{"id":134001,"date":"2021-10-15T10:59:59","date_gmt":"2021-10-15T09:59:59","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/?p=134001"},"modified":"2021-10-15T10:59:59","modified_gmt":"2021-10-15T09:59:59","slug":"tratamiento-fotocatalitico-de-aguas-para-la-inactivacion-de-biofilms-bacterianos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/2021\/10\/15\/134001","title":{"rendered":"Tratamiento fotocatal\u00edtico de aguas para la inactivaci\u00f3n de biofilms bacterianos"},"content":{"rendered":"

Se acaba de publicar un novedoso estudio (https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.jphotobiol.2021.112253<\/a>) evaluando la eficacia del uso de un tratamiento fotocatal\u00edtico de aguas para la inactivaci\u00f3n de biofilms bacterianos. Este trabajo surge gracias a la colaboraci\u00f3n de los grupos de investigaci\u00f3n de dos universidades: KU Leuven en Gante B\u00e9lgica y Universidad Rey Juan Carlos cuyos investigadores forman parte de la Red Madrile\u00f1a de Tratamiento de Aguas Residuales (REMTAVARES, 2018\/EMT-4341) financiada por la Comunidad de Madrid. Esta colaboraci\u00f3n tambi\u00e9n fue financiada por el programa de movilidad para j\u00f3venes investigadores Jos\u00e9 Castillejo (CAS18\/00414).<\/p>\n

Grupo de Ingenier\u00eda Qu\u00edmica y Ambiental, Universidad Rey Juan Carlos<\/em><\/p>\n

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La formaci\u00f3n de biofilms se ha observado habitualmente en la industria del tratamiento del agua, as\u00ed como en muchos entornos de procesamiento de alimentos, siendo la Salmonella<\/em> y la Listeria<\/em> dos bacterias pat\u00f3genas que pueden considerarse relevantes para ambos campos. Los biofilms pueden crecer en las superficies, las tuber\u00edas y los equipos, lo que provoca bioincrustaci\u00f3n, corrosi\u00f3n y fallos operativos. En consecuencia, se produce una reducci\u00f3n de la eficiencia en la producci\u00f3n y un aumento del consumo de energ\u00eda en las operaciones [1]. La formaci\u00f3n de biofilms en las industrias alimentarias tambi\u00e9n conlleva problemas similares, por ejemplo, puede provocar una reducci\u00f3n de la transferencia de calor en los intercambiadores de calor y de la circulaci\u00f3n \u00f3ptima del agua en las torres de refrigeraci\u00f3n y los sistemas de agua potable, lo que tambi\u00e9n puede reducir la eficiencia [2]. En este sector, adem\u00e1s, los biofilms tambi\u00e9n son responsables de la aparici\u00f3n de pat\u00f3genos de origen alimentario en las superficies de contacto con los alimentos y en los productos alimenticios.<\/p>\n

Las bacterias adoptan varias estrategias para sobrevivir a las condiciones de estr\u00e9s en el entorno natural, incluida la producci\u00f3n de biofilms. Los biofilms son comunidades de microorganismos que producen sustancias polim\u00e9ricas extracelulares (EPS) para ayudar a las c\u00e9lulas a anclarse entre s\u00ed y a superficies como las tuber\u00edas de agua. Se sabe que es mucho m\u00e1s dif\u00edcil inactivar las c\u00e9lulas asociadas a los biofilms que a las bacterias en forma planct\u00f3nica y que los biofilms representan un reto para la desinfecci\u00f3n del agua y el saneamiento de los alimentos [1].<\/p>\n

La desinfecci\u00f3n fotocatal\u00edtica del agua se ha propuesto como alternativa a los desinfectantes convencionales, como el cloro, ya que puede superar el riesgo de formaci\u00f3n de subproductos de la desinfecci\u00f3n [3]. Otras ventajas pueden ser que (i) funciona a temperatura y presi\u00f3n ambiente, (ii) utiliza el aire como oxidante sin necesidad de productos qu\u00edmicos adicionales, y (iii) permite la posibilidad de utilizar la luz solar como fuente de radiaci\u00f3n. La fotocat\u00e1lisis con semiconductores es un proceso que se ha estudiado durante m\u00e1s de cuatro d\u00e9cadas y que ha demostrado ser muy eficaz contra los pat\u00f3genos [4]. Cuando los fotocatalizadores, como el di\u00f3xido de titanio (TiO2<\/sub>), se irradian con luz ultravioleta, se generan potentes agentes oxidantes capaces de destruir las bacterias. Se acepta que el principal mecanismo de destrucci\u00f3n fotocatal\u00edtica de las bacterias se basa en el ataque de su pared celular por los radicales hidroxilo (\u2022<\/sup>OH) [5].\u00a0Estudios anteriores han demostrado que cuanto m\u00e1s compleja es la pared celular, m\u00e1s resistentes son las bacterias a la desinfecci\u00f3n fotocatal\u00edtica. Todav\u00eda no se sabe si el grosor, la estructura y\/o la qu\u00edmica de la c\u00e9lula bacteriana pueden desempe\u00f1ar un papel. Adem\u00e1s, es a\u00fan m\u00e1s dif\u00edcil comprender la entidad de cada factor, ya que todav\u00eda se est\u00e1 investigando [6]. Sin embargo, est\u00e1 bien establecido que la eficiencia fotocatal\u00edtica depende de la proximidad de la superficie de TiO2<\/sub> fotoactivada a la pared celular. De hecho, las nanopart\u00edculas de TiO2<\/sub> en suspensi\u00f3n presentan una eficiencia de inactivaci\u00f3n mucho mayor que el TiO2<\/sub> inmovilizado. Sin embargo, la aplicaci\u00f3n comercial de los sistemas fotocatal\u00edticos obliga a emplear una configuraci\u00f3n inmovilizada del fotocatalizador, evitando un paso adicional para recuperar las part\u00edculas de TiO2<\/sub> [5]. Aunque la eficacia del fotocatalizador de TiO2<\/sub> para la inactivaci\u00f3n de suspensiones bacterianas ha sido ampliamente estudiada, la inactivaci\u00f3n de biofilms ha recibido menos atenci\u00f3n.<\/p>\n

Este estudio tuvo como objetivo evaluar la eficacia de un sistema fotocatal\u00edtico de nanotubos inmovilizados (TiO2<\/sub>-NT) (IS) y de nanopart\u00edculas en suspensi\u00f3n (TiO2<\/sub>-NP) (SS) contra biofilms monoespecie y duales desarrollados por cepas bacteriana Gram negativas (Salmonella <\/em>Typhimurium) y Gram positivas (Listeria monocytogenes)<\/em>. Se corrobor\u00f3 que dos factores principales afectan significativamente a la resistencia del biofilm durante la inactivaci\u00f3n fotocatal\u00edtica, es decir, las condiciones de crecimiento del biofilm y las superficies que la forman. Las bacterias Gram-positivas mostraron una gran fotosensibilidad al formar biofilms de doble especie en comparaci\u00f3n con las bacterias Gram-positivas de comunidades simples. Cuando se cultivaron sobre superficies de TiO2<\/sub>-NT (IS) para sistemas fotocatal\u00edticos inmovilizados, los biofilm monoespecie y duales no mostraron diferencias en la inactivaci\u00f3n fotocatal\u00edtica seg\u00fan los valores de la constante cin\u00e9tica (p > 0,05), pero dieron lugar a una reducci\u00f3n de aproximadamente 3-4 log10. Sin embargo, las superficies de TiO2<\/sub>-NT (IS) s\u00ed afectaron a la colonizaci\u00f3n del biofilm, ya que el crecimiento del biofilm monoespecie de bacterias Gram negativas y Gram positivas se ve significativamente (p \u2264 0,05) favorecido en comparaci\u00f3n con el cultivo dual; aunque, la tasa de inactivaci\u00f3n fotocatal\u00edtica no mostr\u00f3 dependencia de la concentraci\u00f3n bacteriana inicial. La superficie de crecimiento del biofilm (que depende de la configuraci\u00f3n fotocatal\u00edtica) tambi\u00e9n favoreci\u00f3 la resistencia de los biofilms monocultivo de bacterias Gram positivas en comparaci\u00f3n con la de las Gram negativas en los sistemas fotocatal\u00edticos inmovilizados, pero se confirm\u00f3 un comportamiento opuesto con el TiO2<\/sub> en suspensi\u00f3n (p \u2264 0,05). Se logr\u00f3 una eficacia exitosa del TiO2<\/sub> inmovilizado para la inactivaci\u00f3n de biofilm de una y dos especies, lo que hace factible la transferencia de esta tecnolog\u00eda a escenarios reales en el tratamiento de aguas y el procesado de alimentos.<\/p>\n

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Figura 1.<\/strong> Tratamiento fotocatal\u00edtico utilizado para la inactivaci\u00f3n de biofilms monoespecie y duales. Constantes cin\u00e9ticas de inactivaci\u00f3n fotocatal\u00edtica de biofilms monoespecie y duales para fotocatalizadores en suspensi\u00f3n (TiO2<\/sub>-NP) (SS) e inmovilizados de TiO2<\/sub> (TiO2<\/sub>-NT) (IS). (S) S. Typhimurium<\/em>, (L) L. monocytogenes<\/em>. Constante cin\u00e9tica (k<\/em>, min-1<\/sup>) obtenida seg\u00fan el modelo log-lineal de Chick-Watson. DE: \u00b1 0,005.<\/p>\n

Referencias<\/strong><\/p>\n

[1] J.M.C. Robertson, C. Sieberg, P.K.J. Robertson, The influence of microbial factors on the susceptibility of bacteria to photocatalytic destruction, J. Photoch. Photobio. A 311 (2015) 53\u201358.<\/p>\n

[2] R.A.N. Chmielewsky, J.F. Frank, Biofilm formation and control in food processing facilities, Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 2 (2003) 22-32.<\/p>\n

[3] R.H. Pires, M.F. Brugnera, M.V.B. Zanoni, M.J.S.M. Gianninia, Efectiveness of photoelectrocatalysis treatment for the inactivation of Candida parapsilosis <\/em>sensu stricto in planktonic cultures and biofilms, Appl. Catal. A-Gen. 511 (2016) 149\u2013155.<\/p>\n

[4] C. Buck, N. Skillen, P.K.J. Robertson, J.M.C. Robertson, Influence of bacterial, environmental and physical factors in design of photocatalytic reactors for water disinfection, J. Photochem. Photobiol. A 366 (2018) 136\u2013141.<\/p>\n

[5] C. Pablos, R. van Grieken, J. Marug\u00e1n, B. Moreno, Photocatalytic inactivation of bacteria in a fixed-bed reactor: Mechanistic insights by epifluorescence microscopy, Catal. Today 161 (2011) 133-139.<\/p>\n

[6] R. van Grieken, J. Marug\u00e1n, C. Pablos, L. Furones, A. L\u00f3pez, Comparison between the photocatalytic inactivation of Gram-positive E. faecalis <\/em>and Gram-negative E. coli <\/em>faecal contamination indicator microorganisms, Appl. Catal. B: Environ.100 (2010) 212\u2013220.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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