UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALÚRGIA INGENIERÍA QUÍMICA
PRESENCIA DE BIOPELICULAS EN LA CALIDAD DEL AGUA POTABLE DEL AA. HH. EL CARMEN – HUAURA - 20!
PRESENTA"
GOMEZ VALENCIA, CARMEN LESLY ORIENTADOR"
MG. JOSÉ VICENTE NUNJA GARCÍA
Huacho, Lima, P!", #$%&
Dedicatoria Este trabajo se dedica a aquellas personas que confiaron en mí, en mi capacidad de sobre salir, pero sobre todo agradecer a mi papá, quién lucho por mí para salir adelante día a día, para ellos este presente trabajo.
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Agradecimiento Se agradece por su contribución para el desarrollo de este trabajo, a mi familia, a mis profesores, amigos en general por guiarme profesionalmente.
INTRODUCCI#N
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La presencia de microorganismos en el agua potable y la formación de biopelículas en los sistemas de distribución producen la contaminación bacteriológica. Las biopelículas se forman en las tuberías de los sistemas de distribución cuando las células microbianas se adhieren a las superficies de las tuberías y se multiplican para formar una capa de limo, las cuales son microambientes dinámicos, con procesos tales como metabolismo, crecimiento y formación de productos. La tasa de formación de las biopelículas dependen de las propiedades fisicoquímicas de la interface, rugosidad de la superficie y los factores fisiológicos de los microorganismos fijados, como bacterias heterotróficas !coliformes totales y fecales", oportunistas, resistentes a los antibióticos y a los desinfectantes, pigmentadas, hongos, proto#oarios y otros in$ertebrados. !%SE&', ())*". El crecimiento bacteriano en los sistemas de almacenamiento y distribución de agua potable produce un deterioro del índice de calidad del agua !+'", modificando su sabor y olor aumentando su turbide# e incluso llegando a afectar su conformidad con las normas microbiológicas de calidad. 'demás, la película bacteriana formada en las paredes de las tuberías puede reducir la capacidad hidráulica de las mismas, acelerar su corrosión y hacer más difícil el mantenimiento de una concentración residual de desinfectante !-nobelsdorf /ujeriego, ())0". Estudios reali#ados utili#ando microscopía electrónica de las tuberías de un sistema de distribución de agua mostraron comunidades complejas de microorganismos. Los in$estigadores concluyeron que aun cuando las bacterias se desacti$an en la planta de tratamiento, algunas células logran sobre$i$ir y adapatarse a la red de distribución !'llen et al., ()0)1 2uo$inen et al. , ()341 5idg6ay 7lson, ()3(". Es importante resaltar que el
crecimiento de las bacterias en las paredes de las tuberías también puede considerarse como un hábitat para las bacterias potencialmente patógenas !8an der -ooij, ())*".
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El crecimiento bacteriano en los sistemas de almacenamiento y distribución de agua potable produce un deterioro del índice de calidad del agua !+'", modificando su sabor y olor aumentando su turbide# e incluso llegando a afectar su conformidad con las normas microbiológicas de calidad. 'demás, la película bacteriana formada en las paredes de las tuberías puede reducir la capacidad hidráulica de las mismas, acelerar su corrosión y hacer más difícil el mantenimiento de una concentración residual de desinfectante !-nobelsdorf /ujeriego, ())0". Estudios reali#ados utili#ando microscopía electrónica de las tuberías de un sistema de distribución de agua mostraron comunidades complejas de microorganismos. Los in$estigadores concluyeron que aun cuando las bacterias se desacti$an en la planta de tratamiento, algunas células logran sobre$i$ir y adapatarse a la red de distribución !'llen et al., ()0)1 2uo$inen et al. , ()341 5idg6ay 7lson, ()3(". Es importante resaltar que el
crecimiento de las bacterias en las paredes de las tuberías también puede considerarse como un hábitat para las bacterias potencialmente patógenas !8an der -ooij, ())*". Contaminación bacteriológica en distribución de agua potable
La presencia de bacterias coliformes en el agua potable representa una amena#a potencial a la salud p9blica, y esto podría indicar que la desinfección no fue suficiente para eliminar todos los organismos patógenos asociados con los desperdicios de origen humano y animal. La permanencia y posible crecimiento de microorganismos en las tuberías de la red son influenciadas por una $ariedad de condiciones ambientales, que incluyen las características físicas y químicas del agua, tiempo de operación del sistema, material de la red y la disponibilidad de los sitios aptos para la coloni#ación, los cuales con frecuencia están locali#ados en secciones de flujo lento, porciones de tubería con agua estancada y áreas de tuberías con acti$idad corrosi$a !%SE&', ())*".
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TABLA DE CONTENIDOS
%. PLANTEAMIENTO 'EL PRO(LEMA)))))))))))))))))))....$* %.% '+c!ici- / 0a !a0i/a/ !o10m23ica))))))))))))))))))...$* %.# 4o!mu0aci- /0 !o10ma))))))))))))))))))))))))$5 %.6 O173i8o+))))))))))))))))))))))))))))))...$5 %.9 Ju+3i:icaci-)))))))))))))))))))))))))))..........$; %.< '0imi3aci-)))))))))))))))))))))))))))))..%% %.& Via1i0i/a/ )))))))))))))))))))))))))))))).%# #. MARCO TE=RICO)))))))))))))))))))))))))))).%# #.% A3c/3+))))))))))))))))))))))))))))).%# #.# (a++ 3-!ica+)))))))))))))))))))))))))))))#* #.6 ':iici- / 3>!mio+ 12+ico+)))))))))))))))))))))).95 #.9 Hi-3+i+)))))))))))))))))))))))))))))))9; #.< Va!ia10+ i/ica/o!+ ))))))))))))))))))))))..........9; 6. METO'OLOGÍA 'E LA INVESTIGACI=N)))))))))))))))))..<$ 6.% 'i+?o m3o/o0-@ico)))))))))))))))))))))))))).<$ 6.# Ui8!+o o10aci- mu+3!a)))))))))))))))))))))))<% 6.6 T>cica+ / !co0cci- / /a3o+)))))))))))))))))))...........<% 6.9 T>cica+ a!a 0 !oc+ami3o / 0a i:o!maci-))))))))))))...........<# 6.< Ma3!iB / co+i+3cia))))))))))))))))))))))))))<6 9. RECURSOS, PRESUPUESTO Y CRONOGRAMA)))).))))))))))).<9 9.% Rcu!+o+ Humao+)))))))))))))))))))))))).............<9 9.# P!+uu+3o))))))))))))))))))))))))))).............<9 9.6 C!oo@!ama ' Ac3i8i/a/+)))))))))))))))))))))..........<< <. 4UENTES 'E IN4ORMACI=N (I(LIOGR4ICA))))))))))))))).<& <.% 4u3+ 'ocum3a0+)))))))))))))))))))))))............<& <.# 4u3+ (i10io@!2:ica+)))))))))))))))))))))))............<& <.6 4u3+ E0c3!-ica+))))))))))))))))))))))))))...<& 6. CONCLUSIONES))))))))))))))))))))))))))............<*
1. Planteamiento del problema 1.1 Descripción de la realidad problemática Los biopelículas son organi#aciones de microorganismos que se asocian entre sí y con la pared de las tuberías por medio de una sustancia que ellos mismos segregan. Su presencia puede deteriorar gra$emente la calidad del agua, esencial para el mantenimiento de la salud y el comportamiento producti$o de los animales, si se toma en cuenta que ésta representa entre un :4 a 34; de su peso $i$o
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!8anegas L, et al., ())0", Las
1.2Formulación del problema.
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1.2.1 Problema general. >?e qué manera la presencia de biopelículas influye en la calidad del agua potable del ''. @@. El armen, @uaura, *4(:A
1.2.2 Problemas específicos. B >?e qué manera la presencia de la ba cteria Staphylococcus aureus influye en la
B
>?e qué manera la presencia de biopelículas influye en el incremento de materia orgánica en suspensión y disuelta en el agua potable del ''. @@. El armen,
@uaura, *4(:A calidad del agua potable del ''. @@. El armen, @uaura, *4(:A 1.3Objetios de la inestigación. 1.3.1 Objetio general. +dentificar de qué manera la presencia de biopelículas influye en la calidad del agua potable del ''. @@. El armen, @uaura, *4(:.
1.3.2 Objetios esp ecíficos. B ?eterminar y e$aluar de qué manera la presencia de biopelículas influye en el incremento de materia orgánica en suspensión y disuelta en el agua potable del
!
''. @@. El armen, @uaura, *4(:. onocer de qué manera la presencia de la bacteria Staphylococcus aureus influye en la calidad del agua potable del ''. @@. El armen, @uaura, *4(:.
8ariables
?imensiones 5esiduos sólidos
V1
. "mpacto
5esiduos líquidos Emisiones atmosféricas
ambiental
+ndicadores &resencia de restos de bagacillo, ceni#as, plantas y cacha#a. &resencia de efluentes líquidos, restos del la$ado de caCa. Emisiones de 7, 7*, hollín.
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V2
. "ncidencia en la
salud
Enfermedades de la piel +nfecciones de la piel, irritaciones. Enfermedades &resencia de to#, gripe, alergias, respiratorias Enfermedades pulmonares
asfi=ia. 7casiona la neumoconiosis, fibrosis pulmonar, áncer pulmonar.
1.#$ustificación de la inestigación. Este trabajo de in$estigación ha sido reali#ado para dar a conocer las causas que generan la presencia de biopelículas influye en la calidad del agua potable del ''. @@. El armen, @uaura. 'nte dicha situación hay que considerar la necesidad de diseCar y proponer un plan integral, de tal forma que la generación, el manejo y la disposición final de la presencia de biopelículas que puedan afectar la calidad del agua potable y por ende nuestra salud Este trabajo se enfoca en el ''. @@ El carmenD *4(: en donde los pobladores se $en afectados ante dicha presencia de biopelículas en el agua potable. La situación en que se encuentran hoy en día los pobladores del ''. @@ El armen y las enfermedades que pueden adquirir
al ser e=puestos a dicha
contaminación que están sometidos. %no de los propósitos de esta in$estigación, es entender de qué forma la presencia de biopelículas influye en la calidad del agua potable del ''. @@. El armen, @uaura, también es encontrar un método para disminuir la presencia de biopelículas influye en la calidad del agua potable del ''. @@. El armen, @uaura .La importancia de este trabajo es que las empresas encargadas de los estudios de impactos ambientales tomen conciencia sobre los daCos que pueden ocasionar estas biopelículas y de esa forma aporten con la in$estigación para tratar de reducir
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al mínimo los daCos que estos causan1 si bien la cantidad de personas afectadas por la contaminación no es muy grande pero tras días podría aumentar. Las enfermedades que ocasionan estas biopelículas son ólicos. +nfecciones estomacales. ?iarrea tifoidea, entre otros. estas alteraciones podrían aumentar significati$amente si no se toma medidas pre$enti$as empe#ando desde ahora.
1.#.1 $ustificación %eórica Es necesario encontrar una relación de como la presencia de biopelículas influye en la calidad del agua potable del ''. @@. El armen, @uaura que ayuden a determinarlo. Estas pruebas estarán basadas en modelos teóricos ya planteados por anteriores in$estigaciones, de esta forma se espera encontrar una solución factible. 1.#.2 $ustificación metodológica &ara lograr los objeti$os planteados, se acude al empleo de técnicas de laboratorio y el uso de soft6are especiali#ados. on esto se pretende medir el grado de contaminación e=istente en el agua potable del ''. @@ El armen. 'sí, los resultados de la in$estigación se apoyan en técnicas de in$estigación $álidas. 1.#.3 $ustificación práctica El resultado de nuestra in$estigación de acuerdo a los objeti$os, nos permite encontrar una solución concreta a los efectos que ocasionan las bioparticulas . on estos resultados se tiene la posibilidad de proponer cambios en la calidad del agua. 1.& Delimitaciones del estudio El centro poblado del ''. @@. El armen se encuentra situado en el distrito de @uaura, pro$incia de @uaura, departamento de lima. Esta in$estigación es orientada al estudio de las biopartículas que se encuentran en el agua potable y su impacto en los pobladores. 1.&.1 Delimitación es pacial ?epartamento Lima
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&ro$incia @uaura ?istrito @uaura. 1.&.2 Delimitación te mporal La in$estigación abarca ?esde *4(F @asta *4(: 1.'(iabilidad del estudio Este trabajo es $iable ya que para su desarrollo e=iste una e=celente
bibliografía, así como todas las condiciones necesarias para reali#ar una e=celente re$isión de información. Este trabajo es factible porque se puede lograr la participación de personas y entidades p9blicas para lograr el desarrollo de este trabajo.
2. )arco teórico 2.1 Antecedentes de la inestigación. En la 9ltima década la aparición de patógenos en el agua potable ha tenido cada $e# más importancia, incluyéndose algunos procedentes de fuentes fecales tales como ryptosporidium par$um, ampylobacter sp., rota$irus y otros que son capaces de crecer en los sistemas de distribución de agua, como Legionella sp., micobacterias y 'eromonas sp. En el desarrollo de un análisis de riesgo de patógenos es necesario comprender la ecología de estos microorganismos, por lo que ésta tiene que ser e$aluada en detalle en los sistemas de distribución, atendiendo especialmente a la di$ersidad y propiedades fisiológicas de las bacterias acuáticas. 'demás, sus interacciones con los patógenos potenciales, en hábitats tan di$ersos como el agua libre y biopelículas, son esenciales para la super$i$encia o el crecimiento de microorganismos higiénicamente rele$antes en el agua potable. omo consecuencia los resultados de estudios epidemiológicos en conjunción con datos ecológicos son la base !S#e6#yG et al *444" de la protección efecti$a del recurso, tratamiento del agua y $aloración del riesgo. 2.1.1 "nestigaciones *elacionadas con el estudio. %esis +, 1 %ítulo de la tesis- lugar a/o de ejecución
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/EH+7, EIE57 *4(( Apellidos nombres del autor inthia teresa Enrique Iieto "nstitución 0ue respaldo el estudio +nstituto &olitecnico Iacional Objetio general ?eterminar la resistencia del genero 'eromonas a compuestos clorados y e$aluar la importancia de la biopelículas del género en la resistencia a cloro. %ipo dise/o metodológico de la inestigación Seg9n el tipo es una in$estigación básica pura y seg9n el diseCo metodológico es una in$estigación cualiBe=perimental. )uestra Se utili#aron un total cepas de aeromonas ca$iae y 0 cepas de 'eromonas hydrophyla aisladas de playas de la #ona conurdaba 8eracru# boca del rio,cepas de referencia '. ca$iae schJ, '. a$iae '2 (FK:3, '. hydrophyla '2 0):: asi como escherichia coli '2 JF*(3 y -lebsiella pneumoniae '2 044:4J onclusiones E=iste $ariabilidad en la capacidad de formación de biopelículas entre las especies de aeromonas ca$iae y '. hydrophila. Se asocia esta $ariación a las
condiciones ambientales sometidas. La resistencia a compuestos clorados en forma plactonicas proporcionada
información de la resistencia intrínseca a estos compuestos. La biopelicula permite una resistencia a los compuestos clorados en
combinación *BJ $eces mayor con respecto al estado planctónico. Se encontraron 3 homólogos del cluster psl de pseudomonas aeruginosa en aeromonas hydrophila '2 0):. ?e los cuales los genes ghomologos
lograron ser amplificados. %esis +, 2 %ítulo de la tesis- lugar a/o de ejecución ormación de biopelículas por Mescherichia coliN y su correlación con factores de $irulencia pre$ención y acti$idad de antimicrobianos frente a organismos planctónicos y asociados a biopelículas. /adrid, *4(4.
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Apellidos nombres del autor &linio Lá#aro aleiro Ia$es. "nstitución 0ue respaldo el estudio %ni$ersidad omplutense ?e /adrid
Objetio general E$aluar diferentes métodos de estudio de la capacidad de formación de biopelículas por cepas patógenas de E. coli sobre placas de poliestireno.
%ipo dise/o metodológico de la inestigación La metodología utili#ada en esta in$estigación fue de tipo descripti$o, utili#ándose técnicas de obser$ación y análisis documental. )uestra instrumento utiliado En esta in$estigación se e$aluaron diferentes métodos para el estudio de la capacidad de formación de biopelículas por cepas patógenas de E. coli, la correlación entre esa capacidad y factores de $irulencia, los efectos de diferentes compuestos en la formación de biopelícula y la acti$idad de antimicrobianos frente a bacterias planctónicas y asociadas a biopelículas.
onclusiones La producción de biopelículas por E. coli sobre placas de poliestireno es un
proceso métodoBdependiente por lo que es necesario definir claramente las condiciones e=perimentales en las que se reali#a el estudio. ?e las (F cepas de E. coli estudiadas, siete !K:,0;" fueron fuertemente productoras de biopelícula mientras que las restantes !FJ,J;" fueron clasificadas como formadoras débiles. &or microscopía confocal se comprobó el mayor grosor y complejidad de las biopelículas formadas por las primeras respecto a las segundas e=istiendo una e=celente correlación entre grosor e índice ormación Específica de
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?e los factores de $irulencia asociados a la superficie bacteriana, la acti$idad /5@' fue la 9nica que se correlacionó de manera significati$a con fuerte formación de biopelícula.
%esis +, 3 %ítulo de ladel tesislugar a/o de ejecución E$aluación ni$el de contaminación de superficies y la eficacia de productos desinfectantes a corto y largo pla#o. Iue$os métodos,
sobre superficies de acero ino=idable. E$aluar la acti$idad bacteriostática de superficies elaboradas con
compuestos antibacterianos. Estudiar la eficacia de productos desinfectantes y la formación de biofilms en
condiciones de acuicultura. %ipo dise/o metodológico de la inestigación La metodología utili#ada en esta in$estigación fue de tipo análisis B e=perimental, cuyo objeto es la identificación, predicción y e$aluación de los impactos significati$os. )uestra instrumento utiliado Si onclusiones La e$aluación de las propiedades bactericidas de las formulaciones con 4,*F; de peró=ido de hidrógeno y 4,*F; de cloriro de ben#alconio1 y (,4; de peró=ido de hidrógeno, F,4; de alcohol etílico y 4,*; de polímeros catiónicos, presentaron alta eficacia bactericida frente a Staphylococcus aureus y Entericoccus hirae1 mientras que el empleo de peró=ido de
hidrógeno como 9nico compuesto al (,4;, no presentó acti$idad bactericida en ambas cepas bacterianas.
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La resistencia de Staphylococcus aureus es mayor, en comparación con Pseudomonas aeruginosa, a los compuestos de peró=ido de hidrógeno en las
concentraciones del 4,F; al J,4;. La acti$idad bactericida del peró=ido de hidrógeno frente a staphylococcus aureus se incrementó cuando actuó en combinación de compuestos como el ácido láctico, ben#oato de sodio y el ácido salicífico. %esis +, # %ítulo de la tesis- lugar a/o de ejecución /icroorganismos indicadores de la calidad del agua de consumo humano en Lima /etropolitana. Lima, &er9 D *44*. Apellidos nombres del autor /archand &ajares, Edgar 7rlando "nstitución 0ue respaldo el estudio %ni$ersidad Iacional /ayor de San /arcos Objetio general
/ejorar los requisitos e=istentes para perfeccionar los estándares de calidad del agua de uso humano. 'islar otros posibles microorganismos indicadores de la calidad microbiana del agua y e$aluar la calidad microbiológica del agua de consumo humano en
Lima /etropolitana. %ipo dise/o metodológico de la inestigación La metodología utili#ada en esta in$estigación fue de tipo análisis B e=perimental, cuyo objeto es la identificación y e$aluación de los impactos causados. )uestra instrumento utiliado Se anali#aron **K muestras de agua del Sistema de almacenamiento y distribución de agua en inmuebles y F: muestras de agua pro$enientes de po#o. ?e éstas, K4 !(0,3:;" muestras de agua de inmuebles y K( !0J,:3;" muestras
•
pro$enientes de po#os no cumplieron las normas microbiológicas. onclusiones ?e acuerdo a la I2I, (0,3:; de muestras de agua de inmuebles son inaptas, no tomándose en consideración a Pseudomonas aeruginosa
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y
Estreptococos fecales. Si se tomara en cuenta estos indicadores el porcentaje de muestras inaptas se ele$aría al *J,::;.
?e acuerdo a la I2I, 0J,:3; de muestras de agua de po#os son inaptas, no tomándose en cuenta muestras con
Pseudomonas
aeruginosa
y
Estreptococos fecales. Si se tomara en cuenta estos indicadores el porcentaje de muestras inaptas se ele$aría al )K,:K;. %esis +, & %ítulo de la tesis- lugar a/o de ejecución alidad bacteriológica de las aguas subterráneas de consumo humano en centros poblados menores de la arada y los palos del distrito de 2acna. 2acna, &er9 D *4(*. Apellidos nombres del autor utimbo 2icona, ésar 'lberto. "nstitución 0ue respaldo el estudio %ni$ersidad Iacional Porge
%ipo dise/o metodológico de la inestigación La metodología utili#ada en esta in$estigación fue de tipo análisis B e=perimental, cuyo objeto es la identificación y e$aluación de los impactos causados. )uestra instrumento utiliado Se consideró a )* po#os subterráneos formales como uni$erso que se encuentran en la 5egión 2acna, &ro$incia de 2acna, entro &oblado La arada y Los &alos, considerando una muestra de K: po#os. •
onclusiones 5epetir el estudio para los meses de septiembre hasta mar#o, ya que en estos meses la temperatura podría incrementar el crecimiento de las
%esis +, '
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%ítulo de la tesis- lugar a/o de ejecución 'spectos sanitarios en el sistema de abastecimiento de agua potable mediante camiones cisternas en los distritos de 'te, 8illa El Sal$ador y 8entanilla y propuestas para su mejoramiento en Lima y allao. Lima, &er9 D *4(4. Apellidos nombres del autor arlos Estrella, 5osa. "nstitución 0uearmen respaldo el estudio %ni$ersidad Iacional de +ngeniería. Objetio general ?eterminar los aspectos sanitarios concentración de cloro residual, ni$el de riesgo y condiciones sanitarias en el sistema de abastecimiento de agua mediante camiones cisternas para consumo humano en tres distritos de Lima
y allao. Elaborar una propuesta para mejorar la calidad del agua en el sistema de abastecimiento mediante camiones cisternas en Lima y allao.
%ipo dise/o metodológico de la inestigación La metodología utili#ada en esta in$estigación fue de tipo descripti$o, utili#ándose técnicas de obser$ación y análisis documental. )uestra instrumento utiliado La muestra se estableció de manera no aleatoria intencional, y estu$o conformada por () camiones cisternas, un surtidor y :3) $i$iendas para el distrito de 8entanilla1 *4 camiones cisterna, un surtidor y FF4 $i$iendas para el distrito de 8illa el Sal$ador y (4 camiones, un surtidor y :(* $i$iendas para el distrito de 'teB8itarte. El instrumento empleado para la medición del cloro
•
residual en el agua fue el omparador de loro 5esidual. onclusiones Se ha encontrado una notable diferencia de la concentración del cloro residual en el sistema de suministro de agua mediante camiones cisternas, presentando una disminución en cada uno de los puntos de medición surtidor, camiones cisterna y almacenamiento en hogares, llegando a ni$eles
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de cloro residual de mgQlt en algunos hogares, debido a las propiedades
naturales del cloro y a las condiciones sanitarias en cada etapa. La concentración de cloro residual en el sistema de abastecimiento de agua mediante camiones cisterna de los distritos de 'te, 8entanilla y 8illa El Sal$ador, es semejante en el ni$el de concentración como en su disminución durante el proceso debido a la falta de mecanismos de control y super$isión
por las autoridades competentes. 2.1.2 Otras pub licaciones. Artículo +, 1 %ítulo del teto o del artículo ormación de
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de la biopelícula. Este incremento en el espesor da como resultado la disminución del diámetro interior de la tubería, el incremento del coeficiente de rugosidad y la disminución del gasto entregado. Artículo +, 2 %ítulo del teto o del artículo Efecto del desprendimiento de las biopelículas formadas en una red de acueducto sobre la calidad del agua. Apellidos nombre del autor 5ueda 'ri#a, Puan amilo1 Puliana /artíne#, 'ida y arolina al$o, ?iana
"nstitución 0ue respaldo el estudio %ni$ersidad de los 'ndes,
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formados dentro de las biopelículas !
Artículo +, 3 %ítulo del teto o del artículo omportamiento de biopelículas luego de la$ados sucesi$os en tuberías de agua a presión. Apellidos nombre del autor 5eyes del 2oro, &aula1 Ouillermo Saldarriaga, Puan "nstitución 0ue respaldo el estudio %ni$ersidad de los 'ndes,
Artículo # o del artículo %ítulo del+,teto ormación de las
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una fuente interna de contaminación bacteriana, que lle$a al deterioro de la calidad microbiológica del agua de bebida.
onclusiones 'l re$isar los mecanismos de formación de las biopelículas podemos concluir q este es un proceso complejo y que depende de $arios factores como los medios ambientales, p@ y otros. +nclusi$e el crecimiento de bacterias en sistemas de redes de agua produce un deterioro de la calidad del agua modificando su olor, sabor, aumentando su turbide#, afectando los estándares microbiológicos de calidad y estos a su $e# aumenta la posibilidad de infecciones en los animales que puedan tener acceso a esta como agua de bebida. 'ctualmente en la acti$idad pecuaria no son muchos los estudios de las biopelículas en redes de agua de bebida y estos deben incrementar para poder entender completamente el comportamiento de los microorganismos que lo forman y los posibles procesos infecciosos que pueden ocasionar y así poder hacer protocolos de bioseguridad en los diferentes planteles de crian#a. Artículo +, & %ítulo del teto o del artículo ontaminación bacteriológica en los sistemas de distribución de agua potable 5e$isión de las estrategias de control. Apellidos nombre del autor ristina ?e SousaR, /aría ristina olmenares 'ngelina orreia "nstitución 0ue respaldo el estudio %ni$ersidad de arabobo. 8alencia, Edo arabobo. 8ene#uela.
Finalidad del estudio &re$enir, minimi#ar y controlar la contaminación bacteriológica en los sistemas de distribución de agua potable 5e$isión de las estrategias de control. onclusiones La formación de las biopelículas causa deterioro en los sistemas de distribución de agua potable, específicamente en las tuberías y tanques de almacenamiento. &ara detectar los problemas de contaminación bacteriológica
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en las redes de distribución se sugiere una e$aluación periódica de bacterias coliformes en diferentes secciones del sistema y de esta manera controlar la calidad de agua potable y en consecuencia reguardar la salud p9blica. El desarrollo bacteriano depende de la disponibilidad de carbonos orgánicos asimilables y de nutrientes inorgánicos, de la eficiencia del desinfectante residual, de la temperatura y p@ del agua, del tiempo de permanencia del agua en las tuberías y depósitos así como también de las características hidráulicas del sistema.
Artículo +, ' %ítulo del teto o del artículo /icrobiología de agua Apellidos nombre del autor /aría . 'pella y &aula . 'raujo "nstitución 0ue respaldo el estudio %ni$ersidad Iacional Finalidad del estudiode 2ucumán, 'rgentina onocer el impacto que causa la presencia de microorganismos patógenos en el agua de bebida. onclusiones La presencia de microorganismos patógenos en el agua de bebida es un riesgo que se incrementa en las áreas marginales de mayor densidad poblacional o en #onas sin disponibilidad de agua potable. La seguridad que un agua contaminada puede ser causal de enfermedades, ha conducido a la necesidad de controlar rutinariamente la calidad microbiológica de muestras de di$ersos orígenes.
2.24ases teóricas 5675*"7"A O8" aracterísticas microbiológicas
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En (33F 2heodore Escherich, un pediatra alemán, describió por primera $e# una bacteria encontrada en las heces de neonatos y niCos sanos la cual denominó
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Figura 1. otomicrografías electrónicas de E. blattae !'", E. coli !<", E. fergusonii !", E. @erman !?" y E.
$ulneris ! E". < arra V ( Tm. ! Scheut# y StrocGbine, *44F".
El reacciones
estudio
de
bioquímicas
distintas puede
ayudar en la diferenciación entre las especies. Las principales pruebas fisiológicas que distinguen E. coli de las demás especies son producción de indol, reacción negati$a para el citrato de Simmons, producción de lisina descarbo=ilasa, y fermentación de glucosa, lactosa y ?Bmanitol !Scheut# y StrocGbine, *44F".
6ensibilidad a los antimicrobianos Las cepas de E. coli, como las otras bacterias OramBnegati$as, son intrínsicamente resistentes a los antimicrobianos hidrofóbicos, tales como macrólidos, no$obiocinas, rifamicinas, actinomicina ? y ácido fusídico !Scheut# y StrocGbine, *44F". Los antimicrobianos más frecuentemente empleados en el tratamiento de las infecciones por cepas de E. coli patógenas e=traintestinales son la amo=icilina, amo=icilina B ácido cla$ulánico, cefalosporinas, aminoglicósidos, cotrimo=a#ol y quinolonas. Sin embargo, la capacidad de E. coli para adquirir genes de resistencia hace impredecible su sensibilidad, por lo que ésta debe determinarse siempre mediante antibiograma !
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5esistencia adquirida a los aminoglucósicos, betalactámicos, cloranfenicol, sulfonamidas, tetraciclinas y trimetoprim se ha descrito para cepas de E. coli por cuatro mecanismos distintos alteración de diana, inacti$ación en#imática, menor acumulación intracelular del antimicrobiano y des$ío de una etapa metabólica !Scheut# y StrocGbine, *44F". %na proporción ele$ada !K4 a )4;" de las cepas de E. coli son resistentes a la ampicilina, estreptomicina, tetraciclinas y sulfamidas. 2ambién son muchas !(F a J4;" las cepas resistentes a las cefalosporinas de (W generación, neomicina, Ganamicina, cloranfenicol y quinolonas. Entre los antibióticos que presentan menores tasas de resistencias se dispone de amo=icilinaBácido cla$ulánico, cefalosporinas de *W y JW generación, gentamicina, tobramicina, amicacina, colistina y polimi=ina < !
Preención de las infecciones Las +2% están entre las infecciones más comunes. Los patógenos pueden ser aislados de la $ejiga !cistitis", riCones !pielonefritis", orina !bacteriuria" o próstata !prostatitis" y las cepas %&E son los patógenos más frecuentes en estas infecciones !Smith et al., *440 1 EmXdy et al., *44J". E. coli es la causa de l 04 a )F; de las +2%, especialmente de cistitis no complicadas y de pielonefritis agudas. Los grupos de riesgo para +2% incluyen neonatos, niCas en edad preBescolar, mujeres se=ualmente acti$as y ancianos de ambos se=os !
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2radicionalmente las estrategias terapéuticas y pre$enti$as dependen del uso de antimicrobianos con el objeti$o de inhibir el crecimiento bacteriano, pero urgen alternati$as a estos compuestos debido al drástico aumento de resistencia m9ltiple a los antimicrobianos !?obrindt y @acGer, *443". 'demás, recientemente se ha demostrado que concentraciones subinhibitorias de antibióticos aminoglucósidos inducen a la formación de biopelícula por &seudomonas aeruginosa y E. coli !@offman et al., *440". En ese conte=to, los esfuer#os están dirigidos hacia la b9squeda de nue$os métodos que interfieran en la $irulencia de las cepas de E=&E sin pro$ocar la pérdida de $iabilidad bacteriana y la consecuente selección demutantes resistentes. Las alternati$as más prometedoras son las que tratan de bloquear la biogénesis fimbrial, la coloni#ación de sitios e=traintestinales, la adhesión, in$asión y formación de biopelícula !?obrindt y @acGer, *443".
4"OP589:8A6 4A%5*"A+A6 Definición Las
biopelículas
pueden
ser
definidas
como
comunidades
de
microorganismos irre$ersiblemente adheridas a una superficie que producen sustancia polimérica e=tracelular !S&E" y que e=hiben un estado metabólico alterado comparadas al crecimiento planctónico correspondiente, especialmente con respecto a la trascripción y las interacciones entre las células !Lindsay y @oly, *44:".
aracterísticas propiedades @ay una creciente apreciación de que la formación de biopelícula contribuye a la patogenicidad de determinados microorganismos y que la persistencia de las biopelículas en el cuerpo humano sería la principal causa de la recurrencia o 26
cronificación de di$ersas infe cciones !5eisner et al., *44:". Se considera que las biopelículas están implicadas en más del 34; de las infecciones crónicas causadas por bacterias, incluyendo otitis media,endocarditis, gastritis, infecciones del tracto urinario e infecciones pulmonares en pacientes con fibrosis quística !Sauer et al., *440". Las biopelículas son por defecto el modo de crecimiento de la mayoría de los patógenos. Este modo de crecimiento ma=imi#a la obtención de nutrientes fa$oreciendo la coloni#ación, permite la cooperación entre las cepas por medio del crecimiento en comunidad y propicia la protección frente a los mecanismos de defensa de hospedador o a sustancias antimicrobianas.
En la fi gura
están representados
artísticamente esos estímulos !Pefferson, *44K".
El crecimiento bacteriano en superficies depende de la interacción entre $arios factores de la superficie bacteriana y del sustrato, además del medio ambiente que los rodea. Oeneralmente las superficies son acondicionadas con una fina película de moléculas orgánicas las cuales pueden ser atracti$as a los sistemas quimiotáctiles bacterianos y permitir el desarrollo de la biopelícula !5eisner et al., *44F1 8ila et al., *443". 2ras el acondicionamiento de la superficie ocurre la deposición y adhesión re$ersible de las células bacterianas. Ese fenómeno ocurre pasi$amente por 27
mo$imiento bro6niano y simple sedimentación o por mo$imiento acti$o de bacterias flageladas lo que permite el establecimiento de interacciones físicas y electrostáticas entre la superficie bacteriana y el sustrato !Lindsay y @oly, *44:1 2enGe et al., *44:". on$iene resaltar que la interacción inicial entre las bacterias y superficies inertes, como material protésico, puede ocurrir tanto sobre material $irgen como sobre material recubierto con macromoléculas deri$adas del hospedador !8ila et al., *443". Sin
embargo,
macromoléculas
de
los
fluidos
corporales
se
adsorben
e=tremadamente rápido sobre los materiales implantados en el cuerpo formando la película condicionante !Oorman y Pones, *44J1 2enGe et al., *44:". La etapa siguiente consiste en la adhesión irre$ersible de las bacterias por producción de S&E y debido a la estimulación de proteínas receptoras de la pared bacteriana se lle$a a cabo el desarrollo de puentes célulaBaBcélula que las unen unas a las otras, lo que estabili#a la estructura formada en un proceso denominado maduración. El siguiente período es conocido como coloni#ación de la superficie, en él las bacterias adheridas crecen formando microcolonias que son consideradas las unidades fundamentales de una biopelícula !Lindsay y @oly, *44:". La maduración de la biopelícula corresponde al crecimiento tridimensional y definición de una arquitectura por las interacciones entre las bacterias adheridas. Ese proceso conlle$a la creación de ambientes heterogéneos desde el punto de $ista fisicoquímico en el cual las bacterias asociadas a la biopelícula presentan características fisiológicas distintas de las planctónicas !
28
seCales químicas que las células secretan en respuesta al aumento de la densidad poblacional y que interfieren en el desarrollo de la biopelícula !2enGe et al., *44:". En la actualidad es bien conocido el sistema de comunicación entre las bacterias por medio de secreción de pequeCas moléculas difusibles. 8arios estudios recientes indican que la formación de biopelícula es regulada por la e=presión de genes dependientes de la densidad poblacional y controlados por seCali#ación célulaBaBcélula en un mecanismo denominado Mquorum sensingN !Piang y &ace, *44:". En un creciente n9mero de cepas bacterianas se e$idencia ese tipo de comunicación en el cual las bacterias pueden sentir cambios en el medio y coordinar la e=presión genética a fa$or de la super$i$encia de toda la comunidad. El Mquorum sensingN regula $arias funciones tan di$ersas como la mo$ilidad, e=presión de factores de $irulencia, esporulación, producción de antibióticos, intercambio de material genético además del desarrollo de la biopelícula !Piang y &ace, *44:1 Sauer et al., *440". %na $e# que la biopelícula ha madurado, tiene lugar la dispersión de células a otras regiones. +nicialmente se pensó que ese proceso era pasi$o y dependiente de las fuer#as de arrastre del medio, pero estudios recientes sugieren que la dispersión es un proceso acti$o y estrictamente regulado por las células adheridas !Lindsay y @oly, *44:". 'simismo, condiciones ambientales interfieren en la dispersión de la biopelícula entre esas se incluyen la disponibilidad de nutrientes, ni$eles de o=ígeno, p@ y presencia de determinados compuestos químicos !Ooller y 5omeo, *443". En la figura : están representados los principales e$entos en el biopelículas.
29
desarrollo de las
!(" 'dhesión re$ersible !*" 'dhesión irre$ersible y producción de S&E !J" ormación de microcolonias !K" ?esarrollo de estructuras tridimensionales y maduración de la biopelícula !F" ?ispersión de células.
)etodología para el estudio de las biopelículas @ay una miríada de condiciones e=perimentales que fa$orecen
la
formación
de
biopelícula. omo consecuencia de la di$ersidad de técnicas y de microorganismos como objeto de estudio, además de la necesidad de reproducibilidad de los e=perimentos entre distintos laboratorios, cuatro sistemas generales han in$estigadores
sido
rutinariamente
empleados
por
los
!(" culti$os continuos asociados a $isuali#aciones por microscopía confocal, !*" culti$os estáticos en placas microtiter, !J" obtención de biopelículas flotantes en interfase líquidoBaire y !K" $isuali#ación de la morfología de colonias en la superficie de medios sólidos !
30
con$encional de recuentos bacterianos o el uso de indicadores de metabolismo !?onlan y osterton, *44*". Las técnicas que se basan en la obser$ación directa de la adherencia y coloni#ación microbiana utili#an microscópios ópticos, confocales o electrónicos. Los primeros consisten en la opción más antigua y asequible para estudio de las biopelículas, además es considerada una de las más $ersátiles pese que presente limitaciones como la necesidad de tinción yQo fijación de las muestras y consecuente muerte de los microorganismos, producción de artefactos y imposibilidad de estudiar la estructura tridimensional de la biopelícula !hristensen et al., *444". La microscopía confocal suprime $arias de las limitaciones de la microscopía óptica. Los microscopios confocales combinan la iluminación láser, las imágenes confocales, el uso de objeti$os apocromáticos y el procesamiento de las imágenes por orden ador que genera reconstrucciones tridimensionales
del espécimen
$isuali#ado. ?e esta manera se puede estudiar la arquitectura de la biopelícula, las interacciones entre las bacterias y la superficie y con el uso combinado de determinados marcadores se e$idencia y se cuantifica el contenido de células $iables o componentes de la matri# celular in situ !hristensen et al., *444". Los microscopios electrónicos pueden ser de transmisión y de barrido, en ambos se necesita la preparación pre$ia de las muestras lo que habitualmente genera artefactos o distorsiones en la estructura normal de una biopelícula, aparte de destruir los microorganismos y no proporcionan informaciones sobre la $iabilidad celular. 'unque presenta dichas limitaciones, el microscopio electrónico de barrido permite la cuantificación de microorganismos adheridos a superficies opacas como
31
plásticos, metales, cerámicas o catéteres di$ersos lo que sería imposible por los otros métodos !hristensen et al., *444". Los métodos indirectos permiten la cuantificación de microorganismos adheridos a superficies por su retirada en etapas abrasi$as con rascados, agitación o sonicación de los materiales y posterior dilución y recuentos bacterianos. Las principales limitaciones residen en el hecho de que esas técnicas no permiten el análisis de la estructura de la biopelícula, las etapas abrasi$as podrían resultar en injurias y disminución del n9mero de células $iables además de que no todos microorganismos de la biopelícula son culti$ables !Lindsay y @oly, *44:". La utili#ación de tinciones y de indicadores metabólicos se presenta como alternati$a $iable para el estudio y cuantificación de la formación biopelículas por di$ersos microorganismos !hristensen et al., *444". Estos ensayos son ejecutados en placas microtiter para determinar tanto la biomasa total !matri#, células $i$as y muertas", componentes específicos de la matri# por su tinción, o para la cuantificación de $iabilidad !&eeters et al., *443". Los ensayos para cuantificación de formación de biopelícula en placas microtiter son empleados para di$ersos microorganismos. %n particular enfoque ha sido dado al uso del cristal $ioleta como indicador de biomasa total para distinguir entre cepas parentales de E. coli y mutantes con adhesión alterada, y también para clasificar en categorías de formación de biopelículas cepas de Staphylococcus epidermidis y 8ibrio spp. !&itts et al., *44J". Los ensayos que miden la biomasa total tienen limitaciones en los estudios de disrupción de biopelículas una $e# que no permiten la diferenciación entre células $iables y muertas lo que dificulta la e$aluación de la acción de antimicrobianos
32
contra las bacterias asociadas a biopelícula. &ara la discriminación entre células $iables y muertas se emplean técnicas que cuantifican la acti$idad metabólica con tinciones $itales como las sales de tetra#olio, diacetato de fluoresceína y resa#urina o a#ul de alamar !&eeters et al., *443". El uso del a#ul de alamar fue descrito por ?rummond y Yaigh en *444 y desde entonces $iene siendo modificado con el objeti$o de mejorar su precisión y aplicabilidad en la determinación de la /+s de di$ersos compuestos !SarGer et al., *440". Ese método permite determinar la $iabilidad en sistemas de culti$o planctónico o sésil, no simplemente la biomasa, además es un método fiable, reproducible y que tiene una e=celente correlación con la determinación de los recuentos bacterianos. Las principales limitaciones del método son la sensibilidad del coloranteB$ital a la lu# y al calor, condiciones que son fácilmente controlables en el laboratorio !&ettit et al., *44F".
4iopelículas en 5. coli. Patogenicidad irulencia Las cepas %&E poseen un arsenal de factores de $irulencia que contribuyen acti$amente en su habilidad de causar infecciones en el tracto urinario humano. Se conoce que $arios factores contribuyen a la formación de biopelículas por las cepas de E. coli como fimbrias, curli, flagelos, antígeno KJ y moléculas de la matri# e=tracelular incluyendo celulosa, ácido colánico y poliBUB(,:BIBacetil?B glucosamina!Pacobsenetal.,*443". La producción de $arios determinantes en la superficie celular desempeCa un papel crítico en la $irulencia de un patógeno. La interacción entre bacterias y una determinada superficie es mediada por una red compleja de interacciones químicas y físicas afectadas por las condiciones ambientales, por la superficie en la cual se
33
fijan, además de propiedades inherentes a la propia superficie bacteriana !8an @oudt y /ichiels, *44F1 &almer et al., *440". La adhesión bacteriana es considerada una etapa fundamental de los procesos infecciosos en el tracto urinario, una $e# que allí el microorganismo es sometido al flujo urinario y a la posibilidad de ser arrastrado y eliminado. Las cepas de E. coli son responsables de más de 34; de todas +2% por lo que los mecanismos que garanti#an la adherencia y coloni#ación de este sitio anatómico son considerados como primordiales en la $irulencia de cepas %&E !8an @oudt y /ichiels, *44F1 @ancocG et al., *440". El crecimiento como bacterias asociadas a biopelícula permite también una mayor resistencia a la respuesta inmune y dificulta la acción de antimicrobianos contra el patógeno. 'ctualmente se asocia la capacidad de formación de biopelículas a la cronificación de las infecciones bacterianas tales como prostatitis crónica que son de difícil erradicación por terapia antimicrobiana con$encional !-anamaru et al., *44:1 Soto et al., *440" Las adhesinas fimbriales primarias de las cepas %&E son las fimbrias tipo (, las fimbrias & y las fimbrias ( y por lo general esas cepas están bien equipadas de adhesinas y la mayoría e=presan tres o más tipos diferentes de fimbrias !@ancocG et al., *44:". Las fimbrias curli son otras importantes adhesinas presentes en más del F4; de las cepas %&E que además de mediar adhesión en superficies abióticas confieren habilidades a las cepas como autoagregación, anclaje a laminina, fibronectina, plasminógeno, a $arios tipos de colágeno y otros receptores encontrados en los epitelios del tracto urinario. La e=presión de las fimbrias curli en
34
cepas %&E es en la mayoría de los casos termoregulada, ma=imi#ada a la temperatura alrededor de J4Z por lo que se postula que éste tipo de fimbria estaría implicada en la coloni#ación primaria de superficies corporales e=ternas como la región perineal y el orificio del tracto urinario !&átri et al., *444". omo factor de $irulencia relacionado a la formación de biopelícula los flagelos permiten la fijación de la bacteria a las células epiteliales y facilitan las etapas iniciales de adherencia a materiales abióticos !Lindsay y $on @oly, *44:". /uchos estudios han implicado la presencia de flagelos, la mo$ilidad y la quimiotá=is con la formación de biopelículas, aunque el papel de la mo$ilidad en la patogénesis permane#ca incierto !@att y 5ather, *443". El antígeno KJ es una prominente proteína de la superficie de E. coli !apro=imadamente F4.444 copias por célula" la cual contiene ambos receptor y diana de reconocimiento por lo que es una adhesina capa# de autoreconocerse. Su e=presión posibilita la agregación entre las células aunque se ha comprobado que la formación de biopelícula ocurre de manera independiente en cepas capsuladas y que la presencia de las fimbrias tipo ( inhibe la autoagregación debida a esa proteína !8an @oudt and /ichiels, *44F". %na de las propiedades más características que distingue las biopelículas del crecimiento planctónico es la e=istencia de la matri# e=tracelular embebiendo las bacterias asociadas y definiendo la arquitectura de una biopelícula madura. &ese a que la matri# e=tracelular sea una de las más emblemáticas características de una biopelícula, su papel a9n no es totalmente comprendido !?unne Pr., *44*1
35
'lgunos autores definen que la función primaria de la matri# e=tracelular sería la protección de la biopelícula de la acción de agentes antimicrobianos por su neutrali#ación química o por la creación de una barrera de difusión que impide que las células sean alcan#adas !Lindsay y $on @oly, *44:". La matri# constituye un complejo ambiente esencialmente compuesto en un )0; de agua, pero que tiene polímeros e=tracelulares, polisacáridos, proteínas, ácidos nucleicos, lípidos Q fosfolípidos, nutrientes absorbidos y metabolitos. @asta la fecha, los tres polisacáridos detectados en la matri# de biopelículas de E. coli que se han demostrado como significati$os en su formación son la celulosa, el ácido colánico y la poliBUB(,:BIBacetil?glucosamina. Esos polisacáridos ejecutan funciones de aumento de la adhesión célulaBaB célula y a superficies, además de estabili#ar la estructura de la biopelícula !
Papel de las biopelículas de 5. coli en infecciones ;umanas La capacidad de formar biopelícula es un proceso que contribuye a la patogenicidad de di$ersos microorganismos. Se ha propuesto una serie de criterios que harían suponer que biopelículas podrían estar relacionadas a un determinado proceso infeccioso, entre ellos figuran el aislamiento de microorganismos con capacidad adherente entre si yQo a superficies, la ober$ación de bacterias agrupadas en muestras in $i$o, además de que la infección presenta un patrón locali#ado y no responde a antimicrobianos acti$os in $itro !5eisner et al., *44:". Las características de las biopelículas que impactan en los procesos infecciosos incluyen
36
!a" desprendimiento de células o agregados de la biopelícula que pueden resultar en infecciones en la corriente sanguínea, en el tracto urinario o en formación de émbolos. !b" aumento del intercambio de elementos genéticos que confieren resistencia dentro de la biopelícula. !c" bacterias asociadas a biopelículas e=hiben una gran reducción de susceptibilidad a los antimicrobianos. !d" bacterias Oram negati$as asociadas a biopelículas pueden producir endoto=inas. !e" las biopelículas son resistentes a la eliminación por el sistema inmunitario del hospedador !?onlan, *44*". Las +2% son especialmente frecuentes en pacientes con catéteres urinarios. El período medio del sondaje es de * a K días y del (F al J4; de los pacientes adquieren +2%. ?ebido a la capacidad de formación de biopelícula en estos dispositi$os, la incidencia de infecciones aumenta en un ritmo de F a (4; al día de manera que dentro de J semanas de uso, la totalidad de los pacientes sondados desarrollará infecciones !Pubelin et al., *44:". 'lrededor de (44 millones de catéteres urinarios son $endidos anualmente en todo el mundo. Son unos de los dispositi$os más utili#ados en la práctica médica y su función básica es mantener el flujo urinario. En parte debido a la frecuencia del sondaje !entre el *( a F4; de pacientes", a $eces innecesario durante la hospitali#ación, las +2% asociadas al uso de catéteres son consideradas las infecciones nosocomiales más comunes !Pacobsen et al., *443".
37
La inserción de un cuerpo e=traCo como un catéter en la $ejiga aumenta la susceptibilidad del paciente a las +2% tanto por la introducción de microorganismos oportunistas, como por traumatismos y lesiones del epitelio o por la propia presencia de material e=ógeno en el tracto urinario !?onlan, *44*1 2rautner et al., *44K1 Pacobsen et al., *443". En la figura se representa la patogénesis de la formación de biopelícula en un catéter urinario durante una +2% asociada al catéter. !(" 5ecubrimiento del dispositi$o con proteínas del hospedador1
!*"
la propia microbiota del paciente
seguido de laintroducción de microorganismos procedentes de o del ambiente del hospital1 !J D :" a continuación se da lugar
el proceso de adherencia bacteriana con el consiguiente establecimiento y desarrollo de la biopelícula .
En el modelo murino de cistitis las cepas %&E in$aden las células epiteliales y acti$an una compleja cascada genética lo que resulta en la formación de comunidades bacterianas intracelulares !<+". ?urante la maduración de las <+ las bacterias presentan cuatro etapas distintas de desarrollo que son diferentes con respecto a la tasa de crecimiento, al tamaCo bacteriano, organi#ación de la colonia, mo$ilidad y dispersión !-au et al., *44F". igura. Esquema del desarrollo de la cascada patogénica de las cepas %&E. !-au et al., *44F"
38
!a" Etapas en la formación y maduración
de
las
<+
!("
oloni#ación e in$asión, interacción de las fimbrias tipo ( con las células
fagocitosis de las
del epitelio !panel superior" e inducción de cepas %&E !panel inferior"1 !*" ormación inicial de la <+, e$idenciado por tinción del epitelio con hemato=ilinaQeosina1
!J" ?esarrollo de la <+, las cepas %&E producen matri# e=tracelular !panel superior" y se comportan como bacterias asociadas a biopelícula. ormación de protusión luminar en el epitelio parasitado !panel inferior"1 !K" Etapa tardía de la <+, caracteri#ada por la filamentación !panel superior" y erupción de la <+ !panel inferior". !b" 5epresentación esquemática en paralelo de las etapas de formación de biopelícula en la superficie de material abiótico !(" 'dhesión y producción de la S&E1 !*" +nicio de la formación de la biopelícula1 !J" Saturación de la biopelícula y !K" ?ispersión. omo se obser$a en la figura ) muchas de las características fenotípicas de las bacterias asociadas a biopelícula son e=presadas por las cepas %&E durante la formación de las <+ en infecciones del tracto urinario !-au et al., *44F". Las %2+ e=hiben un grado de recurrencia de más del *F; en seis meses, y más del :3; de las infecciones recurrentes son causadas por cepas idénticas a las que causaron la infección inicial en un período anterior de más de un aCo !/ysoreGar y @ultgren, *44:".
39
'sí, la formación de estructuras altamente organi#adas como las biopelículas y las <+ puede ser considerada como estrategias de replicación y de persistencia de las cepas %&E en el tracto urinario.
56%*A%5<"A6 D5 8:7A F*5+%5 A 4"OP589:8A6 En la actualidad se considera la capacidad de persistencia de las bacterias asociadas a biopelículas en un hospedador humano o en el ambiente, pese la presión de tratamientos antimicrobianos, como una obser$ación fundamental que traspasa todo los campos de la microbiología y que refuer#a la necesidad de alteraciones radicales en el control y tratamiento de las infecciones crónicas relacionadas a biopelículas !Oorman y Pones, *44J1 egelsGi et al., *443". El notorio impacto de las biopelículas en el ámbito médico acarrea al aumento de las in$estigaciones de la biología y mecanismos reguladores de su formación y dispersión !Pefferson, *44K1 &r[U et al., *44:". @oy día, se han propuesto $arias estrategias con el objeti$o de inhibir la formación de biopelículas por diferentes sustancias tanto en solución como aplicadas a dispositi$os médicos !'n y riedman, ())31 -atsiGogianni y /issirlis, *44K1 erca et al., *44F". Se han desarrollado $arios procedimientos con el objeti$o de pre$enir la formación de biopelícula o de erradicar biopelículas preformadas. Entre ellos se incluyen la pre$ención de la adherencia inicial de la bacteria a superficies abióticas, bióticas, o a otras bacterias, interrupción de los mecanismos de quorum sensing que son necesarios para la e=presión genética de componentes de la biopelícula, inhibición de la biosíntesis de polisacáridos y proteínas de la matri# de la biopelícula y la b9squeda y perfeccionamiento de en#imas que puedan degradar la matri# y
40
permitir el acceso de los antimicrobianos con$encionales y de los mecanismos de defensa del propio hospedador !egelsGi et al., *443". La actuación sobre los mecanismos de $irulencia es otro procedimiento potencial de las nue$as terapias. Estas estrategias buscan interferir con mecanismos específicos que promue$an la infección o que sean esenciales para la persistencia, tales como la unión a receptores celulares, in$asión, seCali#ación química y formación de biopelícula !
"n;ibición de formación de biopelículas La pre$ención de formación de biopelículas en los dispositi$os médicos es buscada a tra$és de la utili#ación de agentes antimicrobianos bactericidas o bacteriostáticos o a9n con el empleo de agentes despro$istos de acción antimicrobiana pero que interfieran o inhiban la adhesión bacteriana !?anese, *44*1 ?unne Pr, *44*". orman parte de las estrategias que dificultan la formación de biopelículas, la fabricación de materiales con compuestos incorporados como por ejemplo iones de plata, agentes antimicrobianos clásicos que son liberados de manera prolongada, el desarrollo materiales con superficies alteradas !hidrofobicidad" y también de tratamientos antiadhesi$os con el recubrimiento por moléculas como heparina, proteínas o biosurfactantes que perturben las fuer#as físicoBquímicas necesarias para la adhesión inicial !?anese, *44*1 Lindsay y $on @oly, *44:". La combinación de agentes físicos y químicos en el control de formación de biopelícula es cada $e# más contemplada una $e# que a9n no se conoce un método o compuesto 9nico que sea capa# de hacerlo de manera efecti$a. Se han descrito métodos que asocian distintos agentes antimicrobianos entre sí, protocolos que los
41
combinan con ultrasonido de baja frecuencia y fuer#a, y otros con corrientes eléctricas !Piang y &ace, *44:". El re$estimiento de catéteres urinarios con cepas a$irulentas de E. coli fue estudiado en (* pacientes $oluntarios que necesitaban de catéter de drenaje !transuretral o suprap9bico". En este estudio se obser$ó la coloni#ación por esta cepa en (4 pacientes durante (K o más días y que la frecuencia de +2% sintomática fue de 4,(F casos por (44 díasBpaciente, siendo la frecuencia de *,0* en condiciones habituales !2rautner et al., *440". %na nue$a estrategia que podría ser utili#ada para la inhibición de formación de biopelícula por E. coli es el re$estimiento de catéteres urinarios con polisacáridos capsulares del grupo ++, una $e# que se ha demostrado su capacidad para reducir la adhesión y formación de biopelículas !?obrindt y @acGer, *443".
Antimicrobianos frente a microorganismos asociados a biopelículas /uchas de las infecciones crónicas son resultado de la formación de biopelículas por bacterias patógenas que están implicadas en infecciones como endocarditis, otitis media, infección pulmonar en pacientes con fibrosis quística, infecciones urinarias, formación de placa dentaria, gingi$itis e infecciones relacionadas
a
catéteres
que
son
particularmente
difíciles
de
tratar
conantimicrobianos !/arra, *44:". Lo que mejor distingue las infecciones crónicas relacionadas con biopelículas de las infecciones agudas es su respuesta a la terapia antimicrobiana. Las infecciones por biopelículas no suelen erradicarse completamente, pueden producir episodios recurrentes y además cuando se asocian a dispositi$os médicos necesitan
42
de regímenes terapéuticos más drásticos e incluso la sustitución de los mismos !%#cudun, *44K". Las características estructurales y fisiológicas de las biopelículas confieren una resistencia innata tanto a antibióticos como a desinfectantes y a germicidas. Las bacterias asociadas a biopelículas pueden resistir a los agentes antimicrobianos por mecanismos adicionales diferentes a los de las bacterias planctónicas !5odrígue#B /artíne# y &ascual, *443". La susceptibilidad a los agentes antimicrobianos es menor en bacterias asociadas a biopelículas que en sus correspondientes planctónicas !7lson et al., *44*1 &arseG y uqua, *44K1 Sepandj et al., *44K1 araher et al., *44:1 hambers et al., *44:1 Sandoe et al., *44:1 'slam *443". Esa resistencia dificulta la erradicación de los patógenos por antimicrobianos aunque estos fuesen acti$os en los ensayos in $itro !?olan y osterton, *44*1 hambers et al., *44:1 ranG et al., *440". Estudios in $i$o demostraron que el tratamiento de endocarditis inducidas por biopelículas de E. coli en conejos, necesitaron concentraciones del antimicrobiano **4 $eces mayores que la menor concentración sérica bactericida para las bacterias planctónicas de la misma cepa !@allBStoodley et al., *44K". Los mecanismos de resistencia de bacterias asociadas a biopelícula son complejos y pueden ser resultantes de propiedades intrínsecas a las propias biopelículas, o que las células e=presen distintos fenotipos o genotipos !osterton et al., ()))1 Lindsay y $on @oly, *44:". 'demás, bacterias embebidas en una biopelícula entran en un estado estacionario donde se dispara la producción de la S&E lo que ocasiona una 43
reducción de la difusión moléculas acti$as y una consecuente pérdida de susceptibilidad a los antimicrobianos !Oualtieri et al., *44:". En la mayoría de los casos el tratamiento antimicrobiano reduce la progresión de la biopelícula por eliminación de las células planctónicas e interferencia en el metabolismo de las bacterias asociadas a biopelícula. Sin embargo, la biopelícula y por tanto la infección no son totalmente eliminadas de manera que nue$as estrategias para el control de las biopelículas han sido propuestas !/archese et al., *44J1 Lindsay y $on @oly, *44:".
2.3Definición de t=rminos básicos - 4iopelículas %na biopelícula o biofilm es un ecosistema microbiano organi#ado, conformado por uno o $arios microorganismos asociados a una superficie $i$a o inerte, con características funcionales y estructuras complejas. -
Calidad del Agua
Se refiere a las características químicas, físicas, biológicas y radiológicas del agua. Los estándares más comunes utili#ados para e$aluar la calidad del agua se relacionan con la salud de los ecosistemas, seguridad de contacto humano y agua potable.
Desinfección del Agua La desinfección del agua significa la e=tracción, desacti$ación o eliminación de los microorganismos patógenos que e=isten en el agua. La destrucción yQo desacti$ación de los microorganismos supone el final de la reproducción y crecimiento de esto microorganismos.
44
-
Escherichia coli Se trata de una enterobacteria que se encuentra generalmente en los intestinos animales, y por ende en las aguas negras, pero se le puede encontrar en multitud de ambientes, dado que es un organismo ubicuo.
-
)icroorganismos patógenos En el agua tienen unas características que los diferencian de los contaminantes químicos, por ejemplo, son organismos $i$os que no se disuel$en en el agua sino que coagulan o se ane=an a substancias coloidales o sólidos en suspensión que están presentes en el agua.
2.#7ipótesis 2.#.1 7ipótesis
en suspensión y disuelta en el agua potable del ''. @@. El armen,
•
@uaura, *4(:. La presencia de la bacteria Staphylococcus aureus influye en la calidad del agua potable del ''. @@. El armen, @uaura, *4(:..
2.& Operacionaliación de las ariables. 2.&.1 (ariables 8'5+'
2.&.2 "ndicadores +I?+'?75ES ?E 8'5+'
45
• • •
/icroorganismos contaminantes. Escherichia coli. @ongos.
+I?+'?75ES ?E 8'5+'
'cido básico y neutro. alcio, magnesio. /ateria orgánica en suspensión y materia orgánica disuelta.
2.&.3 D. 8: ''. @@ El armen 2.&.# D. A?O> *4(:. 8ariables
?imensiones •
V1
. alidad del agua
•
•
V2
. Presencia biopelículas
de
• • •
+ndicadores
&@ &orcentaje minerales
de
/ateria orgánica
'cido !( al :", Ieutro !0" y básico !3 al (K"
/g y a
/ateria orgánica en suspensión y materia orgánica disuelta.
pseudomonas
Escherichia coli
paracitos de peces
3. )etodología. 3.1Dise/o metodológico. El tipo de in$estigación es descripti$o y e=plicati$o.
Descriptio> Se considera descripti$o porque la in$estigación se basa en documentos que caracteri#an un hecho o fenómeno.
5plicatio> Es e=plicati$o porque la in$estigación relaciona las causas y los efectos.
46
3.2 :nierso! poblaci ón! muestra. %I+8E5S7 &laneta 2ierra. &7
3.3%=cnicas de recolección de datos. 3.3.1 Descripción de las t=cnicas 2écnicas usadas para la recolección de datos
Obseración> El proyecto de in$estigación presente está basado en un estudio del agua, esta técnica no solo implica el sentido de la $ista sino que a tra$és de todos los sentidos podemos anali#ar las biopartículas que se encuentran en el agua potable. •
%=cnica específica> El ''. @@ el armen está siendo estudiada
•
%=cnica eperimental> Se manejan de forma e=perimental las $ariables independientes para relacionarlas con las dependientes.
3.3.2 "nstrumentos •
+mplementos de oficina.
•
Laptop, &c.
•
%S<, memoria sticG, disco duro.
3.# %=cnicas para el procesamiento de la información. El moti$o de la elección de las técnicas para el procesamiento de la información está relacionado con la rapide# con que se necesitan y la in$ersión en dinero que se requiera para obtenerlas.
47
Se usó las siguientes técnicas Procesos 5lectrónicos En este tipo de proceso se empleó la computadora, impresora, memoria %S< y demás equipos electrónicos. 3.#.1 Presentación de resultados. Estos resultados son calculados a tra$és de la aplicación de la estadística descripti$a y la estadística inferencial.
TITULO
OBJETIVOS
FORMULACION DEL PROBLEMA GENERAL"
D' u> ma!a 0a !+cia / 1io0Fcu0a+ i:0u 0a ca0i/a/ /0 a@ua o3a10 /0 AA. HH. E0 Ca!m, Huau!a, #$%& PRESENCIA DE BIOPELICULAS EN LA CALIDAD DEL AGUA POTABLE DEL AA. HH. EL CARMEN - HUAURA -20!.
OBJETIVO GENERAL
I
1io0Fcu0a+ i:0u 0a ca0i/a/ /0 a@ua o3a10 /0 AA. HH. E0 Ca!m, Huau!a, #$%&.
V$.%
HIP#TESIS GENERAL"
I/3i:ica! / u> ma!a 0a !+cia / La
FORMULACION DE LOS OBJETIVOS PROBLEMAS ESPECÍFICOS" ESPECIFICOS"
!+cia
/
P!+ (io
1io0Fcu0a+ i:0u + 0a ca0i/a/ /0 a@ua o3a10 /0 AA. HH. E+ E0 Ca!m, Huau!a, a #$%&. V&.
HIP#TESIS ESPECÍFICAS
Ca0i o3a
D' u> ma!a 0a !+cia / 1io0Fcu0a+ i:0u 0 ic!m3o / ma3!ia o!@2ica +u++i- /i+u03a 0 a@ua o3a10 /0 AA. HH. E0 Ca!m,
'3!mia! 8a0ua! / u> ma!a 0a !+cia / 1io0Fcu0a+ i:0u 0 ic!m3o / ma3!ia o!@2ica +u++i- /i+u03a 0 a@ua o3a10
Huau!a, #$%&
/0 AA.#$%&. HH. E0 Ca!m, Huau!a,
Ac u3 Ca M +u+ o3a10 /0 AA. HH. E0 Ca!m, Huau!a, #$%&. o!@2
Cooc! / u> ma!a 0a !+cia / 0a 1ac3!ia S3ah0ococcu+ au!u+ i:0u 0a ca0i/a/ /0 a@ua o3a10 /0 AA. HH. E0 Ca!m, Huau!a, #$%&.
La !+cia / 0a 1ac3!ia S3ah0ococcu+ au!u+ i:0u 0a ca0i/a/ /0 a@ua o3a10 /0 AA. HH. E0 Ca!m, Huau!a, #$%&.
D' u> ma!a 0a !+cia / 0a 1ac3!ia E+ch!ichia co0i i:0u 0a ca0i/a/ /0 a@ua o3a10 /0 AA. HH. E0 Ca!m, Huau!a, #$%&
'.( M)*+$, & C/$* /1$).
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HIP#TESIS
PROBLEMAS
La !+cia / 1io0Fcu0a+ i:0u 0 ic!m3o / ma3!ia o!@2ica +u++i- /i+u03a 0 a@ua
4. *ecursos- Presupuesto ronograma. 4.1 *ecursos 7umanos>
Autor>
Oome# 8alencia, armen lesly.
olaboradores> /g. Iunja Oarcía Posé 8icente !?ocente de la E.'.& de +ng. ]uímica de la %.I.P..S.. de la ciudad de @uacho".
&obladores de la localidad del ''. @@ El armen
*ecursos de instituciones>
%ni$ersidad Iacional MPosé austino Sánche# arriónN.
#.2Presupuesto> a@ *ecursos disponibles> RECURSOS
CANTIDAD
COSTO
TOTA S/.
omputadora "ntel ore i3.
(
())).44
1.BB
"mpresora )ultifuncional
(
J)).44
3.BB
)emoria móil C:64@ alculadora
( (
JF.44 KF.44
3&.BB #&.BB
tiles de oficina
$arios
J4.44
3B.BB
UNITARIO S/.
272'L
S/.
*F43.44
O6%O :+"%A*"O 6E.
%O%A8 6E.
b@ *ecursos no disponibles> *5:*6O6
A+%"D AD
1BBB.BB
8iáticos y asignaciones &agoaolaboradores /aterialesdeescritorio
* 8arios
(34 F4
3'B.BB 3BB.BB
Ser$icio de 2elefonía e +nternet
(*meses
)).44
11.BB
F4
B.BB
otocopiaseimpresiones
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8arios S/.
22.BB
c@ Financiamiento>
'utofinanciado
#.3ronograma de Actiidades. A%"("DAD
A4*
) AG
?iseCo y elaboración del
(*JK(*JK(*JK(*JK H
$:+
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proyecto de in$estigación &resentación del proyecto de in$estigación !'&+2%L7 +" 'probación del proyecto de
H H H
in$estigación. Elaboración del proyecto de in$estigación. !'&+2%L7 ++" &resentación del proyecto de in$estigación !'&+2%L7 ++" Elaboración del proyecto de in$estigación. !'&+2%L7 +++" &resentación del proyecto
HHHHH
HHHH H
de in$estigación !'&+2%L7 +++" 5edacción del informe final. &resentación
del
informe
final. 'probación del informe final.
H H H
&. F:5+%56 D5 "+FO*)A"I+. &.1. Fuentes Documentales>
httpQQtesis^de^biopeliculas^bacterianas^en^el^agua^potable^btnO. httpQQm.monografias.comQtrabajosBpdfFQbiopeliculasBcontaminantesBenBelBaguaB bebidaQ
!.". Fuentes 4ibliográficas
&.3.
2755ES <'5?'LES, olonibol. /etodología de la in$estigación ientífica, Lima, Editorial San /arcos, ())K, J0F pp.
_8+L' '7S2' 5.<. M+I257?%+\I ' L' /E27?7L7O`' ?E L' +I8ES2+O'+\IN. (ra Edición, LimaB&er9. Editorial Estudios y Ediciones 5.?. D ())(.
'55'S7 ?`', Sergio. *44:. /etodología de la in$estigación científica. (W.reimpr. Lima. San /arcos. K0K pp.
Fuentes 5lectrónicas
httpQQ666.td=.catQbitstreamQhanbleQ(434JQF4))KQt#gu.pdf;Jsequence;J?Jsa
httpQQcdigital.u$.m=QbitstreamQ(*JKF:03)QJ*K00Q(Qmoralestrujilo.pdfsa.
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httpQQbiblioteca.usac.edu.gtQtesisQ4JQ4J*33J.pdfsaV%$ed
de 8ictorica 'lmeida, P. L. ormación de biopelículas y su impacto en los sistemas de conduccion de agua. 5ecuperadodel sitio de internet de +nstituto de +ngeniería, %I'/httpQQ 666.b$sde.paho.orgQb$saidisQcaliaguaQperuQme=apa4*4.pdf
httpQQes.slideshare.netQmobileQreneecapa#aQreneBcondoriBapa#aBimpactoB ambientalindustriaBBa#ucarera(KJ0K3F3:3)F*(fbinitiali#ed .
'. O+8:6"O+56. - La contaminación microbiológica del agua en inmuebles, se debe principalmente a
la falta de mantenimiento, limpie#a y desinfección de los Sistemas de ?istribución y almacenamiento de 'gua.
- En po#os, el problema radica principalmente en las condiciones
higiénicoB
sanitarias, las características del suelo y la contaminación de la napa freática por e=cretas.
- La &seudomonas aeruginosa y Estreptococos fecales, son importantes como
indicadores de la calidad microbiológica del agua de consumo humano, complementarios al uso de
- ?e los factores de $irulencia asociados a la superficie bacteriana, la acti$idad
/5@' !@emaglutinación resistente a manosa", fue la 9nica que se correlacionó de manera significati$a con fuerte formación de biopelícula. - La resistencia de Staphylococcus aureus es mayor, en comparación con Pseudomonas aeruginosa, a los compustos de peró=ido de hidrógeno en las
concentraciones del 4,F; al J,4;.
- La acti$ida bacteriana del peró=ido de hidrogeno frente al Staphylococcus aureus
se incrementó cuando actuó en combinación de compuestos como el ácido láctico, ben#oato de sodio y el ácido salicílico.
