Utilidad de los bacteriófagos y otros indicadores de contaminación fecal en muestras ambientales sólidas

Abstract

La presente investigación explora la utilidad de los bacteriófagos y otros microorganismos indicadores de la contaminación fecal en relación a dos grandes tipos de sólidos relevantes en el ciclo del agua, los lodos de depuradora (y biosólidos derivados) y los sedimentos fluviales. De la misma forma, se lleva a cabo el estudio del comportamiento de enterovirus y otros patógenos de referencia en el mismo ámbito. Ambos tipos de sólidos poseen la potencialidad de actuar como reservorios de microorganismos patógenos y de dispersar esos patógenos en el medio, los lodos a través de su aplicación como fertilizantes en agricultura y los sedimentos a través de su estrecho contacto con la columna de agua del río, provocando así los consiguientes riesgos para la salud humana, animal y ambiental y atentando contra el principio de One Health. La tesis está dividida en tres bloques y el trabajo experimental consta de seis artículos científicos. En el primer bloque se valora la capacidad de varios microorganismos para actuar como indicadores de la higienización producida durante el tratamiento de los lodos de depuradora. E. coli y las esporas de clostridios reductores de sulfito no permitieron una correcta valoración de los tratamientos debido a sus bajas concentraciones iniciales en el primer caso y a los aumentos de las mismas producidos por algunos tratamientos, en el segundo de los casos. En cambio, los colifagos somáticos mostraron su utilidad para indicar la efectividad de los tratamientos estudiados y el comportamiento de enterovirus a lo largo de dichos procesos, por lo que fueron propuestos para ser incluidos en las normativas que regulan la aplicación de lodos y biosólidos como fertilizantes en agricultura. Las investigaciones que conforman el segundo bloque se centran en la evaluación del comportamiento y las capacidades de varios indicadores de la contaminación fecal, patógenos y marcadores de MST en los sedimentos de un río típicamente mediterráneo, bajo condiciones de fuertes lluvias alternadas con periodos de sequía. Se generaron datos microbiológicos de interés para su inclusión en programas sobre modelización de cuencas, pudiendo ser útiles así para la mejora de la gestión de los recursos hídricos de cara a futuros escenarios afectados por el cambio climático. La carga microbiológica fecal tanto de los sedimentos como de la columna de agua aumentó justo después de cada evento de lluvias, reflejando dos posibles aportes de contaminación: uno reciente en el tiempo, proveniente de la sobrecarga de los sistemas unitarios de alcantarillado, las EDARs y otras fuentes y otro más extendido en el tiempo, debido a la resuspensión de los microorganismos presentes en los sedimentos. Las altas concentraciones de indicadores y patógenos encontradas en los sedimentos fluviales alertaron sobre los peligros de su resuspensión en la columna de agua. La generación de microcosmos a escala de laboratorio permitió cuantificar las inactivaciones sufridas por cada indicador estudiado y valorar los distintos patrones de sedimentación y resuspensión. En el último bloque se realiza la valoración de distintas metodologías de extracción de enterovirus en muestras ambientales sólidas para su posterior detección mediante RT-qPCR, atendiendo a sus capacidades de recuperación de partículas víricas y de eliminación de inhibidores. De esta forma, se desarrolló un método de extracción adaptable a distintos tipos de muestras y concentraciones y se llevó a cabo la revisión, adaptación y aplicación de una técnica de RT-qPCR para enterovirus.

The present study assessed the capacities of bacteriophages and other faecal pollution indicators in the context of two types of environmental solids related with the water cycle: sewage sludge, including biosolids, and fluvial sediments. In addition, the behaviour of enteroviruses and other reference pathogens in the same context was also evaluated. The use of sewage sludge and biosolids as fertilizers in agriculture and the resuspension of polluted sediments in the water column of a fluvial system may release considerable amounts of pathogens into the environment, posing a risk for humans, animals and the natural environment, and breaching the One Health approach. This PhD Thesis is divided into three sections, including six scientific articles. In the first section, the capacity of three microorganisms to indicate the hygienization performance of different sewage sludge treatments was evaluated. The concentrations of somatic coliphages reflected the treatment intensity and they were useful for indicating the inactivation of enteroviruses. For this reason, the inclusion of somatic coliphages in sewage sludge and biosolids regulations was proposed. In the second section, the persistence and mobilization of different indicators, pathogens and MST markers were evaluated in the fluvial sediments from a typical Mediterranean river after heavy rainfall events and during drought periods. The concentration of faecal microorganisms increased in sediments and river water after rainfall events. The high levels of indicators and pathogens detected warned about the capacity of fluvial sediments to act as pathogen reservoirs and the risk of their resuspension into the water column. The generation of laboratory microcosms was useful for the simulation of heavy rainfall events and the study of microbial inactivation and resuspension. Valuable data were obtained for inclusion in predictive models that evaluate the effects of climate change on surface water quality. In the third section, it was developed a flexible method for enterovirus extraction from solid environmental samples, with three versions based on the expected viral concentration in the sample to be analysed. In addition, a RT-qPCR for enterovirus detection was revised, adapted and applied.