o f v i r u s e s . Re s u l t s i nd i c at e t h at p r o t e o l y t i c a c t i v i t y o f i n di ge n o u s ma r i n e m i c r o o r g a n i sms i s a ch i e f c aus e o f P V - 1 a n d F R N A c o l i p ha ge i na c t i v at i o n . I n c o n t r a s t , pr o t e o l y t i c ac t i vi t y do e s no t s e e m t o b e a domi n a n t f a c t o r i n t h e i n a c t i v a t i o n of H A V a n d S S p ha ge s i n s e awa t e r .A C K N O W L E D G E M E N T S I wo u l d f i r s t l i ke t o t h a n k Ma r k Sob s e y f o r a l l o f h i s p a t i e n c e , gu i da n c e , a n d s up po r t t hr o u g ho u t t hi s pr o
j
e ct . I n a d di t i o n , I wo ul d l i ke t o t ha n k Do n Fr a n c i s c o a n d Fr e d P f a e n d e r f o r t he i r c o n s t r u c t i v e c r i t i c i sm a nd w i l l i ng ne s s t o a s s i s t me i n t h e f i n a l p r e pa r a t i o n o f t hi s r e po r t . Se c o n d l y , a s pe c i a l t h a n k y o u t o Do u g Wa i t f o r h i s p at i e n ce a nd he l p fu l ne s s i n t h e l a bo r at o r y, Do ug Tay l o r f o r a l l o f hi s he l p wi t h e xp e r ime nt a l de s i gn a n d s t at i s t i c a l a n a l ys i s , a nd Ma r iu s Br o u we r f o r hi s he l p wi t h m y s e a r ch f o r a c om pa t i b l e p r o t e a s e i nhi b i t o r . Fi n al l y , I w o u l d l i ke t o t h a n k m y p ar e nt s a nd Mo r t e n f o r t he i r co ns t a n t s up po r t o f m y w o r k a n d o p t i mi sm f o r t hi ngs y e t t o c ome . T h i s i nve s t i ga t i o n wa s c o nd u c t e d a s a pa r t o f a r e s e a r c h pr o gr am su p po r t e d b y t he Na t i o n a l Wa t e r Re s e a r c h I ns t i t u t e , Gr a nt No . 3 - 1 7 6 9 1 .C H A P T E R I I N T R O D U C T I O N T h e pr e s e nc e a nd pe r s i s t e nc e o f e n t e r i c v i r u s e s i n se wag e c o n t ami n at e d s e awat e r i s a n i m po r t a nt pub l i c he a l t h c o n c e r n f o r b a t h i ng , s ur f i ng a nd s he l l f i s hi ng . Nume r o u s o u t br e aks o f ga s t r o e nt e r i t i s a nd i nf e c t i o u s h ep a t i t i s h ave be e n r e p o r t e d i n r e c e nt ye a r s (Po r t no y e t a l . , 1 9 7 5; Go ya l e t a J. , 1 9 7 8; Cabe l l i , 1 9 8 1
)
. T he r i s i ng popu l a t i o n l eve l s i n c o a s t a l c o mmu n i t ie s ha s i n c r e as e d t h e pr e s s u r e o n t he n e a r s ho r e wat e r s w h i c h a r e of t e n r e c r e a t i o na l s i t e s a s w e l l a s s he l l f i s h h a r ve s t i n g a r e a s . Mo s t o f t he s e c ommu n i t i e s wi l l d i s cha r ge t h e i r wa s t e s i nt o s u r r o u n d i n g co a st al wat e r s(
WH O, 1 9 7 9 ) . T h e f a i l u r e o f ma ny o f t he s e w a t e r s t o me e t e s t a b l i sh e d b a c t e r i ol o gi c a l s t a nda r ds f o r w at e r qu a l i t y , r e s u l t s i n t h e c l o s u r e o f t hes e a r e a s t o bo t h b at he r s a n d f i s h e r ma n ; a c o n s e qu e n t l o s s t o t h e l o c a l e c o n om y . The c u r r e nt b a ct e r i o l og i c a l c r i t e r i a a n d s t a n da r d s a r e n o t c apab l e o f p r e di c t i ng t h e pr e s e n c e a nd s u r v i val o f h uma n e n t e r i c v i r u s e s i n s e awa t e r a n d s e di me nt s o r t he up t ak e a n d p e r si s t e n c e o f e n t e r i c v i r us e s i n she l l f i s h . T hi s ma y c a u s e i n f e c t i o u s v i r u s e s t o go u n no t i c e d i n bot h wa t e r a n d s he l l f i s h u n t i l hu ma ns i ng e s t t h em a n d b e c ome i n f e c t e d(
Goya l e t al . , 1 9 7 8; Ge r ba , 1 9 7 9; WH O, 1 9 7 9) . On ce v i r u s e s a r e i nt r o du c e d i nt o t h e wat e r c o l umn t he i r f a t e depe nds o n t h e c h a r a c t e r i s t i cs o f t he e nv i r o nme nt a l s ys t e m. Ent e r ic v i r u s e s ne e d t h e l i v e c e l l s o f a n ap p r o p r i at e ho s t i n w hi ch t o r e p l i c at e . Huma n e nt e r i c v i r u s e s r e qu i r e a h uma n ho st f or t he i r r ep l i c a t i o n . Be c a u s e t he r e a r e n o s u c h c e l l s na t u r a l l y e x i s t i ng i n s e awa t e r , i t i sn o t po s s ib l e f o r t h e s e v i r u s e s t o r ep l i c a t e i n s e awat e r (Kat z e n e l s o n , 1 9 7 8 ) . Co ns e qu e n t l y , t he v i r u s e s w i l l ev e n t u a l l y b e i n a ct i vat e d u nl e s s t h e y a r e i nge s t e d b y a nd i n f e c t a huma n ho s t . T he pr o c e s s o r pr o ce s s e s b y wh i ch v i r a l i n a c t i v at i o n t a k e s p l a c e i n s e a w a t e r ha s be e n e xt e n s i v e l y r e s e a r che d p r i ma r i l y wi t h r e s pe ct t o i n a c t i v a t i o n ki n e t i c s u n de r di f f e r e n t e nv i r o nme nt al co nd i t i o n s . Unf o r t u na t e l y , al l v i r us e s a r e i nh e r e n t l y d i f f e r e nt a nd d o n o t f o l l ow t h e s ame i n a ct iv a t i o n pat t e r n s i n s e a w at e r . C o nt r a s t i ng r e s u l t s have b e e n pub l i s h e d w i t h n o c o n c l u s i ve de c i s i o n s r e a che d abo u t t h e r e a s o ns f o r t he ob s e rv e d di s c r ep a n ci e s . I t ap pe a r s t h at al l s e awat e r s hav e a n s e l f -pu r i f y i ng c ompo n e nt wi t h r e spe c t t o e n t e r i c v i r u s e s , b u t i t may be d i f f e r e n t f o r se a wat e r s of di f f e r e nt ge ogr ap h i c a l l o c at i o n (Fu
j
i o ka e t a l . , 1 9 8 0) . I t h a s b e e n s u g ge s t ed i n t he l i t e r a t u r e t hat t he r e a r e n ume r o u s i n a ct i vat i ng c om po ne nt s i n s e awa t e r , a n d i t i s s i m p l y t h e mo s t do mi na n t a ge nt(
s)
o f t h a t g e o gr ap h i c r e g i o n t ha t ca u s e s t he i n ac t i va t i o n (Gi r o n e s e t a l . , 1 9 8 9a ; Bo s c h e t a l . , 1 9 9 3)
. Huma n e nt e r i c vi r us e s a r e a c o mmo n c ompo n e nt of dome s t i c s ewa ge a nd t y p i c al co nc e n t r a t i o n s a r e a bo ut 1 0^ pe r l i t e r(
Ru i t e r a nd Fuj
i oka , 1 9 7 8) . T h e s e vi r u s e s a r e di f f i c u l t a n d e xp e ns i ve t o de t e c t i n wa t e r . T he r e f o r e , r a p i d a nd s e n s i t i ve t e chn i que s a r e b e i n g i nv e s t i gat e d us i n g i n di c a t or o r g a n i s ms a s a wa y t o p r e d i c t t h e pr e s e nc e a n d mo de l t h e s u rv i va l o f e nt e r i c v i r us e s i n wat e r . Va r i o u s gr o ups o f ba c t e r i opha ge s have be e n pr o po s ed a s mode l o r ga n i sms f o r e nt e r i c v i r u s e s be c a u s e t he y ar e p r e s e n t i n r e l a t iv e abu n da n c e i n e nv i r o nme nt a l s am p l e s c o nt am i na t e d b y s e w ag e a nd o t h e r f e c a l w a s t e s a n d b e c a u s e t he y a r e mo r e e a s i l y a nd r ap i d l y de t e c t ab l e t ha n a r e mo s t3 huma n e n t e r i c v i r u s e s . Howev e r , l i ke huma n e nt e r i c v i r u s e s , t he s e o r ga n i s ms d i f f e r i n t h e i r c o nc e n t r a t i o n s i n s e w age a nd i n t he i r ab i l i t y t o s u rvi v e i n t he e nv i r o nme nt . T he r e f o r e , n o i ndi vi du a l t y p e o r gr o up h as be e n i de nt i f i e d a s a r e l i a b l e i n d i c a t o r f o r a l l e nt e r i c v i r us e s . T he ob
j
e ct i ve s o f t h e f o l l o w i ng st ud i e s we r e : (1)
t o c om pa r e t h e r a t e s o f i na c t iv a t i o n o f t wo g r o ups o f c a n di da t e b a c t e r i opha ge i n di c a t o r s a n d t wo huma n e nt e r i c v i r u s e s i n ge ogr ap hi c a l l y d iv e r s e s e awa t e r s , (2 ) t o de t e r mi ne w he t he r i n d i ge no u s ma r i ne mi c r oo r g a n i s ms e x e r t a n a n t i vi r a l a f f e ct a ga i ns t v i r u se s i n s e awat e r , a n d f i n al l y (3) i f i ndi g e n o u s ma r i ne mi c r o o r g a n i sms do e x e r t a n a n t i -v i r a l a f f e c t , i s v i r u s i n a ct i va t i o n c a u s e d b y pr ot e o l yt i c a c t iv i t y o f ma r i ne m i c r o o r ga n i sms . Ge ogr a p h i c a l l y d i f f e r e n t s e a w at e r s we r e s i mul t a ne o u s l y c om p a r e d wi t h r e s pe ct t o vi r a l p e r s i s t e n c e b e c a u s e of t h e c o n t e n t i o n i n t he s c i e n t i f i c l i t e r a t u r e t h a t s e awa t e r s di f f e r ap p r e c i ab l y i n v i r u c i dal a ct i v i t y(
A ki n e t a l . , 1 9 7 6; Hu r s t a nd Ge r b a , 1 9 8 0; L o e t a l . , 1 9 7 6; To r a n z o e t a l . , 1 9 8 2; G i r o ne s e t a l . , 1 9 8 9a)
. I n ad di t i o n , s t u di e s w e r e c o ndu c t e d i n at t e m p t t o de t e rmi n e i f n at u r a l l y o c c u r r i n g p r o t e o l y t i c a c t i v i t y p r od uc e d b y i n di ge n o u s ma r i ne mi c r o or ga n i sms i s a c om po ne nt o f s e awat e r t hat i s r e s po n s i b l e f o r t he i n a c t i v at i o n o f t he s e vi r u s e s .Rev i ew o f L i t er a t ur e In tr odu c t i o n Ba c t e r i a l i n d ic at o r s o f f e c a l c o n t ami n a t i o n a r e c u r r e nt l y u s e d a s t he b a s i s f o r wat e r qu a l i t y c r i t e r i a a n d s t a nd a r ds wi t h r e sp e ct t o c o nt ami n at i o n b y huma n a n d a n i ma l e x c r e t a . Unf o r t u n at e l y , t he r e i s a g r e a t de a l o f e vi de n c e t h a t t he s e o r ga ni sms a r e no t a de qu a t e i nd i c at o r s f o r a l l p at hoge n s t ha t may be p r e se nt i n t he w at e r
(
Goya l e t a l . , 1 9 78; He r w a l d t e t a l . , 1 9 9 2 ; Na s s e r e t a l . , 1 9 9 3)
. Ma ny h uma n e n t e r i c vi r u s e s a r e mo r e r e s i s t a nt t o se wa g e t r e at me nt a nd a r e a l s o ab l e t o s ur vi v e l o n ge r i n n a t u r al w at e r s t h a n a r e i n di c a t o r ba c t e r i a (Be r g, 1 9 7 5 ; Ka t z e ne l s o n , 1 9 7 8)
. I n f a ct , Ca b e l l i(
1 9 8 1)
r e po r t e d ga s t r o i n t e s t i n a l i l l ne s s e s i n sw i m me r s i n wat e r s t ha t me t c u r r e n t c o l i f o r m s t a n da r ds . So u r c e s of F e c al Con t ami n a ti o n T he i n c r e a se d n um be r o f peo p l e w h o v i s i t o r r e s i de i n c o a st a l r e gi o n s i n t he Un i t e d S t a t e s ha s ad ve r s e l y a f f e c t e d t h e wat e r qu a l i t y o f n e a r sh o r e wa t e r s . I n ad di t i o n , t he g e n e r a l r i s e i n t h e pop u l at i o n i nc r e a s e s wa t e r p o l l ut i o n p r obl ems(
Be r g e t al . , 1976)
. I na deq u a t e wa s t e wa t e r t r e at me nt pr i o r t o di s c ha r ge i nt o t he wat e r s of c o a st a l a r e a s a n d d i r e c t di s cha r ge s i nt o t h e r i v e r s a nd e s t u a r i e s a r e maj
o r f a c t o r s i n t he de c l i n e o f w at e r qu a l i t y i n t he s e a r e a s (B i t t o n , 1 9 7 8)
. The domi n a nt s o u r c e o f pa t hoge n i c o r ga n i s ms i n wa t e r i s5 t he c o nt am i n at i o n o f t hat wa t er wi t h t he f e c a l ma t t e r of wa r m¬ b l o o de d a n i ma l s , i n c l udi n g huma n s (Cabe l l i , 1 9 7 8
)
. Cabe l l i , (1 9 7 8) a l s o r e po r t s t ha t t r e a t e d a n d u n t r e at e d mu n i c i pal a n d i n du s t r i a l wa s t e s , s ep t i c w as t e s , p l e a s u r e b o a t i ng was t e s , dr e d ge s poi l s , l a n d f i l l l e a c ha t e s , s t or m wa t e r a n d agr i c u l t u r al r u n - o f f , a n d t he e x c r e t i o ns f r o m d o me s t i c a n d wi l d a n imal s a l l ma y c o nt r i bu t e t o t h e c o nt ami n a t i o n o f ne a r s ho r e w at e r s . Huma n e nt er i c v i r u s e s a r e a c om mo n c om po n e nt of r aw s ewage t r e a t e d wa s t ewat e r e f f l u e nt a n d r e c yc l i ng wa t e r s(
Be r g , 1 9 7 5)
. T he pr e s e n c e o f huma n e n t e r i c v i r u s e s i n co a s t a l ma r i ne wat e r s i s a pub l i c he al t h c o n c e r n b e c a u s e t r e at e d a n d u n t r e a t e d wa s t ewa t e r i s di s ch a r g e d i n t o s u r f a c e wa t e r s t ha t a r e u s e d f o r r e c r e at i o n a l p u r p o s e s a n d s he l l f i s h ha r ves t i n g . Fe c a l l y e x c r e t e d v i r u s e s o f t he ge n e r a Pi c o r n a v i r i d a e , Ro t avl r i da e , Cal i ci v i r i d a e , A de n o vi r i da e a nd Pa r vov i r i da e a r e t he mos t f r e q ue nt l y f o u n d h uma n vi r u s e s i n h uma n f e c e s a nd s e w a ge(
Be r g e t a l . , 1 9 7 6; Fa r t h i n g , 1 9 8 9)
. Go ya l e t a l . (1 9 7 8) r e p o r t e d e n t e r i c v i r u s r e c ove r y f r om c o as t a l wa t e r s am p l e s t a ke n at kn o w n w a s t e wat e r o ut f a l l s . A l t ho u g h po l i ov i r u s t y pe 1 wa s t he mo s t p r eva l e nt e n t e r i c v i r u s de t e c t e d, e c hov i r us e s a n d c o x s a c k i evi r u s e s we r e a l s o i s o l at ed . E p i d em i ol ogy The l i t e r a t u r e c o n t a i n s s u f f i ci e nt d o c ume nt at i o n r eg a r d i ng t h e o c c u r r e n c e of huma n e n t e r i c v i r u s e s i n wa t e r a n d s hel l f i s h , as we l l as wat e r - bo r ne a nd s h e l l f i s h- bo r n e v i r al i l l ne s s , t o c a u s e c o n c e r n . Cr a u n a n d McCabe(
1 9 7 3)
r e p o r t a n i n c r e a s e i n t he i n c i de n c e o f w a t e r b o r n e i n f ec t i o u s he p a t i t i s b et we e n 1 9 4 6- 1 9 7 0 .W H O (1 9 7 9 ) f o u n d t ha t s w i m me r s i n p o l l u t e d wat e r s a r e s i g n i f i c a nt l y mo r e l i kel y t o c o nt r a c t g a s t r o e nt e r i t i s t h a n a r e n o n - swi m me r s i n t ha t a r e a o r s wi m me r s i n no n -po l l u t e d a r e as . Ha r r i ng t o n (1 9 9 3) f o u n d t hat s wi m me r s i n S y dn e y , Au s t r a l i a we r e s l i gh t l y mo r e l i kel y t o c o n t r ac t g a s t r o i n t e s t i n a l d i s o r de r s t ha n we r e no n - s wi mme r s . O t he r r e ce nt s t ud i e s a l s o do c ume nt i n c r e a se d ga s t r o i nt e s t i n a l i l l n e s s o f p o s s i b l e v i r a l e t i o l o g y a s s o ci a t e d w i t h s wim mi ng i n f e c a l l y c o nt a m i n a t e d w a t e r s
(
P i k e , 1 9 9 4)
. S wim mi ng a nd ba t hi ng i n n e a r s h o r e wa t e r s i s n ot t he o n l y r o u t e o f e x pos u r e t o w a t e r bo r ne v i r u se s . Nume r o u s o u t b r e a ks o f i n f e ct i o u s he pa t i t i s a nd vi r al ga s t r o e nt e r i t i s h ave be e n c a u se d b y c o n s um p t i o n of r a w o r pa r t i a l l y c o o ke d b i v a l ve mo l l u s c a n s h e l l f i sh (Po r t n o y e t a l . , 1 9 7 5 ; R i c ha r ds , 1 9 8 5; Ri p p e y , 1 9 9 4) . Fo r e x am p l e , Po r t n o y e t a l ,(
1 9 7 5)
r e p o r t e d t w o o ut b r e a ks o f o ys t e r a s s o c i a t e d hepa t i t i s f r o m sh e l l f i s h ga t he r e d f r om w at e r s t h a t t es t e d b e l ow t h e Na t i o n a l S h e l l f i sh Sa ni t a t i o n S t a n da r ds o f 7 0 t ot a l c ol i f o r ms/
1 0 0 m l . Po r t n oy al s o de mo n st r a t e s t he di f f e r e n c e s be t we e n up t a ke a n d r et e n t i o n o f ba ct e r i a a n d v i r u s e s i n cl ams . He r e po r t s t h a t w he n cl ams a r e p l a c e d i n s t e r i l e wat e r t hey c a n r e mo ve E . c o l i f r om t he i r t i s s ue s w i t h i n 4 8 ho u r s whe r e as v i r u s e s a r e s t i l l de t e c t a b l e . T he s e f i nd i n gs a r e o f pub l i c he a l t h c o n c e r n b e c a u se s he l l f i s h c o n s ume r s a nd b a t h e r s ma y u n kn o wi n g l y c ome i n c o nt a ct wi t h i n f e c t i o u s o r g a n i sms i n w at e r s t ha t w e r e e s t ab l i s h e d a s f i shab l e a nd s w immab l e a c c o r d i n g t o c u r r e n t wa t e r qu a l i t y s t a nd a r d s ba s e d o n ba c t e r i a l i nd i c a t o r s . T h e h i g h c o s t a nd l e ve l o f e xpe r t i s e r e qu i r e d t o mo n i t o r f o r v i r u s e s i n wa t e r syst ems d i r e ct l y, d o e s n o t a l l ow t he i r7 i m p l eme n t a t i o n i nt o t h e mo n i t o r i ng o f c u r r e n t w a s t e wat e r t r e a t me n t p r a c t i ce s a nd mo n i t o r i n g o f s u r f a c e w at e r s . Co n s e qu e n t l y , ot he r i n di c a t o r o r ga n i s ms h a ve b e e n i nve s t i ga t e d a s a p o s s i b l e me a n s t o mo n i t o r t he v i r o l o gi c a l qu a l i t y o f w a t e r . An i de a l f e c a l i ndi c a t o r o r ga n i sm f o r v i r u s e s wo u l d b e ap p l i c ab l e t o a l l t y p e s o f wat e r , b e f o u nd i n t h e se wa ge a nd f e c a l l y c o n t ami n at e d s am p l e s w he n v i r a l p a t h oge n s a r e pr e s e n t i n a qu a n t i t y t hat i s a t l e a s t a s g r e at a s t h e n um be r o f p a t h o ge n s , n o t b e f o u nd i n s am p l e s t ha t a r e n ot f e ca l l y c o n t ami n a t e d, h ave n o a b i l i t y t o mu l t ip l y i n t h e e nv i r o nme n t , p e r s i s t at l e a s t as l o n g a s t he v i r a l pat ho ge n s i n t he s am p l e s , b e r ap i d l y a n d e a s i l y de t e c t a b l e a nd h ave c o n s t a n t c h a r a c t e r i st i c s wi t h i n t y pe s o f s am p l e s (Bo nde , 1 9 6 3
)
. Va r i o u s gr o ups o f b a c t e r i o p ha ge s hav e b e e n s u g g e s t e d a s s u c h a n i n d i c a t o r o r ga n i sm f o r huma n e n t e r i c v i r u s e s i n s e w ag e t r e a t me n t a nd w a t e r . Ba c te r i op ha ge s Ba ct e r i o p ha g e ar e vi r u s e s t ha t i n f e c t ba c t e r i a l h o s t s(
l A W P R C S t u d y Gr o up , 1 9 9 1)
. Mo r i n i go e t al .(
1 9 9 2)
a nd Ha n d z e l e t a l .(
1 9 9 3)
s u g ge s t t h at F- s pe c i f i c R N A c ol i p hage s may be r e l i abl e i ndi c a t o r s o f huma n e n t e r i c vi r u s e s b e c a u s e t he y a r e st r u c t u r a l l y a n d mo r p hol o g i c al l y s imi l a r . Col i p ha ge s a r e b a ct e r i op hag e s i n f e c t i ng E . c ol i a nd p e r hap s ot he r c o l i f o r m b a c t e r i a . Howe v e r , Mo r i n i go e t a l .(
1 9 9 2)
r epo r t s t ha t a l t ho u g h co l i p hag es we r e de t e c t e d c o ns i s t e n t l y i n na t u r a l w at e r s , F- s p e c i f i c R N A c o l i p ha ge s we r e n o t . A l t ho ug h ma n y t y p e s o f ba c t e r i op hag e s h a ve b e e n s ug ge s t e d as f e c al i n di c at o r o r ga n i sms , no pa r t i c u l a r p ha ge o rphage gr o up ha s be e n ve r i f i e d a s me e t i ng a l l t h e c r i t e r i a of a n
i de a l i ndi c a t o r (Co r n a x e t a l . , 1 9 9 1 ) . Tab l e 1 i nd i c at e s s ome
a dv a n t a ge s a n d di s a d v a nt a ge s o f c a ndi d at e b a c t e r i op ha ge i nd i c a t o r
T ab l e 1 . Coi np a r i s on o f Can d i da t e Ba c t e r i op hag e a s I n d i c a t o r Or g a n i sms P HAG E T Y P E A DV A N T A G E S D I SAD VANT A G E S F R N A coli p hage ♦c on cent r ati o n 4x 1 0 ^ -4x 1 0'' p fu /m l in wa st ewat er ' *n o r e p l i c at i o n in n a t u r al en vi r o nment s ; p i l i pr odu c t i o n i s t em per at u re depen da n t" *3 e r o gr o u p i n g a l l ows d i st i n c ti o n be twe en human and an i mal sou rc e s ^ ♦s peci f i c hos t ba c te r ia s u sc ept i b i l i t y^ ♦ c o rr el ati o n t o ente r ic v i r use s in f re sh w at er ' ♦n ot f o u nd cons i st e n t l y in a n i mal f e ce s' ♦b i oi n dust r y a nima l s hav e h i g he r c o n cen t r at i on in f ece s ' ♦E . c oli ho st s ab l e t o r et a in p i l i and mu l t i p l y in s ewa ge''^ ♦n o c or r e lat i o n t o fec al pol l u ti o n and en t e r i c v i r us e s i n s e awat e r ^'' ^ S omat i c co l i p hage ♦ co n c en t r at io n of 1 0^ - 1 0^ p fu /m l in wa st ewat e r ' ♦h i g h n um bers in e st u a r in e an d ma r i n e w at er s of mode r ate pol l u t i o n leve l s ' '" ♦ cor r elat e s we l l t o f e c al pol l ut i on '' ♦ c or r e la t ed t o human en t e r ic v i r us e s in s e awat e r " ♦ c o u n t s v a r y in huma n and an i mal ex cr et a' ♦ fou nd h i g h nx im be rs i n b i oi n dus rt y a ni ma l s' ♦ amou n t o f p ha ge may va ry w i th tempe r at ur e of sam p l e (l ow tem pe r at ur e , L T, p hage c a n r ep l i cat e in the en vi r onmen t)'■*■'■' ♦n um be r s do n o t c or r elate wel l to human en t e r i c v i r u s pr e senc e in en vi r onmen t al s am p le s' ' ♦he te r ogen e ous gr oup' ♦ many sus cept i b l e hos t
f r ag i l i s p hage p fu / ml i n wa st ewa t e r *f o u nd ma in l y i n h u ma n f ece s ^ *ou t n um ber huma n e n t eri c vir u se s b y f a cto r o f 1 0 i n s ewa ge^ ^ *n ot f o u nd i n u npo l l u ted wat e rs ' ' * pre s en t in al l t y pe s o f en vi r o nme n t al s am p l e s r e ce iv in g dome st i c was t e s" *n o r e p l i c a t i o n i n en vi r onmen t ' ' ^ * r e si st a n t t o d i si nf e ct i on" * pe r s is t en t i n en vi r o nmen t " a l so r epo r t ed t o con t ain t his p hage t y pe''" '" *l ow n um be r s in en vi r o nmen ta l s am p l e s' S omat ic Sa lm one l l a p ha ge * pe r s is ten t in en v ir o nmen t ' * pr e s en t i n s ewage an d t r e at ed ef f lu en t s ^ ' '' * f ew st u d i e s c o ndu c ted; l i tt le kn ow n abou t s ou r c e s^ " * fo u nd at l ower c o nc en t r at io n s than F R N A in s ewage ' ^ *b r o ad ho st r an ge , can cau se i n te r fe r en ce in dete ct ion o f F RNA' " *n o r e lat i o ns h i p f ou nd w i t h f e cal pol l u t i o n' 1 Ha vel a a r (1 9 9 3) 2 lA W P RC s t ud y gr o up (1 9 9 1) 3 Sing leton an d An so n (1 9 8 1) 4 Mor in i go e t a l . (1 9 9 2) 5 Pa r r y e t a l . (1 9 8 1) 6 Bo r r ego et al . (1 9 9 0) 7 Se e l ey and Pr i mr o se (1 9 8 0) 8 Va ug hn and Met cal f (1 9 7 5) 9 Mo nt gome r y (1 9 8 2) 1 0 Rhode s a n d Ka t o r (1 9 9 1) 1 1 Ta r t e r a e t al . (1 9 8 8) 1 2 J ofr e e t a l . (1 9 8 6) 1 3 Bosc h e t a l . (1 9 8 9) 1 4 Chu ng (1 9 9 3) 1 5 C or nax e t a l . (1 9 9 1) 1 6 S i m lc ov a and Ce rv enJca (1 9 8 1)
1 1 I n a d d i t i o n t o t he c ha r a c t e r i s t i cs o f t he d i f f e r e n t p hage t y pe s r e po r t e d i n T ab l e 1, a d di t i o na l i n t e r p r e t at i o n s o f t h e v a r i o us p ha ge t y pes i s n ot e wo r t h y . R h ode s a n d Ka t o r (1 9 9 1) s ug ge s t t hat c ol i p hage s a r e mo r e r e s i s t a nt t ha n f e c a l c o l i f o r ms t o e nv i r o nme nt a l s t r e s s e s . Col i p hage s hav e be e n f o u nd i n de c r e as i n g n um be r s wi t h i n c r e a s i ng di st a n c e f r om s e w a ge o u t f al l s . T hu s , t he s e p ha g e a r e c ap a b l e o f s u r vi v i n g w a s t e wa t e r t r e a t me n t pr o c e s s e s a n d ma y b e r e l i ab l e i nd i c a t o r s o f s e w age c o n t ami n a t i o n i n n at u r a l wat e r s
(
Si m k ov a a nd Ce r ve n ka , 1 9 81)
. Howev e r , c o l i p ha ge s a r e a he t e r o ge ne o us gr o up o f ba c t e r i op ha ge s wi t h d i f f e r e nt mo r p h o l og i e s , c o m po s i t i o n , s i ze , ho s t c e l l r e qu i r e me nt s a n d r e sp o n s e s t o e nv i r o nme nt a l pr oc e s s e s . He nc e , t hei r c ha r a ct e r i s t i c s c a n va r y , de p e n di n g o n w hi c h o n e s a r e p r ev al e n t . T he r e f o r e , t he y do n o t me e t a l l t h e c r i t e r i a o f a n i de al i ndi c at o r o f huma n e nt e r i c v i r u s e s . Na s s e r e t a l . (1 9 9 3) , Hav e l a a r e t a l . (1 9 9 0) a n d Ge r ba (1 9 8 7 ) s u g ge s t t he u s e of t he s o ca l l e d ma l e s pe c i f i c R N A c ol i p ha ge s (F R N A c ol i p ha ge s)
a s a me a s u r e o f s ewa g e po l l ut i o n b u t n o t o f huma n f e c al c o n t ami n at i o n . F R N A c ol i p hages a r e v i r u s e s t ha t i nf e c t ma l e s t r ai n s o f v i r u s e s t ha t i n f e c t t he h o s t ba c t e r i um E . c ol i ; t h es e h o s t c e l l s po s s e s s t he s u r f a c e a p p e n da ge s kn o wn a s s e x o r F pi l i . T he ge ne s f o r F- pi l i ar e t y p i c a l l y l o c a t e d o n a t r a n s m i s s i b l e p l a sm i d kno w n a s t he s e x o r F -p l as mi d . I n s ome c as e s t he F -pl a smi d c a n i n t e gr at e i nt o t h e b a c t e r i a l c hr omo s ome , p r o du c i ng hi g h f r e qu e n c y r e c om bi n at i o n(
H f r ) c e l l s . T he ho s t ba c t e r i um Sa l mo n el l a t yp h i mu r i um W G 49 i s a F R N A c o l i pha ge ho s t . T h i s i s a ge n e t i c al l y al t e r e d b a ct e r i um w i t h t he tr a ge ne s o f t h eF -p l a s m i d o f Es che r i c h i a c ol i K 1 2 sp l i c e d i nt o t he ge n ome o f Sa l mo n el l a t y p h i mu r l um W G 4 5 . T he t r a r egi o n o f t he ge n ome c od e s f o r t h e s e x pi l i . T he p i l i a r e t h e s i t e s o f F R N A c o l i p hag e a t t a c hme nt t o t he h o st c e l l a nd t h e st r u c t u r e s b y w hi ch t h e vi r u s t r a n sp o r t s i t s ge n e t i c s ubs t a n c e r e qu i r e d f o r r e p l i c a t i o n o f t h e ba c t e r i op hage . T h i s pr o c e s s o f p i l i i nf e c t i o n a nd p ha g e r e p l i c at i o n ca n o n l y o c c u r a t t e m p e r at u r es abov e 3 0 ° C (Hav el a a r a n d Ho d ge b o o m, 1 9 8 4; Hav e l a a r e t a J . , 1 9 9 0; Ha v e l a a r , 1 9 9 3
)
. T hi s t e m pe r at u r e de p e nd e n ce s u g ge s t s t ha t F R N A c o l i p hag e s mu s t hav e o r i gi n at ed i n wa rm b l o o de d a ni ma l s a n d c a n n o t r epl i c at e i n mo s t n a t u r a l wa t e r s (Pr i mr o s e e t a l . , 1 9 8 2 ) . Huma n f e c a l ma t t e r do e s n o t c o n t a i n h i g h n um be r s o f F R N A c o l i p ha ge s ye t t he s e p h age s a r e f o u nd c o n s i st e nt l y i n r e l at i v e l y hi g h n umbe r s i n s e w a ge (Fu r u s e , 1 9 8 7; Ha ve l a a r e t al . , 1 9 8 6, 1 9 9 0 ; Hav e l a a r , 1 9 9 3)
. Si n g l e t o n a nd An s o n (1 9 8 1) s u g ge s t t h a t F R N A c o l i p hage h o st c e l l s a r e ca p ab l e o f r e t a i n i n g p i l i pr o du c e d at hi g he r t em p e r a t u r e s , do wn t o a t e m pe r a t u r e o f 1 7 ° C , s ug ge s t i ng t ha t F R N A p hag es may be ab l e t o r ep l i c at e du r i ng t h e s ewag e t r e at me n t p r o c e s s . Ha ve l a a r (1 9 9 3)
s u g ge s t s t h at r e p l i c at i o n i n t he e nv i r o nme nt wo u l d o c c u r o nl y i n a r e a s o f d i r e ct f e c a l i npu t s u ch a s t r e a t me nt d i s c ha r ge p oi nt s o f w a s t e wa t e r t r e a t me nt p l a nt e f f l u e n t . Ba c t er ol de s f r a g i l l s p hage s hav e be e n s u g ge s t ed a s a n ot he r p o s si b l e i n di c at o r o r ga n i sm . A l t h o u g h t he s e p ha ges i n f e c t b a ct e r i a mos t co m mo n l y i n t he i n t e s t i na l t r a c t o f huma ns , t he r e f o r e ma ki ng t he m a n a t t r a c t i ve c a nd i dat e i n di c a t o r o r g a n i s m, a n a er obi c as s a y c o n d i t i o ns f o r t he de t ec t i o n o f t hi s p ha ge a r e a1 3 n o t ab l e di s ad va nt age
(
Hav e l a a r , 1 9 9 3) . Hav e l a a r (1 9 9 3)
a l s o r e p o r t s t ha t B . f r a gl l i s p ha g e s a r e f o u nd i n l o w c o n c e n t r at i o n s i n w as t e wa t e r , var i ab l e c o n c e nt r at i o n s i n h uma n f e c e s , a nd i n a l i mi t e d n um b e r o f a n imal s pe c i e s . Co r n a x e t a l . (1 9 9 1) s u g g e s t s t hat Ba c te r oi des f r a g l l i s p ha ge s a s we l l a s s oma t i c Sa l mo n e l l a p h a ge s a r e f o u nd a t l o w c o n c e nt r a t i o n s i n e nv i r o nme nt al s am pl e s . Soma t i c Sa l mo n el l a p ha ge s a r e p hag e s t h a t i nf e c t ba ct e r i a o f t h e Sal mo n el l a ge n u s b y a t t a c h me n t t o r e c e p t or s o n t h e ce l l wa l l . T hi s a t t r i bu t e ma ke s S S p ha ge s a mo r e h et e r o ge n e o u s gr o u p of p h ages t ha n F R N A c ol i p h a ge s a nd B . f r a g l l i s p ha ge s , a n d l i mi t s t he i r r e l i a b i l i t y a s a n i nd i c a t o r o r ga n i s m . T he u s e o f S S p ha g e s a s a n i nd i c a t o r o r ga n i sm hav e be e n f u r t h e r c a l l ed i nt o qu e st i o n b y t he s u g ge s t i o n t h a t t he y may r e p l i c a t e i n t h e e nv i r o nme n t(
Co r n a x e t al . , 1 9 9 1 ; Bo r r e go e t a l . , 1 9 8 9 ; Have l a a r , 1 9 9 3) . Fe w i nve s t i gat i o ns hav e be e n c o n du c t e d o n s oma t i c Sa l mo n el l a p h ages a s i n di c at o r vi r u s e s du e t o t he i r s u p po s e d l i mi t e d p r e s e n c e i n t he aqua t i c e nvi r o nme n t(
R ho de s a nd Kat o r , 1 9 9 1) . I n a s um ma r y o f p hage s a s i n d i c a t o r s , Have l a a r(
199 3)
s u gge s t s s oma t i c c o l i p ha ge s n o t be u se d a s i n di c at o r s o f wa t e r qu a l i t y . He s u g ge s t s t ha t F R N A p ha ge s ma y b e r e l i ab l e i n de x o r ga n i s ms i n s e w a ge t r e at me nt p r oc e s se s a nd i n f r e s h wa t e r s but n o t i n s ea wa t e r . Ba c t e r oi de s f r a g l l i s p ha ge s a r e s u g ge s t e d a s a n i ndi c a t o r o r ga n i sm f o r w a rm h i g h s a l i ni t y s e awat e r s w he r e F R N A p h a g e s hav e b e e n r e po r t e d l y s h o r t - l iv e d (Jo f r e e t a l . , 1 9 8 6 ; Have l a a r , 19 9 3)
.Hep a t i t i s A V i r u s Hep at i t i s A v i r u s wa s t he f i r s t vi r a l d i s e a s e f o r w hi ch a wat e r bo r n e r o ut e wa s a cc e p t e d (Mo s e l y , 1 9 5 9) . Si nc e t h e n , n ume r o u s wa t e r b o r ne o u t b r e ak s have be e n r e p o r t e d
(
Ka t z e n e l s o n , 1 9 7 8; So bs e y e t aJ . , 1 9 8 5)
. Mi t c h el l (1 9 7 1) de s c r i b e s t he e x c ep t i o n a l ab i l i t y o f H A V t o c o n c e n t r at e i n mo l l u s c a n s he l l f i s h . H A V i s r e l a t i ve l y r e s i s t a nt t o c om bi n ed c h l o r i n e a n d a s s u c h may n ot be ap pr e c i ab l y a f f e c t e d b y c u r r e n t wa s t e wat e r t r e at me n t pr o ce s s e s (WH O, 1 9 7 9; Pe t e r s o n e t a l . , 1 9 8 3) . T he Na t i o n a l A c a dem y o f Sci e n c es(
1 9 8 0)
r e po r t s t ha t e nt e r ov i r u s e s e x po s e d t o h ypo ch l o r o u s a c i d a t 1 m g/
L f o r 3 0 mi n u t e s a t a p H o f l e s s t ha n 8 , wo u l d b e r edu c ed b y t wo o r de r s of ma gn i t u d e i n l e s s t ha n 5 m i n u t e s . Ho we v e r , Pe t e r s o n e t a l . (1 9 8 3)
de s c r i be s H A V as be i ng mo r e r e s i s t a nt w he n e xpo s e d t o si mi l a r c o nd i t i o n s . H A V i s a p i c o r na vi r u s . I t i s a n i nf e c t i o u s , n o n - e nve l o pe d , sp he r i c a l , + s e n s e , s s R N A vi r u s , a nd i s 2 7 - 2 8 nm i n di ame t e r . Si e g l (1 9 8 8)
d e s c r i b e s H A V a s a n e x c e p t i o n a l l y s t ab l e v i r u s a n d a s s u c h i s r e s i s t a nt t o ma n y a n t i vi r a l f a c t o r s a s s o c i a t e d w i t h t h e e nv i r o nme nt . S p r i n g t ho r p e e t a J . (1 9 9 3) r ep o r t s l i t t l e o r n o de c ay o f H A V i n r i v e r wa t e r s at t e m pe r a t u r e s o f 2 3- 2 7 °C w hi l e P V- 1 a nd t he ba c t e r i o p ha ge M S- 2 d e c l i ne d i n c o n c e n t r a t i o n . So b s e y e t a l .(
1 9 8 8)
a n d C hu ng a nd Sob s e y(
1 9 9 3)
c om pa r ed t he s u r v i va l o f H A V a nd P V - 1 i n di f f e r e n t e nv i r o nme n t a l s am pl es a t 5 ° C a n d 2 5 ° C . T he i r r e s u l t s i ndi c a t e t hat H A V i s r ema r ka b l y s t abl e i n a l l s am p l e s t e s t e d a nd P V- 1 i s a p o o r mo de l f o r de mo ns t r at i n g t h e s u rv i val o f H A V . Pat t i e t a l .(
1 9 8 7)
f o u n d H A V t o r ema i n st ab l e a f t e r 1 da y w hi l e P V- 1 t i t e r w a s r e du c ed b y 0 . 5 l o g^ o i n e s t u a r i ne1 5 wa t e r t h at w a s s ub
j
e c t e d t o bo i l i ng , a ut o c l av i ng o r f i l t e r i n g . Pol i o v l r u s Li k e H A V , p o l i o v i r u s i s a p i c o r n avi r u s . I t i s a n e n t e r ov i r u s , i c o s a he dr a l i n s h ape a nd 2 7 - 3 0 nm i n d i amet e r . Pol i ovi r u s e s a r e c o m p o s e d o f + s e n s e , s s R N A, a nd a r e i n a c t i v a t e d a t 5 5 ° C u nl e s s i n t h e pr e s e nc e o f M g "^ a t 1 mo l / L . Pu r i f i e d p o l i o vi r u s i s i n a ct i v a t e d b y f r e e c h l o r i n e at 0 . 1 p p m u n l e s s par t i c u l a t e mat t e r i s pr es e n t (Br o o ks e t a l . , 1 9 9 1) , how eve r , l i ke H A V i t i s r e l a t i v e l y s t ab l e i n t he pr e s e n ce o f c o m bi n e d c h l o r i n e(
Sob s e y , 1 9 8 9)
. Po l i o vi r u se s a r e of t e n pr e s e nt i n wa s t e wat e r e f f l u e n t du e t o t he e x c r et i o n o f t h i s v i r us b y r e c e nt l y va c c i n a t e d chi l dr e n a n d t h e r e l a t i v e r e si s t a n c e o f vi r u s e s t o s e wa ge t r e at me nt (Me l n i c k , 1 9 9 0) . S i n ce p o l i ov i r u s i s p r e s e nt i n s e w a ge a nd s e wage e f f l ue nt i t h as be e n e x t e n s iv e l y s t ud i e d a s a po s s i b l e mod e l f o r o t he r e nt e r i c v i r u s e s i n w at e r . Ho w ev e r , s t udi e s hav e shown t h a t H A V i s mu c h mo r e s t a b l e i n n a t u r al wa t e r s t h a n p o l i ovi r u s (Pat t i e t a l . , 1 9 8 7; Sob s e y e t a l . , 1 9 8 8; Bo s c h e t a l . , 1 9 9 3; C h u n g a nd Sobs ey 1 9 9 3 ; S pr i ng t ho r pe e t a l . , 1 9 9 3)
. V i r us I n a c t i v a t i o n i n Se a w a t er W H O (1 9 79 ) s ug ge s t s t h at o ne mi l l i o n i n f e c t i o u s p a r t i c l e s p e r gr am o f f e ce s c a n be p r o d u c e d b y huma ns w ho a r e i n f e c t e d wi t h a n e n t e r i c v i r u s . Some e n t e r i c v i r u s e s , s u c h a s HA V a n d r o t av i r u s e s o f t e n a r e e x c r e t ed at e ve n hi g h e r c o nc e n t r a t i o ns b y i n f e ct e d p e r s o n s(
1 0^ i nf e c t i o u s pa r t i c l e s pe r gr am a nd 1 0^° p a r t i c l e s pe r gr am, r e spe c t i ve l y)
, r ega r d l e s s o f whe t he r t h e y a r e s ympt oma t i c o rn ot . T he s e vi r u s p ar t i c l e s a r e e i t he r i n a c t i va t e d o r t r a n s po r t e d t o e nv i r o nme nt a l wa t e r s f r om wa s t ewa t e r t r e a t me nt e f f l u e nt di s cha r ge s a nd o t he r s o u r c e s o f huma n f e ca l w as t e s . T h e s u r vi v a l o f e nt e r i c v i r u s e s i n n a t u r a l wa t e r s h a s b e e n e x t e n s i ve l y e x ami ne d . Ho w ev e r , i n f o r ma t i o n o n v i r u s s u r vi v al a r e s t i l l l i mi t ed t o a f ew d i f f e r e nt v i r u s t y pe s . I n a d d i t i o n , o n l y l i mi t ed c om p a r i s o n s o f huma n e nt e r i c v i r u s e s t o c a ndi da t e i n di c a t o r v i r u se s (ba c t e r i op hage s ) hav e be e n doc ume nt e d . A l t h o ug h t h e pat t e r n s o f i n a c t i v at i o n o f sp e ci f i c v i r u s e s i n w at e r a r e we l l do c ume n t e d , t he c a u se o f i na c t i vat i o n i n t h e s e s ys t ems r e ma i n s po o r l y u n de r s t o o d . Tem p e r a t u r e E f f e c t s Te m p e r a t u r e ha s b e e n i de n t i f i e d as a f a c t o r i n v i r u s i n a ct i v at i o n i n n at u r a l wa t e r s (Lo e t a l . , 1 9 7 6; Ka t z e n e l s o n , 1 9 7 8) . Kat ze n e l s o n (1 9 7 8
)
r e p o r t s t ha t mo s t n at u r a l wa t e r s f a l l i n t he r a ng e o f 0- 3 5 ° C . Di m mo c k(
1 967)
, de s c r i b e s v i r u s i n a ct i v at i o n a s ge n e r a l l y pr op o r t i o n a l t o i n c r e a s i n g t e m pe r at u r e . A t t e m pe r at u r e s abo v e 5 6 ° C , de n a t u r at i o n o f v i r a l pr ot e i n s t a ke s p l a c e r e s u l t i ng i n r api d v i r u s i n a c t i va t i o n . Bo s ch e t a l .(
1 9 9 3)
r e po r t s l i t t l e i n a ct i vat i o n o f P V- 1 a nd H A V at 5 ° C i n s e aw a t e r . Ho wev e r , a t 2 5 ° C, H A V pe r s i s t s l o n ge r t ha n P V- 1 . T hi s i s i n a gr e e me nt wi t h So b s e y e t a l .(
1 9 8 8)
a n d C h u n g a nd So b s e y(
1 9 9 3)
.1 7 C h em i c a l
/
P h y s i c al E f f e c t s Nume r o u s s t u d i e s h av e b e e n c o n duc t e d o n t h e e f f e ct s o f pa r t i c u l a t e mat t e r o n v i r u s s u r v i v al a n d t he s u r v i v al o f v i r u s e s i n n at u r a l wa t e r s . Na t u r a l w at e r s t y pi ca l l y c o n t a i n s u s p e n de d pa r t i c l e s t o w hi c h m i c r o o r ga n i s ms ma y a d s o r b (Bi t t o n , 1 9 7 3) . T hi s s u s pe nde d ma t t e r ma y b e e i t he r i n o r g a n i c o r o r ga n i c i n n a t u r e . I n o r g a n i c/
o r ga ni c mat t e r c a n hav e a du al a f f e c t o n v i r u s e s i n t h e w at e r c ol umn . Fi r s t , i n o r ga ni c / o r ga ni c mat t e r ma y pr o t e c t v i r u s e s b y c o l l o i da l ag gr e gat i o n (Mi t c h e l l a nd Ja n n as c h , 1 9 6 9; Kat z e n e l s o n , 1 9 7 8) o r b y a ds o r b i ng d e s t r u c t i v e ag e n t s be f o r e t he y c a n h a r m t he v i r u s e s(
Bi t t o n , 1 9 7 3)
. Se c o nd l y, o r ga n i c ma t t e r may p r ov i de n u t r i e n t s f or i n d i ge n o u s pr e da t o r s a l l ow i n g f o r t he i r p r o l i f e r a t i o n a nd c o n se qu e nt l y a gr e a t e r cha n c e t hat t he y w i l l a f f e c t v i r u s s u r v i va l(
Ka t z e ne l so n , 1 9 7 8)
. O t he r s h ave r e po r t e d p os s i b l e a n t iv i r a l i n f l u e n c e s i n s e a w a t e r due t o t he c he mi c a l c o n s t i t ue nt s i n s e awa t e r (Ma t t o s s i a n a nd Ga r a b e d i a n , 1 9 6 7; B i t t o n a nd Mi t c h e l l , 1 9 7 3; Bi t t o n , 1 9 7 4; Ge r ba a n d Schai b e r ge r , 1 9 7 5 b ; A ki n e t a l . , 1 9 7 6; La Be l l e e t a l . , 1 9 7 9)
T he c hemi c a l co m po s i t i o n o f s e a w at e r may a l s o c a u s e v i r u s a g gr e ga t i o n(
A ki n e t a l . , 1 9 7 5; Kat z e n e l s o n , 1 9 7 8; Gi r o n e s e t a l . , 1 9 8 9 b)
. T hi s c a n be a pr o b l em w he n a t t e m p t i n g t o de t e r mi n e t he c o n ce n t r a t i o n o f v i r u s e s i n i nf e ct i v i t y a s s ay s o f wat e r s am p l e s be c a u s e a n aggr e ga t e ma y be c o u n t e d a s o n e pl a qu e f o r mi ng u n i t(
P F U)
w he n mu l t i p l e i n f e c t i o u s p a r t i c l e s a r e a ct u a l l y p r e s e nt . I n a d di t i o n , v i r u s e s ma y b e r e a di l y i n a c t i va t e d o r s e t t l e i nt o t h e s e di me n t s v i a el e ct r o s t a t i c ads o r p t i o n t o p a r t i c u l at e ma t t e r (B i t t o n a n d Mi t che l l , 1 9 7 4; Ka t z e n e l s o n , 1 978; W H O, 1 97 9; LaBel l ea n d Ge r ba , 1 9 7 9; Bos ch e t a l . , 1 9 9 3 ) . Vi r u s e s a r e n e g a t i v e l y c h a r g e d p a r t i c l e s w h i c h r e a di l y a ds o rb t o p o s i t i v e l y ch a r ge d pa r t i c l e s i n s e awa t e r (B i t t o n a n d M i t che l l , 1 9 7 4 ) . I f t he se di me n t s a r e di st u r be d, v i r u s es t hat have s et t l ed i nt o t h e se di me n t s c a n b e r e a di l y r e - s u s p e n de d ba c k i nt o t h e wa t e r c ol umn w i t h t he s e d i me n t . Howe ve r , La Be l l e a n d Ge r ba (1 9 7 9 ) r e p o r t t hat t h es e v i r u s es a r e n o t e a s i l y de s o r bed f r om t he s ed i me n t p a r t i c l es . V i r u s e s may go u nd e t e c t e d i f s e a w a t e r s am p l e s a r e t ak e n wi t ho ut c o n c u r r e n t s e d i me nt s am p l e s (Ka t z e ne l s o n , 1 9 7 8; La Be l l e a nd Ge r ba , 1 9 7 9 ) . I t s h o u l d a l s o be n o t e d t hat t he r e a r e a v a r i e t y o f se di me n t t y pe s a n d e a c h vi r u s ma y a d so r b t o e a c h t ype o f s e d ime nt w i t h a d i f f e r e nt p r o f i c i e nc y, t h e r e f o r e o n e s e di me n t t y pe i s no t s u f f i c i e n t as a mode l f o r a l l v i r u s e s
(
LaBe l l e a n d Ge rb a , 1 9 7 9)
. Ge r ba a nd Sch ai be r ge r(
1 9 7 5) r epo r t t ha t a f t e r f i l t r a t i o n of s e awa t e r s am p l e s t hr o u g h 0 . 4 5 um por e s i z e mem b r a n e s t o r emov e pa r t i c u l a t e ma t t e r , gr e a t e r i n a c t i va t i o n r a t e s we r e d e t e c t e d . T h i s s ug ge s t s a pr o t e c t i ve e f f e c t b y t he p ar t i c u l a t e mat t e r t h a t wa s r e mov e d wi t h f i l t r at i o n . Ho w e ve r , wat e r t h a t w as p a s s e d t hr o u g h a s ma l l e r me m br a n e d i d n o t r e s u l t i n a gr e at e r l o s s o f vi r u s t i t e r . I t s h o u l d be n o t e d , ho w ev e r , t ha t Mi t c he l l(
1 9 6 8)
de t e ct e d b a ct e r i a p r e s e nt i n t he f i l t r a t e o f s e a w a t e r s am p l e s t ha t had be e n p as s e d t hr o u g h a 0 . 4 5 um po r e s i z e f i l t e r . A k i n e t a J.(
1 9 7 6)
r epor t s t h at ne i t he r pr e f i l t e r i n g ma r i n e w at e r t hr o u g h 0. 4 5 um po r e s i ze f i l t e r s n o r pr ehe at i n g ma r i n e wat e r t o 1 2 1 ° C s i gni f i c a n t l y af f e c t vi r u s s u r vi v a l . Ma t t os i a n a n d Ga r ab e d i a n (1 9 6 7)
r e p o r t s i mi l a r f i ndi n gs . T hey c om p a r e d ma r i n e wa t e r f i l t e r e d t hr o u g h Se i t z t y pe E K f i l t e r s a nd u n f i l t e r e d ma r i n e1 9 wat e r wi t h 1 8 0- 2 5 0 b a c t e r i a/ ml . T he y f o u n d t h e a n t i v i r a l c om po ne nt t o be f i l t e r a b l e a n d n o a p pr e c i ab l e a nt i v i r a l e f f e ct o f t he m i c r o o r ga ni sms o r pa r t i c u l a t e ma t t e r . Sa l i n i t y a nd a g gr e ga t i o n ha v e a l so be e n s u g ge s t e d a s a p o s s i b l e r e s i s t a n c e me ch a ni sm f o r v i r u s e s i n s e awa t e r
(
Ma t t o s s i a n a n d Ga r ab e di a n , 1 9 6 7; Ge r ba , 1 9 7 5 ; L o e t a J . , 1 9 7 6; A k i n e t a l . , 1 9 7 5 , 1 9 7 6) . A ki n e t a l .(
1 9 7 5)
s u g ge s t s t h a t s o me f i l t e r ab l e he at r e s i s t a n t c om p o ne n t ma y b e a f a c t o r i n v i r u s i na ct i va t i o n i n s e a wat e r . Fi l t r a t i o n , a ut o c l a v i ng , he at i n g , b o i l i n g , a n d ag i n g s e awat e r s am p l e s a l l we r e u s e d i n a n a t t em p t t o r emo v e ma r i n e a n t i v i r a l a ct iv i t y (M A V A ) . Re s u l t s we r e var i ab l e but i t w a s s u g g e s t e d t h a t t he i n a c t i v a t i n g ag e n t wa s e i t he r he a t l a b i l e o r l o s t o v e r t i me . Nas s e r e t a l .(
1 9 9 3) r e po r t s t ha t F R N A , H A V, a n d P V- 1 a r e al l i n a c t i v at e d a t di f f e r e nt r a t e s i n gr o u n d wat e r , s t e r i l e wa s t ewa t e r a nd was t e wa t e r , s ug ge s t i ng a di f f e r e nt me c h a n i s m o f i n a c t i v a t i o n f o r a l l t hr e e v i r u s e s . H A V h a s be e n s h own t o b e r e s i s t a n t whe n t e st e d a gai ns t 2 5 kn own a nt i v i r a l age nt s ; a ge n t s t o w hi ch o t he r p i c o r n av i r u s e s a r e n ot r e s i s t a nt(
Si e g l , 1 9 8 8)
. Ma n y f a c t o r s i n f l u e n c e t h e s ur v i val o f v i r u s e s i n s e a wa t e r . Te m pe r at u r e , s al i n i t y , pa r t i c u l a t e s , mi x i ng , a nd i nd i ge n o u s mi c r o o r g a n i sms h av e a l l b e e n r ep o r t e d t o hav e a n t i vi r a l a c t iv i t i e s (Ge r b a a nd Scha i b e r g e r , 1 9 7 5a ) . Ho w e ve r , a n o ve r w he l m i n g amo u n t o f e v i de n c e ha s b e e n r e po r t e d f o r a nt i v i r a l a c t i v i t y pr o du c e d b y i n d i ge n o u s ma r i n e mi c r o o r ga n i s ms a s a maj
o r f a c t o r i n t h e s u r vi v a l o f v i r u s e s i n s e awa t e r .Ma r i n e An t i v i r a l A c t i vi t y
(
MA V A)
Kat z e ne l s o n(
1 9 7 8)
r e p o r t s t ha t vi r u s i n a c t iv at i o n i n s e awa t e r c a n n ot w ho l l y b e o f a pr e da t o r y n a t u r e b e c a u s e i n -l ab or at o r y s t ud i e s o f s t e r i l e wa t e r r e p o r t v i r u s i n a c t i v a t i o n a l s o . Howe v e r , Kat z e n e l s o n (1 9 7 8) a l s o r e p o r t s t hat ma r i n e a nt i vi r a l a c t i v i t y h a s n ev e r b e e n r e po r t e d i n t h e ab s e n c e o f mar i n e b a ct e r i a . Ma ny s t udi e s hav e be e n c o ndu c t e d t o det e r mi n e i f M A V A i s t h e c a u s e o f i n a c t iv at i o n o f vi r u s e s i n s e aw at e r . Fi l t r a t i o n a n d a ut o c l av i n g w a t e r s am p l e s hav e be e n t h e mo s t c o mmo n me a n s o f t r e a t i n g wat e r s t o r e mo v e b i o l o g i c a l a c t i v i t y . I n ad d i t i o n , a n t i b i o t i c s hav e a l s o b e e n u s e d f o r t h i s pu r pos e (Fuj
i o ka e t a l . , 1 9 8 0; Wa r d e t a l . , 1 9 8 6; Gi r o n e s e t a l . , 1 9 8 9a , 1 9 8 9 b ; Su t t l e a n d C he n , 1 9 9 2 ; Bo s c h e t a l . , 1 9 9 3)
. Ma gn u s s o n e t a l .(
1 9 6 6)
s u g g e s t t ha t t h e a n t i v i r a l ac t i v i t y i n s e a w a t e r i s o f b i o chemi c a l n a t u r e . G i r o n e s e t a l . (1 9 B 9a ) , Fuj
i oka e t a l . (1 9 8 0)
, a n d Bo s c h e t a l . (1 9 9 3 ) f o u n d a n t i v i r a l a c t i v i t y t o be b a c t e r i a l i n n a t u r e a n d s u g ge s t s t h at t hi s ma y di f f e r ge o gr ap hi c a l l y s o t ha t t h e mo s t domi n a n t a nt i v i r a l a ge n t o f a pa r t i c u l a r r e g i o n wi l l be t h e maj
o r c a u s e o f i n a c t i v a t i o n . S huva l e t al .(
1 9 7 1)
s ug ge s t s t h a t M A V A i s r e l at e d t o s ome s ho r t l i v e d , he a t l abi l e s ub s t a n c e t ha t i s o n l y c ap ab l e o f a n a d v e r s e e f f e c t o n vi r u s e s whe n a s u bst a n t i a l n um be r o f b a c t e r i a a r e p r e s e nt . T h i s i s i n a gr ee me nt wi t h Mi t c he l l a n d Ja n n a s ch (1 9 6 9 ) a n d A k i n e t a l . (1 9 7 5, 1 9 7 6) , w ho a l s o s ug ge st t he p o s s i b i l i t y o f a s ho r t l iv e d , h e a t l abi l e s ub s t a n c e a s t h e c a u s e t h e a nt i v i r a l a ct i vi t y s t i l l pr e s ent a f t e r va r i o u s t r e a t me n t s . T o r a n zo e t a l .(
1 9 8 2) r e po r t s a 5- f o l d i n c r e a s e i n t h e t ime f o r2 1 v i r u s i n a ct i vat i o n i n w a t e r t h a t h as be e n a ut o c l ave d, s ug ge s t i n g t he a nt iv i r a l a ge nt ha s b e e n r e duc e d o r i n a c t i va t e d . M i t che l l a n d Ja n n a s ch (1 9 6 9 ) f o u nd t he c o n c e n t r at i o n o f ba c t e r i a i n s e awa t e r t o b e pr o po r t i o na l t o t he i n a c t i va t i o n o f v i r u s e s . I nt e r e s t i n g l y , Mi t ch e l l a n d Ja n na s c h (1 9 6 9) f o u nd t ha t w he n n o v i r u s was pr e s e n t i n t he w at e r t he r e wa s n o cha nge i n t he c o n ce nt r a t i o n o f t h e mi c r o o r ga n i s ms . Howe v e r , w he n vi r u s e s we r e a d d e d t o t h e w a t e r s am p l e s , t he c o n c e n t r a t i o n o f ba c t e r i a i n c r e a s e d . S huv a l e t a l . (1 9 7 1) r e po r t e d v i r us i n a c t i v a t i o n t o be gr e a t e s t a t t he po i nt o f ma x imum b a c t e r i al gr o w t h . A l t ho u g h ma n y a t t em p t s we r e made t o c u l t u r e mi c r o o r ga n i sms wi t h a n t i v i r a l p r op e r t i e s i n - l a bo r a t o r y, t h i s a c t i v i t y wa s l os t o ve r t ime (Ma g n u s s o n e t a l . , 1 9 6 6; G i r o n e s e t a l . , 1 9 8 9 b
