Los suelos subacuáticos como reservorio y dispersores de microorganismos patógenos humanos (El caso de E. Coli)

Seguimos sin conocer la fuente de la reciente epidemia causada por la cepa O104:H4 de Escherichia coli (crisis de los pepinos). Ya os habló mi hermana en su blog del affaire  e ineficacia de las autoridades epidemiológicas germanas en el siguiente post: “Escherichia coli O104:H4. Ensalada de pepinos y germinados de soja y aderezados con una gestión imprudente de las autoridades sanitarias alemanas“. Del mismo modo, personalmente, os comentaba en esta bitácora tanto el posible papel del suelo, estiércol, así como de las contaminaciones detectadas en las cadenas de producción de las granjas industriales (E. Coli O157:H7, Estiércol, Suelo y Contaminación del Cuero y la Carne Vacuna). Hace algunas semanas, leí como en una gran urbe de Latinoamericanas se había detectado tal germen en más del 70% de las carnicerías (eso si, desconozco en cuantas de ellas las cepas eran inocuas y en cuales se detectaron otras patogénicas, “en algun grado”). El Boletín de noticias ARS, publicaba el 1 de Julio de 2011, un estudio de mi entrañable amigo Yakov Pachepski en el que se demuestra como los suelos de los lechos fluviales sirven servir como reservorio y fuente de dispersión por el agua de este patógeno, el cual puede sobrevivir en ellos durante meses. Así pues, retornamos sobre el tema, con vistas a intentar aportaros una información más detallada de la importancia de los recursos edáficos en la dispersión de patógenos.

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Suelo o Lecho de un Cauce Contaminado. Fuente EPA (USA)

Cuando os hablo de mi “entrañable amigo Yakov Pachepski”, no pretendo hacer gala de una relación inventada o exagerada. Se trata de un colega norteamericano con el que he hablado y compartido mesa y eventos en varias ocasiones. Más aun, en momentos en los que mis “esotéricos trabajos” eran cuestionados, Yakov los apreció como interesantes, ayudándome a su publicación con sus sabios consejos. Por esta razón siempre me alegra (y ya lo he hecho en otros post) hablar de sus contribuciones científicas. Se trata de uno de los investigadores más afables, rigurosos y honestos que he conocido. Posiblemente el año que viene volvamos a encontrarnos en el siguiente Workshop de Pedofract. Eso sí, el es principalmente un gran matemático de la escuela rusa emigrado a USA, más que un experto en salud pública. Pero vallamos al grano.

Ya os comentaba en mi primer post sobre el tema que la contaminación por E. Coli preocupa a la USDA desde hace muchos años. También debe quedar claro que muchas cepas de este microorganismo son inocuas, albardándose  en nuestros aparatos digestivos (como también es el caso de otros mamíferos). Por tanto cuando hablamos de E. Coli, sin más, no debemos echarnos a temblar. También la virulencia de las patógenas, lo son en distinto grado, siendo en muy pocos casos causantes de graves riesgos para la salud. Pero en otras ocasiones, como en de la denominada “crisis del pepino almeriense, el tema resulta ser más que preocupante. Finalmente recordemos que el número de coleiformes es un indicador habitualmente usado con vistas a valorar la contaminación fecal de las aguas corrientes. Tal hecho quiere viene a decirnos que, aunque las cepas sean benignas, las aguas podrían albergar otros microorganismos patógenos que sí podrían afectar a la salud pública.

Los estudios que se encuentran llevando a cabo Yakov y colaboradores muestran que del estiércol de los pastos y/o el suelo subyacente,  E. Coli pasa a las aguas corrientes, y contaminando desde allí los tramos inferiores de la cuenca de drenaje. Se encontraban calibrando un modelo de simulación con los datos de campo, cuando, al parecer, las predicciones del primero sobreestimaban el número de coleiformes de las aguas, a no ser que algún hecho relevante se les hubiera pasado por alto. Y al parecer este era justamente el caso. E. Coli puede sobrevivir todo el invierno en los suelos o sedimentos de los lechos de los cauces, y espacialmente cuando estos atesoraban abundante materia orgánica y partículas finas (arcillas, limos).  De este modo, se descubría un nuevo reservorio, ayudando a la vez a mejorar el mentado modelo informático (al menos eso es lo que infierno de las noticias que os muestro más abajo). No reiteraré la nefasta falta de atención que generalmente se presta al recurso suelo en España y otros países, a pesar de que un día de tras de otro, la ciencia constata que la actitud de nuestros políticos respecto a los recursos edáficos no deja de ser más que un puro desatino.

Juan José Ibáñez

E. coli puede sobrevivir en el sedimento de los cauces de arroyos por muchos meses

Por Ann Perry 1 de julio de 2011

Estudios por científicos del Servicio de Investigación Agrícola (ARS) han confirmado que la presencia de los patógenos de Escherichia coli en las aguas superficiales podrían resultar de la capacidad del patógeno de sobrevivir por muchos meses en el sedimento subacuático. La mayoría de las cepas de E. coli no causan enfermedades, pero estos organismos son indicadores usados por los gerentes de calidad de agua para estimar la contaminación fecal del agua.

Estos hallazgos, los cuales pueden ayudar a identificar fuentes posibles de la contaminación de agua, apoyan la prioridad del Departamento de Agricultura de EE.UU. (USDA por sus siglas en inglés) de promover la agricultura sostenible y la seguridad alimentaria. ARS es la agencia principal de investigaciones científicas del USDA.

Científico del suelo Yakov Pachepsky trabaja en el Laboratorio de Seguridad Microbiana Ambiental y Alimentaria mantenido por el ARS en Beltsville, Maryland. Él está realizando estudios para aprender más sobre la fuente de los patógenos E. coli en los cauces de arroyos, su destino y la duración de su supervivencia.

Estudios realizados por Pachepsky y sus colegas sugieren que las cepas no patogénicas de E. coli pueden sobrevivir por más tiempo en el sedimento subacuático que en el agua, y han provisto las primeras pruebas publicadas sobre la capacidad de E. coli de sobrevivir durante todo el invierno en el sedimento.

Los resultados también indicaron que los patógenos pueden vivir por más tiempo cuando hay niveles más altos de carbono orgánico y partículas finas del sedimento. Cuando los niveles de carbono orgánico son más altos, la temperatura del agua tiene menos probabilidades de afectar la tasa de supervivencia de los patógenos.

Los investigadores también recopilaron tres años de datos sobre el fluyo del agua, el tiempo y los niveles de E. coli en el agua y el sedimento en un arroyo en Pensilvania que recibe agua de varios afluentes más pequeños. Ellos usaron esta información para calibrar la Herramienta de Evaluación del Suelo y Agua (SWAT por sus siglas en inglés), la cual es un modelo de computadora desarrollado por científicos del ARS que predice cómo las prácticas agrícolas afectarán la calidad del agua a escala de cuenca.

Las simulaciones resultantes indicaron que los escurrimientos de los pastizales contribuyeron a los niveles de E. coli en los arroyos cercanos solamente durante intervalos temporales del fluyo más alto de agua. Ya que el modelo SWAT actualmente no incluye datos sobre niveles de E. coli en los cauces de arroyos, esta investigación indica que las simulaciones de SWAT sobreestimarán el impacto de los escurrimientos de pastizales en la contaminación por E. coli en las aguas superficiales.

Los resultados de esta investigación fueron publicados en ‘Water Research‘ (Investigaciones sobre Agua), ‘Ecological Modeling‘ (Modelación Ecológica), ‘Critical Reviews en Environmental Science and Technology‘ (Resúmenes Críticos de Ciencia y Tecnología Ambiental), y ‘Journal of Hydrology‘ (Revista de Hidrología).

Lea más sobre esta investigación en la revista ‘Agricultural Research’ de julio del 2011.

http://www.ars.usda.gov/is/espanol/AR/archive/jul11/ecoli0711.es.htm

E. coli: La bacteria está viva y cómoda, probablemente en un arroyo cercano a su domicilio

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Científico del suelo Andrey Guber toma las muestras de agua del arroyo Beaverdam para probar los niveles de la bacteria E. coli liberada del sedimento del cauce de arroyo durante eventos de alto flujo de agua. Los investigadores aumentaron el flujo de agua agregando agua de un camión (en último plano) al arroyo en una tasa y un volumen que replicaron las condiciones causadas por una lluvia fuerte.

La bacteria Escherichia coli es una superviviente. Esta bacteria está presente en los intestinos de los mamíferos y otros vertebrados, pero también puede vivir en el suelo y agua y en las biopelículas que pueden formar en algunas superficies mojadas.

Aunque la mayoría de las cepas de E. coli no causan enfermedades, es un organismo que los gerentes de calidad de agua usan para medir la contaminación fecal”, dice científico del suelo Yakov Pachepsky con el Servicio de Investigación Agrícola (ARS por sus siglas en inglés). “Cuando E. coli se encuentra en el agua superficial, el escurrimiento agrícola o urbano normalmente es la fuente. Pero la fuente de la bacteria también puede ser la fauna silvestre, los tanques sépticos agujereados, o aun el equipo de riego, así que necesitamos saber más sobre las fuentes de E. coli en el ambiente”.

Otro sitio donde viven muchas cepas de E. coli es el sedimento de los cauces de arroyos. Pachepsky, microbiólogo Daniel Shelton, y otros científicos en el Laboratorio de Investigación de la Seguridad Microbiana Ambiental y Alimentaria mantenido por el ARS en Beltsville, Maryland, están aprendiendo más sobre el origen de los patógenos en los cauces de arroyos, su destino, y la duración de su supervivencia.

En colaboración con profesor Robert Hill y estudiante Amanda Garzio-Hadzick de la Universidad de Maryland, Pachepsky recolectó muestras del sedimento del cauce y el agua superficial de tres sitios en el arroyo Beaverdam en Beltsville. Luego los investigadores agregaron estiércol lechero a las muestras, de este modo aumentando los niveles de E. coli no patogénico en el sedimento y el agua.

Resultados de estudios de laboratorio indicaron que las bacterias sobrevivieron por más tiempo en el sedimento que en el agua, y vivieron más tiempo cuando hay niveles más altas de carbono orgánico y partículas finas de sedimento. Los investigadores también descubrieron que cuando hay niveles altos de carbono orgánico, la temperatura del agua tuvo menos probabilidades de afectar la tasa de supervivencia de las bacterias. Estos científicos publicaron las primeras pruebas de que E. coli puede sobrevivir durante todo el invierno en el sedimento.

Los científicos del ARS también evaluaron si agregar datos sobre los depósitos y la liberación de E. coli en los cauces del arroyo podría mejorar las simulaciones de computadora sobre la calidad microbiana del agua. Ellos recopilaron tres años de los datos sobre el flujo del agua en el arroyo, el tiempo, y los niveles de E. coli en el agua y en el sedimento de un arroyo en Pensilvania que recibe caudal de varios afluentes más pequeños. Luego usaron la información para calibrar la Herramienta de Evaluación del Suelo y Agua (SWAT por sus siglas en inglés), un modelo de computadora desarrollado por científicos del ARS para predecir cómo las prácticas agrícolas afectarán la calidad de agua a escala de cuenca.

Las simulaciones indicaron que la liberación de bacterias del cauce del arroyo degradó la calidad de agua, y que el escurrimiento de los pastizales contribuyeron a los niveles de E. coli en los arroyos cercanas solamente durante los intervalos temporales de flujos más altos de agua. Los investigadores concluyeron que las simulaciones de SWAT sobreestimarán la cantidad de escurrimiento de los pastizales que contribuye al agua superficial contaminada con E. coli, a menos que el modelo incluyera datos sobre niveles de E. coli en el sedimento de los cauces del arroyo.

Queremos aprender más sobre por qué E. coli no muere en el sedimento. ¿Es a causa de las contribuciones de la fauna silvestre o de los acontecimientos de flujo alto? Esto todavía es desconocido”, dice Pachepsky. “La mayoría de la gente no tiene interés en el lodo. Pero esta información podría cambiar nuestros conceptos sobre la calidad microbiana de agua”. — Por Ann Perry, ARS.

La versión en inglés

“E. coli: La bacteria está viva y bien, y probablemente en un arroyo cercano” (“E. coli: Alive and Well, Probably in a Streambed Near You “) fue publicada en la revista ‘Agricultural Research’ de julio 2011. Página modificada: 30/06/2011

E. coli: Alive and Well, Probably in a Streambed Near You

Escherichia coli is a survivor. It’s at home in the gut of mammals and other vertebrates, but it can also live in soil and water and in biofilms that can form on some moist surfaces.

“Even though most E. coli strains don’t cause illness, it’s an ‘indicator organism’—one that water-quality managers use to measure fecal contamination,” says Agricultural Research Service soil scientist Yakov Pachepsky. “When it’s found in surface water, agriculture or urban runoff is usually implicated as the source. But it can also come from wildlife, leaking septic tanks, or even irrigation equipment, so we need to know more about the sources of E. coli in the environment.”

Another spot where many strains of E. coli lurk is in streambed sediments. Pachepsky is conducting studies with microbiologist Daniel Shelton and other scientists at the ARS Environmental Microbial and Food Safety Laboratory in Beltsville, Maryland, to learn more about where the pathogens in streambeds come from, where they end up, and how long they can survive.

Working with University of Maryland Environmental Science and Technology professor Robert Hill and honors student Amanda Garzio-Hadzick, Pachepsky collected streambed sediments and surface water from three sites along Beaverdam Creek in Beltsville. Then they added some dairy manure slurry to the samples, which increased nonpathogenic E. coli levels in the sediments and water.

Lab studies indicated that the bacteria survived much longer in the sediments than in the water and that they lived longer when levels of organic carbon and fine sediment particles were higher. They also found that when organic carbon levels were higher, water temperatures were less likely to affect survival rates—and they published the first evidence that E. coli can overwinter in the sediment.

The ARS team also evaluated whether adding data about the deposition and release of E. coli in streambeds would improve computer simulations of microbial water quality. They collected 3 years of data on streamflow, weather, and E. coli levels in water and sediments from a Pennsylvania stream fed by several smaller tributaries. Then they used the information to calibrate the Soil and Water Assessment Tool (SWAT), a computer model developed by ARS scientists that predicts how farming practices affect water quality on a watershed scale.

The resulting simulations indicated that bacterial releases from the streambed persistently degraded water quality and that pasture runoff only contributed to E. coli levels in nearby streams during temporary interludes of high waterflows. The team concluded that SWAT simulations would overestimate how much pasture runoff contributes to surface water contaminated with E. coli, unless the model included data on E. coli levels in streambed sediments.

“Now we want to look more closely at why E. coli doesn’t die in the sediment. Is it because of contributions from wildlife or from high-flow events? This is still a big unknown,” says Pachepsky. He adds, “The mud is something not many people are interested in. But it could change our conception of microbial water quality.”—By Ann Perry, Agricultural Research Service Information Staff.

This research is part of Water Availability and Watershed Management (#211) and Food Safety (#108), two ARS national programs described at www.nps.ars.usda.gov.

To reach scientists mentioned in this story, contact Ann Perry, USDA-ARS Information Staff, 5601 Sunnyside Ave., Beltsville, MD 20705-5129; (301) 504-1628.

“E. coli: Alive and Well, Probably in a Streambed Near You” was published in the July 2011 issue of Agricultural Research magazine.

 

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