Monitorización de bacterias en agua potable

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La contaminación bacteriana del agua potable es un problema mundial que provoca cada año millones de personas se enfermen. La Organización Mundial de la Salud (OMS) estima 3,4 millones de muertes relacionadas con el agua por año. 2,2 millones de ellas son causadas solo por enfermedades diarreicas. El problema de la contaminación bacteriana no se limita a los países en desarrollo. En los EE.UU, durante 2009-2010, se notificaron brotes asociados con el agua potable: 1040 casos de enfermedades, 85 hospitalizaciones y 9 muertes. En el siguiente enlace podréis acceder a más información de la OMS sobre la agua potable: aquí.

El método convencional estándar  para el examen microbiológico del agua se basa en una filtración, seguido de un cultivo de la muestra en un medio selectivo. Este proceso requiere un laboratorio de bioseguridad especializado, personal altamente entrenado y entre 24 y 72 horas.

Pero el tiempo puede ser crucial en el seguimiento de la contaminación y la prevención de brotes de enfermedades transmitidas por el agua. Existen técnicas de detección más rápidas. Los métodos que analizan el genotipo indentifican secuencias específicas de ácidos nucleicos (rRNA ó ADN) con ayuda de métodos de amplificación como la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Estos métodos son más sensibles, específicos y más rápidos que los cultivos (2-4 horas). Pero requieren un ambiente estéril, múltiples pasos de preparación de las muestras, un laboratorio adecuado y un personal altamente cualificado.

Otra técnica que también se utiliza son los inmunosayos. Se basan en la unión específica de anticuerpos a especies o cepas de bacterias diana. El imunoensayo más utilizado es el ELISA (en la introducción del post del 5 de enero 2014 hice una breve explicación de esta técnica) que permite realizar estudios y análisis de las bacterias ya que éstas son capturadas y permanecen viables. Pero los altos costos de los reactivos, las múltiples etapas de lavado y la necesidad de una superficie funcionalizada bien controlada ha limitado su uso.

Un grupo de científicos ha desarrollado y presentado, recientemente, un método que podría dejar de lado algunos de estos problemas. Este nuevo método permite la deteccción y cuantificación de bacterias en agua de forma continua (en lugar de muestras discretas) , sin necesidad de preparación de muestras o analisis en el laboratorio.

La isotacoforesis es una técnica de separación selectiva y de concentración de analitos iónicos que se utiliza en química analítica. Es una forma de electroforesis que como tal separa los analitos (componentes de interes de una mezcla) cargados en base a su movilidad iónica. Es decir que los separa según su capacidad de moverse a través de un medio líquido (o electrolito) en respuesta a un campo eléctrico. En este tipo de electroforesis, el electrolito es un sistema de dos zonas bien diferenciadas: zona rápida o leading electrolyte (LE) y zona lenta o trailing electrolyte (TE) que se caracterizan por tener una alta y una baja movilidad iónica. Cuando se aplica un campo eléctrico, los analitos se concentran en la estrecha interfase LE-TE.

Ortal Schwartz, nanotecnólogo y Moran Bercovici, ingeniero mecánico del Technion (Instituto tecnológico de Israel) aprovecharon esta técnica electroforética para crear una zona de alta concentración estacionaria de péptidos antimicrobianos (AMPs) cargados positivamente y marcados con fluorescencia en un microcanal, por donde fluía la muestra de agua de forma continua. Así las bacterias presentes en la muestra son etiquetadas y separadas de la zona de alta concentración de AMPS simultáneamente. Las bacterias marcadas son detectadas posteriormente por la señal de fluorescencia que emiten y que proporciona una cuantificación directa de la concentración bacteriana de la muestra. En el apartado “supporting information” del artículo publicado en Analytical Chemistry hay un vídeo explicativo de los principios de este ensayo (aquí).

El uso de este método se podría expandir para el análisis de otros analitos presentes también en el agua mediante el uso de otras sondas más adecuadas.

Fuente: Ortal Schwartz and Moran Bercovici. Microfluidic Assay for Continuous Bacteria Detection Using Antimicrobial Peptides and Isotachophoresis (2014) Analytical Chemistry. Article ASAP. DOI: 10.1021/ac501777

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