Microbial Source Tracking: Advances
in Research and a Guide to Application
Brian Badgley and Charles Hagedorn
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
1.1 Fecal Indicator Bacteria Monitoring in the USA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
2 The Drivers for Microbial Source Tracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
2.1 Total Maximum Daily Load Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
2.2 Beach Water Pollution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
3 Microbial Source Tracking Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
3.1 Library-Dependent Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
3.2 Library-Independent Approaches . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 273
3.3 DNA-Based Markers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
3.4 Human-Source Markers . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 274
3.5 Non-human-Source Markers . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 275
4 Microbial Community Analysis Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
5 The Tiered Approach for Microbial Source Tracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
6 Ongoing Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
6.1 Quantitative Microbial Risk Assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
6.2 Natural Source Exclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 282
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
Abstract Microbial source tracking (MST) is a still-new and developing discipline
that allows users to discriminate among the many potential sources of fecal
pollution in environmental waters. As MST continues to transition from the realm
of research to that of application, it is being widely used in beach monitoring, total
maximum daily load (TMDL) assessment of pollution sources, and any other
B. Badgley (*) • C. Hagedorn
Department of Crop and Soil Environmental Sciences, Virginia Tech, Blacksburg, VA, USA
e-mail: badgley@vt.edu
© Springer International Publishing Switzerland 2015
T. Younos, T.E. Parece (eds.), Advances in Watershed Science
and Assessment, The Handbook of Environmental Chemistry 33,
DOI 10.1007/978-3-319-14212-8_10
267
in Research and a Guide to Application
Brian Badgley and Charles Hagedorn
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
1.1 Fecal Indicator Bacteria Monitoring in the USA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
2 The Drivers for Microbial Source Tracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
2.1 Total Maximum Daily Load Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
2.2 Beach Water Pollution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
3 Microbial Source Tracking Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
3.1 Library-Dependent Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
3.2 Library-Independent Approaches . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 273
3.3 DNA-Based Markers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
3.4 Human-Source Markers . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 274
3.5 Non-human-Source Markers . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 275
4 Microbial Community Analysis Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
5 The Tiered Approach for Microbial Source Tracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
6 Ongoing Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
6.1 Quantitative Microbial Risk Assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
6.2 Natural Source Exclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 282
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
Abstract Microbial source tracking (MST) is a still-new and developing discipline
that allows users to discriminate among the many potential sources of fecal
pollution in environmental waters. As MST continues to transition from the realm
of research to that of application, it is being widely used in beach monitoring, total
maximum daily load (TMDL) assessment of pollution sources, and any other
B. Badgley (*) • C. Hagedorn
Department of Crop and Soil Environmental Sciences, Virginia Tech, Blacksburg, VA, USA
e-mail: badgley@vt.edu
© Springer International Publishing Switzerland 2015
T. Younos, T.E. Parece (eds.), Advances in Watershed Science
and Assessment, The Handbook of Environmental Chemistry 33,
DOI 10.1007/978-3-319-14212-8_10
267