Die schnelle Nachweisstrategie ermöglicht die frühzeitige Erkennung von Cyanobakterienblüten und verwandten Cyanotoxinen in den Wasserproben, entweder in dieser organischen Matrix, wie Muscheln und anderen Fischprodukten. Cyanobakterienblüten sind auf das Überwachsen von Cyanobakterien zurückzuführen, die in jeder Art von Umgebung leben können. Und sie haben sich in den letzten 15 Jahren weltweit zu einem Umweltproblem entwickelt.
Da die Anzahl der schädlichen Cyanobakterienblüten in den letzten Jahren zugenommen hat, ist die Notwendigkeit der Früherkennung, die für die Bekämpfung von Blüte und toxischer Ausbreitung von entscheidender Bedeutung ist, dringender geworden. Unsere First-Direction-Strategie kombiniert technische Fern- und Proximalsensorik mit der laborchemischen und bioinformatischen Analyse in einem einzigartigen integrierten Workflow. Der gesamte Prozess ist sicher.
Es werden geeignete Sicherheitsmaßnahmen getroffen, um aerosolinhalieren und Hautkontakt während der Probenahme und Laboranalyse zu verhindern. Für den Datenabruf lokalisieren Sie zunächst das Zielgebiet auf einer globalen Weltkarte und rufen die Daten aus verschiedenen öffentlichen und privaten Fernerkundungsdatensätzen für das Erfassungsdatum ab. Verarbeiten Sie nach dem Abruf die Rohdaten, berechnen Sie die multispektralen Indizes und klassifizieren Sie die resultierenden Informationen.
Definieren Sie dann die Probenahmestellen auf der generierten thematischen Karte. Für die Probenentnahme transportieren Sie die Ausrüstung zur ausgewählten Probenahmestelle im mobilen Labor und planen die Drohnenflugroute für die Durchführung einer Makroflächenuntersuchung. Verwenden Sie vor Ort mehrere Drohnen, die mit verschiedenen Nutzlasten ausgestattet sind, um Flugmissionen durchzuführen.
Und verwenden Sie das von der Drohne aufgenommene Filmmaterial, um die Anwesenheit und Ausdehnung der Blüte zu validieren und präzise Probenahmestellen zu identifizieren. Legen Sie an der identifizierten Probenahmestelle die entsprechende persönliche Schutzausrüstung an und entnehmen Sie drei 500-Milliliter-Wasserproben von jedem Standort. Messen Sie mehrere Umweltparameter wie die Luft- und Wassertemperatur sowie den pH-Wert und den Salzgehalt des Standorts.
Anschließend lagern Sie die gesammelten Proben im mobilen Labor für den Transport zum Universitätslabor. Bereiten Sie Objektträger vor und screenen Sie die Proben mit dem mobilen Labormikroskop, das mit einer Digitalkamera ausgestattet ist, um eine mikroskopische taxonomische Analyse und Identifizierung der in den Proben vorhandenen Arten auf der Grundlage ihrer blaugrünen Farbe, Zellform und Größe der Pellets zu ermöglichen. Sobald die in den Proben gesammelten Cyanobakterienarten identifiziert wurden, zentrifugieren Sie im Universitätslabor die Proben und übertragen Sie jeden Überstand in einen neuen Behälter, ohne die Probenpellets zu stören.
Fügen Sie 500 Milliliter Butanol zu jedem Probenüberstand hinzu und übertragen Sie jede zu extrahierende Lösung in einen Trenntrichter. Nach dem Schütteln und Aufrechtstellen der Trichter in einzelne Ringklemmen lassen Sie die wässrigen Phasen in einzelne Erlenmeyerkolben abfließen. Nachdem Sie die Schichttrennung dreimal wiederholt haben, konzentrieren Sie die organischen Phasen unter Vakuum und wiegen Sie sie.
Für die Probenextraktion mit organischen Lösungsmitteln fügen Sie jedem Probenpellet 50 Milliliter frisches Methanol hinzu und beschallen die Proben in einem Eisbad. Nach fünf Minuten 50 Milliliter frisches Methanol zu jeder Probe geben und den Kolben vorsichtig schütteln, bevor die Lösungen durch einzelne Filterpapierstücke filtriert und die Filtrate in Rundkolben gesammelt werden. Nachdem Sie jede Probe zwei weitere Male gefiltert haben, wie gerade gezeigt, analysieren Sie die Probenextrakte mittels Flüssigkeitschromatographie und hochauflösender Tandem-Massenspektrometrie nach Standardprotokollen.
Generieren Sie dann ein molekulares Netzwerk mit der globalen sozialen Plattform für Naturprodukte und verwenden Sie die geeigneten Werkzeuge, um die resultierenden Netzwerk- und Tandem-Massenspektrometriedaten zu analysieren, um alle Toxine zu identifizieren, die in den gesammelten Proben vorhanden sind. Die vorgeschlagene Strategie wurde durch die Ergebnisse des Küstenüberwachungsprogramms bestätigt, das von 2015 bis 2021 in der Region Kampanien in Süditalien aktiv war. Es wurde ein visueller Workflow generiert, der die Techniken mit den produzierten Ergebnissen verknüpft.
Bei den anschließenden Monitoring-Kampagnen wurde jeder Schritt mit dem Ziel einer schnellen Erkennung optimiert. Die Optimierung des Fernerkundungs-Workflows ermöglichte eine Reduzierung der Anzahl der Plattformen und Missionen bei gleichzeitiger Verbesserung des generierten Produktniveaus. Zum Beispiel erleichtert diese schnelle Erkennungsstrategie den Übergang von der Verwendung mehrerer verschiedener Flugplattformen zu satelliten- und drohnengestützten Plattformen.
Und von der Verwendung mehrerer verschiedener multispektraler spezialisierter Indizes bis hin zu den informativeren Chlorophyll- und normalisierten Differenzvegetationsindex-themenkarten. Parallel dazu wurde der Workflow von einer 16-S-Metogenomanalyse auf die mikroskopische Beobachtung nur zur Bestimmung der Cyanobakteriengemeinschaft reduziert. Und der neue chemische Workflow nutzt LCMS-basierte molekulare Vernetzung für einen schnellen und genauen Cyanotoxin-Nachweis.
Diese Strategie ermöglicht die Untersuchung von Cyanobakterien als Bioindikator für die Verschmutzung, insbesondere in Gebieten, in denen das Vorhandensein der Blüte mit Eutrophierungsprozessen zusammenhängt und durch anthropogenen Druck genutzt wird. Diese multidisziplinäre Strategie erfordert die Kombination verschiedener Techniken, Technologien und Fachkenntnisse in einem einzigartigen Workflow für ihre erfolgreiche Umsetzung. Die schnelle Erkennungsstrategie ist nützlich, um gesundheitlichen Problemen aufgrund schädlicher Cyanobakterienblüten vorzubeugen und große Flächen in kurzer Zeit zu überwachen.
