La vida de una cuenca es compleja. La cuenca es el área de tierra que separa los flujos de agua más pequeños que desembocan en una salida común más grande, como un río, lago u océano. Como tal, a menudo alberga una variedad dede la vida silvestre, así como sujetos a usos agrícolas y recreativos. De este complicado ecosistema emergen bacterias, virus y parásitos, que a veces se abren camino hacia el suministro de agua.
Una razón por la que el agua potable y las piscinas públicas se tratan con cloro es para matar los organismos que causan enfermedades. El cloro elimina con éxito una serie de patógenos dañinos, pero no todos.
Cryptosporidium parvum es uno de esos patógenos resistentes al cloro. Un parásito protozoario que se transmite por contacto directo o ingestión de alimentos o agua contaminados C. parvum se encuentra en materia fecal animal y humana.
Según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades C. parvum es una de las principales causas de enfermedades transmitidas por el agua entre los seres humanos en los Estados Unidos. La infección puede provocar criptosporidiosis que, en personas sanas, provoca una enfermedad diarreica grave que puede durar semanas. Para los ancianos, los bebés o los inmunodeprimidos, la infección puedeser mortal.
Debido a que el agua potable contaminada se ha relacionado con brotes importantes de criptosporidiosis, detección y eliminación C. parvum en las fuentes de agua es muy importante para proteger la salud pública.
Ahora dos ingenieros de la Universidad de Lehigh están investigando cómo C. parvum los ooquistes, la etapa de desarrollo en la que existe el parásito en el medio ambiente, se adhieren a las biopelículas ambientales, que son las comunidades microbianas que crecen en superficies submarinas, como rocas. Su objetivo final es el desarrollo de un método de detección mejorado que puedaidentificar una fuente de contaminación de forma más rápida y económica que los métodos actuales, evitando una infección generalizada.
"Creemos que podemos desarrollar una superficie que se pueda producir comercialmente por alrededor de $ 5", dice Kristen L. Jellison, profesora asociada de ingeniería civil y ambiental. "Esto permitiría a los administradores de recursos hídricos y de servicios públicos proteger mejor al público de la exposiciónmuestreando más lugares con mayor frecuencia y obteniendo datos más confiables y completos sobre las fuentes del parásito en la cuenca ".
Jellison y su colega de Lehigh Sabrina S. Jedlicka, profesora asociada de ciencia e ingeniería de materiales, son las primeras en demostrar que la unión de ooquistes a biopelículas ambientales es un proceso mediado por calcio, un paso crucial hacia su objetivo. Jellison yJedlicka describe sus resultados en un artículo en Microbiología aplicada y ambiental llamado: "mediado por calcio de pseudo-segundo orden Cryptosporidium parvum unión de ooquistes a biopelículas ambientales ".
Comprender el mecanismo que permite que los ooquistes se adhieran a las biopelículas es importante para calcular la eficiencia de la unión o la velocidad a la que el parásito se une al material. Comprender la velocidad es clave por dos razones: una, puede permitir el cálculo de la concentración de ooquistesen el agua en función de la cantidad de ooquistes adheridos a un material; y, dos, es necesario diseñar materiales que maximicen la unión de los ooquistes. Dicho material que permite la unión permitirá detectar la fuente de la infestación más rápido y de forma más económica que la actuallos métodos permiten.
"El número de ooquistes en una muestra de biofilm determinada revela la cantidad de parásito presente en el agua", explica Jellison. "Por ejemplo, simplemente por el bien de la ilustración, digamos que cinco ooquistes se adhieren a una biopelícula aguas abajo delfuente de contaminación. Eso puede indicar la presencia de 100 ooquistes más arriba. Si vemos diez ooquistes adheridos, podría significar que hay 200 en la fuente principal ".
El estudio de Jellison y Jedlicka proporciona nuevos conocimientos sobre el impacto del calcio en la unión de C. parvum de ooquistes a biopelículas ambientales. Además, su método de modelización podría utilizarse para dilucidar el comportamiento de los ooquistes en sistemas acuáticos complejos que se encuentran comúnmente, un paso importante para permitir futuras innovaciones en tecnologías de detección y tratamiento de parásitos para proteger la salud pública.
Datos comparables, mucho más económicos
La idea de usar biopelículas ambientales para identificar a C. parvum la fuente de contaminación se le ocurrió por primera vez a Jellison durante su trabajo con el Departamento de Agua de Filadelfia en la detección de Cryptosporidium en las cuencas hidrográficas de Wissahickon y Schuykill.
Los métodos basados en filtración aprobados por la EPA utilizados para probar las fuentes de agua eran costosos y los resultados no eran consistentes. Según Jellison, un filtro podría costar hasta $ 120.00. Puede que no suene como una gran suma, pero teniendo en cuenta lo limitadorecursos de muchos departamentos de agua municipales, y la cantidad de filtros que podrían ser necesarios para detectar con precisión la fuente de a C. parvum contaminación - representa un obstáculo serio.
"La recuperación con los métodos actuales depende de variables como la limpieza del agua y la habilidad de la persona que realiza la prueba", dice Jellison. " C. parvum puede estar presente en el agua en cantidades muy pequeñas. Puede comprobar una muestra de 10 litros y no detectar el parásito. Pero podría estar presente en el agua ".
En su trabajo de prueba de las cuencas hidrográficas cerca de Filadelfia, Jellison raspaba biopelículas de las rocas tanto aguas arriba como aguas abajo de un sospechoso C. parvum ubicación de la contaminación y luego analizar las muestras en su laboratorio en Lehigh. Con el tiempo, las muestras de biopelícula proporcionaron datos comparables al método de filtración aprobado, pero a un costo mucho menor.
"Poder analizar el agua con precisión y en más lugares aumenta la probabilidad de identificar la fuente de contaminación y disminuye la posibilidad de que miles de personas se infecten", dice Jellison.
Las muestras de biopelículas aguas abajo de Jellison contenían más ooquistes que las muestras tomadas de rocas aguas arriba de las fuentes puntuales sospechosas. Sin embargo, no había forma de identificar cuándo se adhirieron los ooquistes. Las pistas proporcionadas por las biopelículas fueron importantes para confirmar que C. parvum estaba entrando al agua en lugares particulares, pero no ayudó mucho a revelar cuándo ocurrieron los eventos de contaminación.
Si Jellison pudiera averiguar cuándo, precisamente, los ooquistes adheridos, estaría en mejores condiciones de identificar patrones de contaminación de oocistos que permitirían estrategias de protección de fuentes de agua más efectivas.
Diseño de materiales para maximizar el apego
Ahí es donde entra Jedlicka. Jedlicka, una científica de materiales que dice que "proviene del campo del diseño de superficies para provocar el comportamiento en las células", hace el modelo matemático que permite al dúo calcular la eficiencia de la unión C. parvum a biopelículas.
"Necesitamos comprender la química detrás del proceso de encuadernación para saber qué diseños funcionarán mejor", dice Jedlicka.
La capacidad de Jedlicka para calcular la fuerza de unión es lo que llevó a la demostración de un proceso de unión mediado por calcio.
"Cuando sacamos el calcio, la eficiencia de unión se redujo significativamente, que es una de las formas en que sabíamos que el calcio es importante para la unión", dice Jedlicka.
Además de contribuir a mejorar los métodos de detección, la creación de un diseño de superficie que maximice la unión de ooquistes también tiene otras implicaciones.
"Si podemos identificar el mecanismo vinculante que lo habilita C. parvum para 'adherirse' a las biopelículas, podemos crear un medio mejorado para eliminarlas ", dice Jellison." Comprender el mecanismo podría incluso abrir la puerta para evitar que el parásito se adhiera al intestino y enferme a las personas ".
Entre los próximos pasos del equipo está investigar los otros procesos químicos involucrados en la unión, además del calcio. También planean probar su modelo en una serie de condiciones, incluidas las tensiones hidrodinámicas.
Su objetivo final, sin embargo, sigue siendo claro.
"Si podemos ayudar a las empresas de servicios públicos a encontrar una manera de monitorear varios puntos en la cuenca hidrográfica en lugar de solo unos pocos, pueden utilizar sus recursos limitados para un uso más eficaz", dice Jellison.
"Hasta entonces", dice Jedlicka, "seguiremos haciendo preguntas científicas ridículamente difíciles".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Lehigh . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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