Background: Indicator bacteria are a good predictor of illness at marine beaches that have point sources of pollution with human fecal content. Few studies have addressed the utility of indicator bacteria where nonpoint sources are the dominant fecal input. Extrapolating current water-quality thresholds to such locations is uncertain. Methods: In a cohort of 8797 beachgoers at Mission Bay, California, we measured baseline health at the time of exposure and 2 weeks later. Water samples were analyzed for bacterial indicators (enterococcus, fecal coliforms, total coliforms) using both traditional and nontraditional methods, ie, chromogenic substrate or quantitative polymerase chain reaction. A novel bacterial indicator (Bacteroides) and viruses (coliphage, adenovirus, norovirus) also were measured. Associations of 14 health outcomes with both water exposure and water quality indicators were assessed. Results: Diarrhea and skin rash incidence were the only symptoms that were increased in swimmers compared with nonswimmers. The incidence of illness was not associated with any of the indicators that traditionally are used to monitor beaches. Among nontraditional water quality indicators, associations with illness were observed only for male-specific coliphage, although a low number of participants were exposed to water at times when coliphage was detected. Conclusions: Traditional fecal indicators currently used to monitor these beaches were not associated with health risks. These results suggest a need for alternative indicators of water quality where nonpoint sources are dominant fecal contributors.

Abstract Municipal wastewater provides a representative sample of human fecal waste across a catchment area and contains a wide diversity of microbes. Sequencing wastewater samples provides information about human-associated and medically-important microbial populations, and may be useful to assay disease prevalence and antimicrobial resistance (AMR). Here, we present a study in which we used untargeted metatranscriptomic sequencing on RNA extracted from 275 sewage influent samples obtained from eight wastewater treatment plants (WTPs) representing approximately 16 million people in Southern California between August 2020 – August 2021. We characterized bacterial and viral transcripts, assessed metabolic pathway activity, and identified over 2,000 AMR genes/variants across all samples. Because we did not deplete ribosomal RNA, we have a unique window into AMR carried as ribosomal mutants. We show that AMR diversity varied between WTPs and that the relative abundance of many individual AMR genes/variants increased over time and may be connected to antibiotic use during the COVID-19 pandemic. Similarly, we detected transcripts mapping to human pathogenic bacteria and viruses suggesting RNA sequencing is a powerful tool for wastewater-based epidemiology and that there are geographical signatures to microbial transcription. We captured the transcription of gene pathways common to bacterial cell processes, including central carbon metabolism, nucleotide synthesis/salvage, and amino acid biosynthesis. We also posit that due to the ubiquity of many viruses and bacteria in wastewater, new biological targets for microbial water quality assessment can be developed. To the best of our knowledge, our study provides the most complete longitudinal metatranscriptomic analysis of a large population’s wastewater to date and demonstrates our ability to monitor the presence and activity of microbes in complex samples. By sequencing RNA, we can track the relative abundance of expressed AMR genes/variants and metabolic pathways, increasing our understanding of AMR activity across large human populations and sewer sheds.

Abstract Oysters play an important role in coastal ecology and are a globally popular seafood source. However, their filter feeding lifestyle enables coastal pathogens, toxins, and pollutants to accumulate in their tissues, potentially endangering human health. For example, bacterial pathogens from both marine and terrestrial sources concentrate in oysters and can cause human illness when oysters are consumed raw. While pathogen concentrations in coastal waters are often linked to environmental conditions and runoff events, these do not always correlate with pathogen concentrations in oysters. Additional factors related to oyster hosts and the microbial ecology of pathogenic bacteria likely play a role in accumulation but are poorly understood. In this study, we investigated whether microbial communities in water and oysters were linked to accumulation of fecal indicators, Vibrio parahaemolyticus , and Vibrio vulnificus . Site-specific environmental conditions significantly influenced the composition and diversity of water microbial communities, which were linked to the highest concentrations of both Vibrio spp. and fecal indicator bacteria. Oyster microbial communities, however, were less impacted by environmental variability and exhibited less variability in microbial community diversity and accumulation of target bacteria. Instead, changes in specific microbial taxa in oyster and water samples, particularly in oyster digestive glands, were linked to elevated potential pathogens in oysters, especially V. parahaemolyticus . This included an increase in cyanobacteria in both water and oyster digestive gland microbial communities, which could represent an environmental vector for Vibrio spp. transport and decreased relative abundance of Mycoplasma and other key members of the oyster digestive gland microbiota. These findings suggest that host and microbial factors, in addition to environmental variables, may influence pathogen accumulation in oysters.