La desinfección con UV produce un estado VBNC en Escherichia coli y Pseudomona aeruginosa

Seguro que alguna vez te has preguntado de dónde y cómo obtenemos el agua potable. Se entiende como agua potable aquella que puede ser consumida por el humano sin restricción ya que tras un proceso de purificación ya no representa un riesgo para la salud. Si atendemos a esta definición podemos imaginar cómo de importantes son las técnicas de desinfección que hacen que el agua esté libre de microorganismos y agentes contaminantes y se pueda consumir de forma segura. Antes de que el agua sea considerada apta para el uso humano se hace un recuento del número de bacterias y/o patógenos, que son aquellos microorganismos capaces de causar enfermedades infecciosas. Si los niveles de estos microorganismos están dentro de un rango previamente estipulado se determina que es segura para el uso humano y se distribuye como agua potable. De esto podemos deducir cómo de importante es que las técnicas de desinfección que usamos sean eficientes.  Pero, ¿qué ocurre si nuestras técnicas de purificación no son tan eficaces como pensamos? ¿Qué ocurriría si el agua que consideramos segura tras los procesos de purificación siguiera siendo un riesgo para la salud? 

Antes ya hemos comentado que la forma de determinar si el agua es potable es haciendo recuentos de los microorganismos y patógenos que hay en ella. En este estudio se ha comprobado que realmente hay células que se escapan al recuento pero que están presentes en el agua y por tanto suponen una amenaza para la salud pública. 

¿Cómo puede ocurrir esto? 

Esto quiere decir que cuando se hagan los controles de seguridad del agua potable y se cuenten las colonias celulares las células en estado VBNC no van a ser contadas, aunque como hemos explicado suponen un riesgo para la salud y podríamos estar determinando como seguras y potables aguas que no lo son.

Hay muchos factores que inducen el estado VBNC en las bacterias y desafortunadamente uno de ellos es la radiación UV. En este estudio se comprueba la eficacia de desinfección de la radiación ultravioleta (rayos UV) y su capacidad de inducir el estado VBNC. Esta radiación es una forma de desinfección que no daña la envoltura de las células pero sí modifica el material genético de las células en su interior, su ADN, haciendo que estas mueran. Hasta ahora la radiación UV ha sido considerado un método muy efectivo de desinfección, más que otros como es el uso de cloro, y se emplea con relativa frecuencia. Sin embargo, este artículo nos plantea la cuestión de si el uso de UV es tan efectivo y seguro como se ha pensado hasta el momento ya que ahora se conoce la importancia del estado VBNC.

¿Cómo se ha sabido en este artículo que las bacterias son capaces de entrar en ese estado y determinar un riesgo para la salud? 

Como hemos explicado antes no somos capaces de cuantificar estas células porque no forman colonias, por lo tanto el recuento en placa, que es el método habitual mediante el cual se determina la seguridad del agua y consiste en cultivar bacterias en una placa Petri y contar manualmente las colonias que forman, es un método que ya no nos sirve. Por lo tanto las técnicas empleadas en este estudio que han permitido saber la existencia de este estado y determinar su importancia han sido otras: la reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa con transcriptasa inversa (RT-qPCR) y la reacción en cadena de la polimerasa con propidio monoácido (PMA-qPCR). Las cepas de bacteria empleadas en el estudio fueron E. coli y P. aeruginosa que son patógenas y que normalmente se usan como indicadores de la presencia de bacterias patógenas, es decir, que si encontramos estas esperamos que también haya otras bacterias dañinas en el agua. Aunque las técnicas comentadas (RT-qPCR y PMA-qPCR) tengan nombres muy ostentosos básicamente lo que nos permiten es saber la actividad celular. Gracias a estas técnicas sabemos que las células siguen activas porque podemos ver como genes que son importantes para la actividad celular siguen estando activos. Así es como se ha sabido que estas bacterias no forman colonias y no pueden ser contadas pero siguen siendo activas y por lo tanto peligrosas para nuestra salud.

Figura 1.-  Comparación de la eficacia de los métodos empleados para detectar el estado VBNC. Fuente

Para comprobar la facilidad que tiene una bacteria de crecer en cultivos en condiciones normales,  los autores del artículo realizaron varios estudios. En uno de ellos, experimentaron con una serie de diluciones que fueron expuestas a luz UV para determinar el comportamiento de E. coli y P. aeruginosa. Si tras la radiación alguno de los tubos se volvía de un color turbio, se demostraba que las bacterias se recuperaban del estado VBNC tras cesar la radiación.

Figura 2-. Efiniciencia de inactivación de E. coli y P. aeruginosa después del tratamiento con UV usando dosis crecientes de esta radiación, basadas en el recuento en placa. "I" es la intesidad de la radiación y "T" el tiempo de radiación, por lo tanto "IT" es la dosis de UV.  Fuente

En este gráfico podemos ver como aumenta la eficacia de la inactividad en las bacterias a medida que aumentamos la intensidad y el tiempo de exposición a la radiación.

Los resultados mostraron que mayores dosis de radiación UV reducía la cultivabilidad de E. coli. y P. aeruginosa en todos los casos, como se puede observar en la figura anterior. Los mecanismos para la inactivación por luz UV de los microorganismos varían con la longitud de onda de la luz usada (a menor longitud de onda, más energética es la radiación y mayor daño produce en el microorganismo) y los daños causados por el tratamiento con UV inhiben la división celular, de modo que el microorganismo entra en estado VBNC. 

Continuando con dicho experimento, se examinó la capacidad de activación de las células de E. coli y P. aeruginosa  desde el estado VBNC, esto es si las bacterias podían dejar de estar en el estado VBNC y volver a activarse siendo capaces de formar colonias de nuevo. Para ello se cultivaron muestras de las bacterias que anteriormente habíamos irradiado con luz UV, obteniendo los resultados de la siguiente tabla.

Tabla 1.- Las unidades de los valores dentro de la gráfica están en CFU/mL. CFU: Unidades formadoras de colonias. Tabla que muestra la reversión del estado VBNC en E. coli y P. aeruginosa. Fuente

En esta tabla lo que obtenemos es  la concentración de bacterias que han crecido en nuestros cultivos, tras haberlas dañado con luz UV, donde los resultados muestran  que cuando E. coli y P. aeruginosa entran en un estado VBNC, pueden salir de él si las condiciones son las apropiadas, pero en el caso de  E. coli, podemos ver que puede revertir dicho estado más fácilmente que P. aeruginosa ya que crecen más colonias en los cultivos. Se piensa que esta capacidad de revertir el estado VBNC es una adaptación de las bacterias para sobrevivir pero que desgraciadamente para los seres humanos supone un riesgo para la salud.

Este estudio nos ayuda a concluir que se debería seguir investigando este ámbito con el fin de desarrollar estrategias que reduzcan eficazmente los patógenos en los sistemas de tratamiento de agua potable. Es importante mejorar la seguridad biológica de la desinfección por UV, desarrollar otros métodos más efectivos o incluso proponer combinación de métodos. 

Tras haber planteado esta controversia respecto a la desinfección por UV creemos importante dar a conocer algún método nuevo de los que se están desarrollando para la desinfección de agua potable:

Según recientes noticias, un equipo internacional de investigación ha desarrollado un fotocatalizador que promete, no solo la desinfección rápida y eficaz del agua, si no la mejora al método tradicional de radiación con UV. La peculiaridad de este fotocatalizador es que en lugar de utilizar luz UV, emplea luz visible y funciona incluso en la oscuridad. Está compuesto por fibras de óxido de titanio, que elimina parte de las bacterias presentes en el agua, acompañadas de nitrógeno. Además, han incorporado pequeñas partículas de paladio a la superficie de dichas fibras, aumentando notablemente la eficacia de la desinfección debido a la formación de estructuras químicas que afectan a las bacterias.

En conclusión se hace bastante evidente que hay que llevar a cabo más estudios sobre la eficacia y posible peligrosidad del uso de UV, además de potenciar el desarrollo de técnicas como estas que acabamos de introducir que pueden suponer una innovación y tras su desarrollo su abaratamiento podría suponer la sustitución total del uso de UV por métodos más eficaces y seguros.

• Toda la información ha sido obtenida del siguiente artículo:   

Zhang, Z., Ye, C., Lin, H., Lv, L. y Yu, X. (2015). UV Disinfection Induces a Vbnc State in Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa. Environmental Science & Technology, 49 (3), 1721−1728.

• El grupo de trabajo está formado por: Lourdes Alcañiz Pascual, María Cabrera Cabrera, Jorge De Andrés López, Nerea Gutiérrez Nájera, Mónica Hortal Foronda y Carmen María Pérez Hernández