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DETERMINACIÓN DE MICROORGANISMOS CONTAMINANTES DEL AGUA Dra. Galdy Hernández Zárate Microbiología Molecular Departamento de Ciencias del Mar Instituto Tecnológico de Boca del Río Boca del Río, Ver. Correo-e: galdyhz@gmail.com gahernanitboca@live.com Temas 1. Importancia de los microorganismos. 2. Calidad microbiológica del agua, inocuidad y calidad alimentaria, sanidad acuícola y vegetal. 3. Diagnóstico microbiano: métodos tradicionales vs métodos biomoleculares. 4. Casos de estudio: granjas de producción acuícola/monitoreo ambiental: calidad del agua (Quintana Roo y Veracruz) Médica Salud publica y socioeconómica Ecológico Descomposición Ciclos biogeoquímicos Bioindicadores Biorremediación Industrial Alimenticia/Farmacéutica Fermentaciones, probióticos Ecología humana, animal, vegetal Simbiosis, nutrientes, descomposición Industria Agrícola Energética Biocombustibles (biogas, biodisel) Salud Pública Bacterias, microalgas virus, hongos, protozoos Sanidad Animal Acuícola/Pecuaria Sanidad Vegetal (bacterias, hongos, viroides) Inocuidad y calidad agroalimentaria Agua de riego/fertirrigación Salud de los Ecosistemas Florecimientos algales nocivos (cianobacterias dinoflagelados, microalgas) Biorremediación Prevención, tratamiento, cura de enfermedades Problemáticas: brotes de enfermedades en productos de importancia comercial ACUÍOLAS 1980-Flavobacterium, Pseudomonas, Photobacterium, Aeromonas, Moxarella: P. monodon 1990-V. harveyi, V. parahaemolyticus, V. vulnificus: peces, camarones. 1994-TSV IHHNV, HPV, IMNV, MBV, YHV y WSSV: P. vannamei P. stylirostris AGRÍCOLAS 1990-Salmonella ponna: melon cantaloupe 1995-E. coli O157:H7 (jugos, rabanos, alfalfa) 1997-Hepatitis A: fresas 1999-Shigella: perejil 2003-Salmonella: mango E. coli O157:H7 : ensaladas 2008-Salmonella: chiles NOM-EM-038-FITO-2002 Detergentes Sustancias InorgánicasFertilizantes Xenobióticos orgánicos: COPs (Herbicidas Pesticidas) Medicamentos Y Productos de Uso Personal Hidrocarburos Metales Pesados Grasas y Aceites MICROBIOLÓGICA Materia Orgánica Contaminación: vibrios, florecimientos algales tóxicos (fitoplacton) PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AGUA MARCADORES QUÍMICOS Analgésicos, cafeína. - Bloqueadores solares, jabones, cremas, otros (DDT y metabolitos) Bioacumulación Biomagnificación ¿Por qué Estudiar la Calidad Microbiologica del Agua? Restaurantes Inocuidad alimentaria Hoteles albercas, parques ecológicos, TA Agua de lastre buques y cruceros Alimentos acuáticos y terrestres Hidroagricola Fertirrigación (cianobacterias) Aguas residuales Ambiente Playas, ríos, lagunas, lagos, manglares cenotes, Prevenir la Contaminación Ambiental Prevención y control de enfermedades, epidemias, plagas y brotes infecciosos: humana, animal, vegetal y ambiental Cultivos Pecuaria, acuicola, agricola pesquera Monitoreo de Calidad del Agua y del Producto Canales de agua fuente de abastecimiento de agua y drenes colectores Actividades de manejo y procesamiento Productos acuícolas, agrícolas y hortofrutícolas verificación/prevención Calidad Inocuidad A N A LISIS H A C C P Buenas practicas agrícolas, higiénicas y de manufactura PRODUCTORES Determinación Microbiana: Identificación y Cuantificación bacteriana TTTTÉÉÉÉCNICAS TRADICIONALESCNICAS TRADICIONALESCNICAS TRADICIONALESCNICAS TRADICIONALES Microscópicas y Bioquímicas � Tinciones � Histológicas � Fenotípicas � Tiempos prolongados � Variaciones: plasticidad fenotípica y metabólica � Células viables no cultivables � METODOS NORMADOS (NOMs Y NMXs) �NMX-AA-102-SCFI-2006 (MF) �NMX-AA-042-SCFI-2005 (NMP) � NMX-AA-120-SCFI-2006 (IDEXX) � NOM-110-SSA1-1994 Métodos para Detección de Coliformes Métodos de Norma (NMX) Microorganismos Indicadores � Presencia, entrada, crecimiento o sobrevivencia de patógenos. � Buenas prácticas de manejo � Integridad del proceso que se realiza INDICADORES DE CALIDAD ¿Qué Indica un Microorganismo Indicador?: Métodos para Detección de Coliformes (Filtracion en Membrana o FM) Conexión de la bomba de vacío y trampa Colocación de los filtros Colocación de los embudos Filtrado de la muestra Retirar el papel filtro Colocar el papel en el medio de cultivo correspondiente Incubado de la muestra bajo condiciones específicas de temperatura y tiempo Ensayo Medio Temperatura de incubación Tiempo de incubación Aspecto de las colonias Coliformes totales m-Endo Agar 35,0 ± 0,5 °C 24 h colonias rojas con reflejos metálicos Coliformes fecales (Termotolerantes Termofilicas) m-FC Agar 44,5 ± 0,2 °C 24 h colonias azules Métodos de FM para CT y CF Prueba Presuntiva CT CF • En tubos:En tubos:En tubos:En tubos: • En charolas En charolas En charolas En charolas multipozosmultipozosmultipozosmultipozos ((((ColilertertColilertertColilertertColilertert////EnterolertEnterolertEnterolertEnterolert)))) Métodos para Detección de Coliformes (Método del NMP) Ensayos enzimáticos o sustratos fluorogénicos Tradicionales Comerciales rápidos Pruebas comerciales rápidas Micro Tester Pro Amarillo tenue Intenso Coliform Test Kit Coliscan Water Monitoring Kits Parámetro Tipos de Agua E. coli Residuales tratadas Contacto directo 240 NMP/100 mL Descarga aguas Residuales tratadas Contacto ocasional 1,000 NMP/100 mL Para consumo humano 0 Enterococos Áreas recreativas 0-200 NMP/100 mL 100 NMP/100 mL CERTIFICACIÓN Shigella/Salmonella Para consumo humano 0 Vibrio cholerae Para consumo humano 0 Parámetros Microbiológicos de Calidad del Agua Normados para diferentes Usos del Agua Descargas vertidas a suelo (uso en riego agrícola 2,000 NMP/100 mL NOM-001-ECOL-1996, NOM-001-SEMARNAT-1996, NOM-127-SSA1-1994, NOM-EM-034-FITO-2000 Suelos: <1,000 NMP/gr suelo seco Manejo postcosecha Ausencia �E. coli (enteropatógena y otros) Staphylococcus � Rickettsia Klebsiella � Enterococcus sp. Listeria monocytogenes � Salmonella � Shigella �Pseudomonas �Clostridium �Aeromonas �Vibrio cholerae �Vibrio vulnificus �Vibrio parahaemolyticus �Campylobacter �Yersinia enterocolitica Patógenos Microbianos Monitoreados en Agua Bacterias Asociación Mexicana de Bioseguridad AMEXBIO http://amexbio.org/ Monitoreo de Bacterias Patógenas en Agua Monitoreo de Virus y Parásitos en Agua � Enterovirus � Virus Norwalk � Hepatitis A. E � Rotavirus Monitoreo de Microalgas Nocivas en Agua METODOS MOLECULARES DE IDENTIFICACIÓN BACTERIANA Basados en la PCR/Secuenciación: PCR, RFLPs, ARDRA AFLPs, Rep-PCR, RAPDs RIR-PCR, ERIC-PCR, RT-PCR, DGGE, qPCR, Metagenómica Basados en sondas para ADN o ARN: ISH, FISH, dot blot Basados en anticuerpos: ELISA, Inmunocitoquímica, anticuerpos fluorescentes, recombinantes, despliegue en fagos MMMMÉÉÉÉTODOS MOLECULARESTODOS MOLECULARESTODOS MOLECULARESTODOS MOLECULARES (ADN, ARN (ADN, ARN (ADN, ARN (ADN, ARN proteproteproteproteíííínasnasnasnas)))) Caracterización y diversidad genética de aislados ambientales (RADP) Célula bacteriana Cromosoma circular ADN en forma de hélice Huella genética Clave de identificación única G C C G T A T A A T T A G C C G A T A T Marcadores Moleculares (RFLPs y RAPDs) Detección molecular por PCR de genes de virulencia ADN molde Multiples copias (1 millón) SoluciSoluciSoluciSolucióóóón n n n de lavadode lavadode lavadode lavado FormaldehidoFormaldehidoFormaldehidoFormaldehido al 6%al 6%al 6%al 6% HIBRIDACIHIBRIDACIHIBRIDACIHIBRIDACIÓÓÓÓNNNN LAVADOSLAVADOSLAVADOSLAVADOSVISUALIZACIVISUALIZACIVISUALIZACIVISUALIZACIÓÓÓÓNNNN FISHFISHFISHFISH Sonda fluorescenteSonda fluorescenteSonda fluorescenteSonda fluorescente Microscopio de Microscopio de Microscopio de Microscopio de epifluorescenciaepifluorescenciaepifluorescenciaepifluorescencia FIJACIFIJACIFIJACIFIJACIÓÓÓÓNNNN Hibridación Fluorescente in situ INMUNOLOGÍA Anticuerpos recombiantes por Despliegue en Fagos FvCsInmunización Z3 Síntesis VH y VL PCRBazo y linfocitos B Expresión, extracción y purificación de los FvCs contra V. harveyi Búsqueda y selección de clonas Contra V. harveyi por ELISA RNAT RT-PCR Construcción del vector fasmídico y transformación en E. coli Despliegue en fagos Caso de Estudio 1 Vibriosis y Coliformes en la Acuicultura Identificación molecular de Vibrio haveyi • AbundanciaAbundanciaAbundanciaAbundancia natural, 74 spp.natural, 74 spp.natural, 74 spp.natural, 74 spp. • PlasticidadPlasticidadPlasticidadPlasticidad fenotfenotfenotfenotíííípicapicapicapica y y y y metabmetabmetabmetabóóóólicalicalicalica • UbicuidadUbicuidadUbicuidadUbicuidad y y y y adaptaciadaptaciadaptaciadaptacióóóónnnn a a a a sistemassistemassistemassistemas acuiculturalesacuiculturalesacuiculturalesacuiculturales • PatPatPatPatóóóógenosgenosgenosgenos oportunistasoportunistasoportunistasoportunistas de de de de organismosorganismosorganismosorganismos acuacuacuacuááááticosticosticosticos PRINCIPAL PROBLEMA EN LA ACUICULTURAPRINCIPAL PROBLEMA EN LA ACUICULTURA PorPorPorPor ququququéééé VibrioVibrioVibrioVibrio spp.?spp.?spp.?spp.? HOSPEDEROHOSPEDEROHOSPEDEROHOSPEDERO L. vannamei PATPATPATPATÓÓÓÓGENOGENOGENOGENO V. harveyi AMBIENTEAMBIENTEAMBIENTEAMBIENTE Sistemas de cultivo V. harveyi: un patógeno de organismos marinos cultivados VHML FACTORES DE VIRULENCIA DE FACTORES DE VIRULENCIA DE FACTORES DE VIRULENCIA DE FACTORES DE VIRULENCIA DE VibrioVibrioVibrioVibrio harveyiharveyiharveyiharveyi Fosfolipasas Cisteína-proteasa alcalina Endotoxinas: Lipopolisacáridos Hemolisinas TLH vhhA y vhhB Metalo- Proteasa dependiente de Zn2+, proteasas termoestables o termolábiles. Toxinas T1 y T2 PREVENCIPREVENCIPREVENCIPREVENCIÓÓÓÓNNNN DETECCIDETECCIDETECCIDETECCIÓÓÓÓNNNN MONITOREO MONITOREO MONITOREO MONITOREO Ide ntif ica ció n mo lec ula r d e la s c ep as Larvas Juveniles Adultos Ge ne s y fa cto res de viru len cia EstrategiaEstrategiaEstrategiaEstrategia paraparaparapara la la la la prevenciprevenciprevenciprevencióóóónnnn, control y , control y , control y , control y manejomanejomanejomanejo de de de de laslaslaslas enfermedadesenfermedadesenfermedadesenfermedades bacterianasbacterianasbacterianasbacterianas Métodos AisladosAisladosAisladosAislados dededede VibrioVibrioVibrioVibrio utilizadosutilizadosutilizadosutilizados en en en en esteesteesteeste estudioestudioestudioestudio.... CEPA FUENTE ORIGEN Ea Sistema de eclosión Criadero Golfo Santa Clara, Son, Méx. (L.stylirostris) 1A-1 Agua de mar cercana a la costa Bahía Santa Bárbara, Son, Méx. (L. stylirostris) M1 Agua de mar del fondo de estanques con reproductores Criadero Golfo Santa Clara, Son, Méx (L. stylirostris) M1-a Agua mar estanques reporductores “ PN-9801 Órgano linfoide de juveniles enfermos Filipinas (P. monodon) ML Larvas Criadero La Paz, B. C. S., México (L. vannamei) ML-1 Larvas “ 10MZ1 Nauplios Criadero Mazatlán, Sin. México. (L. stylirostris) 10MZ2 Nauplios “ 11MZ Nauplios “ Na-1 Nauplios Criadero Golfo Santa Clara, Son, Méx. (L. stylirostris) Na-2 Nauplios “ Z1 Agua de mar del fondo de un estanque con reproductores Criadero Golfo Santa Clara, Son, Méx. (L. stylirostris) Z2 Agua de mar de la superficie de un estanque con reprorductores “ Z3 Agua del mar cercana a la pared de un tanque con reproductores “ 1 5 a is la d o s d e s is te m as d e p ro d u cc ió n Análisis de Restricción Experimental (Digestión MspI) Análisis de Restricción Teórico Determinación de Cepas Vibrio sp. ANÁLISIS MOLECULAR Amplificación Gene 16S DNAr RFLPs Diseño de Oligonucleótidos Identificación de V. harveyi PCR RAPDs Búsqueda de Patrones Genéticos en V. harveyi y Diferenciación entre Cepas Generación de Anticuerpos Ecoliclonales Phage Display ELISA BBBBaseaseasease de de de de datosdatosdatosdatos deldeldeldel NCBI NCBI NCBI NCBI ((((GeneBankGeneBankGeneBankGeneBank)))) SelecciSelecciSelecciSeleccióóóónnnn de genes de de genes de de genes de de genes de V. V. V. V. harveyiharveyiharveyiharveyi txR, vhh-1, vhhB, luxL, luxM y luxN AlineamientoAlineamientoAlineamientoAlineamiento y y y y disedisedisediseñññño de o de o de o de oligosoligosoligosoligos para para para para pcrpcrpcrpcr usandousandousandousando el el el el programaprogramaprogramaprograma DNAStarDNAStarDNAStarDNAStar y la y la y la y la base de base de base de base de datosdatosdatosdatos del del del del NCBINCBINCBINCBI PCRPCRPCRPCR IDENTIFICACIIDENTIFICACIIDENTIFICACIIDENTIFICACIÓÓÓÓN DE N DE N DE N DE V. V. V. V. harveyiharveyiharveyiharveyi EstrategiaEstrategiaEstrategiaEstrategia utilizadautilizadautilizadautilizada paraparaparapara el el el el disedisedisediseññññoooo de primers.de primers.de primers.de primers. RESULTADOS Amplificación del gen 16S ADNr 1, 500 pb PM C+ B C D E F G H I J K L M N Ñ O Confirmación de Vibrio sp.? 14126 Aislados ambientales RFLPs del gen 16S ADNr con MspI. Carril R, V. harvyei (ATCC 14126), B, B. subtilis, E., E. coli, 1-15, aislados analizados, PM, peso molecular. PM B 1 C+ B E 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2000 1500 1000 750 500 300 150 50 RFLPs: “corte” con enzimas de restricción Tabla VIII. Oligonucleótidos utilizados en el PCR. OLIGOOLIGOOLIGOOLIGO GEN GEN GEN GEN BLANCOBLANCOBLANCOBLANCO PRODUCTOPRODUCTOPRODUCTOPRODUCTO FUNCIFUNCIFUNCIFUNCIÓÓÓÓNNNN TAMATAMATAMATAMAÑO DEL O DEL O DEL O DEL PRODUCTOPRODUCTOPRODUCTOPRODUCTO pbpbpbpb txRtxRtxRtxR txRtxRtxRtxR TxRTxRTxRTxR ReguladorReguladorReguladorRegulador de la de la de la de la transcripcitranscripcitranscripcitranscripciónnnn 629629629629 vhhvhhvhhvhh----1111 vhhvhhvhhvhh----BBBB vhhvhhvhhvhh----1111 vhhBvhhBvhhBvhhB ββββ----lactamasalactamasalactamasalactamasa hemolisinahemolisinahemolisinahemolisina HidrHidrHidrHidrólisislisislisislisis del del del del anilloanilloanilloanillo ββββ---- lactlactlactlactámicomicomicomico de de de de antibiantibiantibiantibióticosticosticosticos EnzimaEnzimaEnzimaEnzima lisalisalisalisa eritrocitoseritrocitoseritrocitoseritrocitos 818 818 818 818 656656656656 luxLluxLluxLluxL luxLluxLluxLluxL autoinductorautoinductorautoinductorautoinductor MolMolMolMoléculaculaculacula seseseseñalalalal paraparaparapara la la la la expresiexpresiexpresiexpresiónnnn de la de la de la de la luminiscencialuminiscencialuminiscencialuminiscencia dependientedependientedependientedependiente de de de de densidaddensidaddensidaddensidad celularcelularcelularcelular 292292292292 luxMluxMluxMluxM luxMluxMluxMluxM autoinductorautoinductorautoinductorautoinductor 393393393393 luxNluxNluxNluxN luxNluxNluxNluxN ProteProteProteProteínananana LuxNLuxNLuxNLuxN SensarSensarSensarSensar y responder al y responder al y responder al y responder al autoinductorautoinductorautoinductorautoinductor 2048204820482048 Selección de Genes para el Diseño de Oligonucleótidos Amplificación de cepas ambientales de V. harveyi con luxN 2048 1500 1000 750 500 PM M1 C+ Z3 Z2 luxNluxNluxNluxN PCR Amplificación específica � Hernández-Zárate G. and Olmos-Soto, J. 2000. Molecular identification of pathogenic and nonpathogenic strains of Vibrio harveyi using PCR and RAPD. Appl. Microbiol. Biotechnol. 63: 722-727 p. 2000 1500 1000 750 500 300 Perfiles RAPDs para cepas V. harveyi 1281 1283 12901247 1254 R Z2 Z3 R Z2 Z3 R Z2 Z3R Z2 Z3 R Z2 Z3 RAPDs Amplificación inespecífica (gel agarosa con bromuro) Perfiles RAPDs de aislados de Vibrio spp., V. harveyi y la cepa control, utilizando el oligonucleótido OPS-11. Ea PN 1A-1 PM M1 Z3 Z2 Z1 R 2072 1500 600 200 RAPDs Amplificación inespecífica (gel poliacrilamida con plata) R Vo Pd Vpa Vpe Vca Vpro Val PM 2000 1500 1000 750 500 300150 50 Perfiles RAPDs de diferentes especies del género Vibrio, incluyendo V. harveyi. RAPDs 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Clona 8 Clona 18 CT C- A b s ( 4 0 5 n m ) EnsayoEnsayoEnsayoEnsayo inmunoenziminmunoenziminmunoenziminmunoenzimááááticoticoticotico de de de de laslaslaslas clonasclonasclonasclonas seleccionadasseleccionadasseleccionadasseleccionadas especespecespecespecíííífiicasfiicasfiicasfiicas paraparaparapara V. V. V. V. harveyiharveyiharveyiharveyi. CT, . CT, . CT, . CT, control control control control E. coliE. coliE. coliE. coli Top10FTop10FTop10FTop10F’’’’virgen; Cvirgen; Cvirgen; Cvirgen; C----, control , control , control , control negativonegativonegativonegativo.... Anticuerpos Recombinantes ELISA 14126141261412614126 Z2Z2Z2Z2 Z3Z3Z3Z3 EaEaEaEa M1M1M1M1 PN9801PN9801PN9801PN9801 Propiedades hemolíticas de los aislados V. harveyi y Vibrio spp. Carga Bacteriana en Tilapia Granja BHT (UFC/mL) Vibrio (UFC/mL) 1 5.7 x 104 80 4.1 x 104 75 2 4.7 x 103 69 1.6 x 105 58 Coliformes (NMP) 408.3 437.1 258.9 Caso de Estudio 2 Calidad Sanitaria en Áreas Recreativas de Quintana Roo Evaluar de forma rápida y precisa E. coli enterococos Presencia/ausencia por PCR: V. cholerae, V. parahaemolyticus V. vulnificus Corredor Turístico Isla Blanca-Cancún-Tulúm Monitoreos: 2007-210 12 Cenotes 4 Lagunas 8 Playas Indicadores de contaminación fecal en ambientes costeros de Q. Roo Concentración bacteriana Coliformes totales E. coli Enterococos Vibrio patogénico Laguna NMP /100 ml Nichupté 4, 083.0 20.2 186.9 + Bojorquez (estación 1) 2, 167.0 10.0 225.5 + Bojorquez (estación 2) 4, 674.3 62.6 823.0 + Manatí 6, 910.3 157.9 179.1 ++ Chackmuchuck 1, 063.4 72.4 30.6 + Especie C1 C2 C3 C4 C5 C6 % V. p. total + + + + + + 100 V. p. patogénico - + + + - + + - + + - + 50 83 V. c. total V. c. toxigénico - + - - + + 50 - - - - - - 0 V. v. total - + - - + + 50 V. v. patogénico - + - - + - 33 Profundidad (m) 20 4,5 2,0 0,5 1,5 2,0 Ocurrencia de Vibrio spp. en agua subterránea y cenotes del noreste de Quintana Roo, México. Densidad promedio de indicadores microbiológicos en playas turísticas del noreste de Quintana Roo, México. Certificación de playas: NMX-AA-120-SCFI-2006 (100 enterococos/100 mL) SSA-COFEPRIS (200 enterococos/100 mL) Concentración bacteriana Coliformes totales E. coli Enterococos Vibrio patogénico Playa NMP /100 ml Los Niños 435.2 2.0 13.5 - Tortugas 193.5 13.1 2.0 - Las Perlas 45.0 10.6 <1 - Isla Contoy 2.0 <1 3.0 - 1000 600 500 300 200 100 PM Vp Vp Vp Vv Vv Vc Vc 450 269 500 205 504 588 564 pb Total Patogénico Vp: V. parahaemolyticus Vv: V. vulnificus Vc: V. cholerae C2 V. cholera toxigénico ausente Rebolledo-Vieyra M. y Hernández-Zárate, G. Unidad de Ciencias del Agua: El Agua y la Investigación Científica. En: Luis del Castillo et al. CICY: treinta años de labor científica y educativa. Centro de Investigación Científica de Yucatán, A. C. Mérida, Yuc. México. 2010. 383- 388 pp. ISBN 978-607-7823-04-9 (Incluye Fe de erratas). http://www.cicy.mx/documentos/cicy/ultimas_noticias/fe%20de%20erratas.pdf http://www.cicy.mx/documentos/cicy/ultimas_noticias/cicy_30_anos_de_labor_cientifica_y_educativa.pdf G R A C I A S …
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