monitoreo de coliformes fecales y huevos de helmintos en

MONITOREO DE COLIFORMES FECALES Y HUEVOS DE HELMINTOS EN
AGUA Y SEDIMENTOS (LODOS) DE LA PRESA MANUEL AVILA CAMACHO
Carlos CABRERA1, Noemí BONILLA2, Mario TORNERO2 y Alma Teresa
CASTRO3
Departamento de Microbiología. Facultad de Ciencias Químicas1. Departamento
de Ciencias Ambientales y Agricultura. Instituto de Ciencias2. Facultad de Ciencias
Químicas3. Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. Boulevard 14 Sur y Av.
San Claudio. Colonia Jardines de San Manuel. Puebla, Pue. C.P. 72570. Tel / Fax:
01 (222) 244-31-06. e-mail: [email protected]
Palabras clave: agua, contaminación, coliformes fecales, patógenos bacterianos,
biorremediación
RESUMEN
El crecimiento de la población en el Estado de Puebla, lleva consigo el
aumento de las necesidades en el consumo de agua, tanto para uso personal,
como para consumo y uso agrícola, industrial y de servicios. El incremento de los
desechos domésticos e industriales por parte de la población en las aguas, ha
ocasionado la contaminación de ríos, lagos y aguas costeras, limitando la utilidad
de las reservas de aguas para uso humano, donde la carga contaminante esta
representada por altos porcentajes de materia orgánica y microorganismos de
origen fecal. Por lo que debe monitorearse de manera rutinaria la presencia de
coliformes fecales y patógenos bacterianos, tanto en agua como en sedimentos
(biosólidos) de la Presa Manuel Avila Camacho, como indicadores de
contaminación, tal como lo marca la normatividad. Ya que en el caso del agua, es
utilizada para el riego de los cultivos en el valle de Tecamachalco, importante sitio
productor de verduras que surten al mercado poblano. La contaminación del agua
y sedimentos (lodos) con residuos fecales humanos y animales es fuente de una
amplia variedad de enfermedades gastrointestinales bacterianas, parasitarias y
virales que pueden llegar a impactar en la salud de la población consumidora de
estos productos agrícolas si no son desinfectados eficientemente. Por lo que surge
la necesidad cuantificar el tipo y número de contaminantes bacterianos
(Salmonella sp, Shigella sp, y V. cholerae), causantes de enfermedades
gastrointestinales a partir de agua.
INTRODUCCIÓN
La presa Manuel Ávila Camacho esta ubicada en el Estado de Puebla, es
una de las fuentes de abastecimiento y distribución de agua en el Estado más
importante, ya que el agua llega a varios municipios: Tecali de Herrera,
Tepeyahualco, Atoyatempan, Tecamachalco, entre otros. La presa consiste en
una cortina de tipo gravedad (peso propio) de tierra, provista por la margen
izquierda de una obra de toma y de un vertedor de excedencias de cresta libre con
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canal lateral. La corona de la cortina tiene 425 m de longitud y una altura en la
sección máxima de la cortina de 82 m.
El área geológicamente se ubica dentro de la gran provincia neovolcánica
de México, en la región cercana predominan rocas sedimentarias marinas
cretácicas, principalmente calizas y lutitas que forman las sierras de AmozocTepeaca, Tetzoyocan y el Tentzo. Estas dos últimas corren de norte a sur y el
valle del curso medio del río Atoyac quedo comprendido entre ellas. Hacia el norte
van apareciendo lavas andesiticas cenozoicas en diferentes eminencias, hasta
culminar con la montaña la Malintzi. Más retirado, al poniente esta la Sierra
Nevada de la que forma parte el Iztacihuatl. Regionalmente también están
presentes tobas detríticas, arenosas y arcillas arenosas de origen volcánico;
depósitos lacustres, calizos de origen químico; es decir, tobas calizas, travertinos
y onix mexicano (Tecali). También conglomerados formados con clastos de calizas
y pedernal, por último, basaltos de conos diseminados en la región. En los sitios
donde se localiza la presa, el río Atoyac abrió, en un conglomerado calizo, su
cauce, en forma de cañón angosto y profundo. La capacidad máxima de
almacenamiento original (1946) era de 404.5 millones de m3; 303.7 millones de
m3 según el estudio realizado en 1970 (dato oficial actual) y media 228 millones de
m3 en septiembre de 1998. (Distrito de Riego Valsequillo 030)
Dentro y alrededor del embalse de la presa se encuentra una vegetación
acuática constituida de lirio acuático, El nivel de especies marinas se ha visto
reducido debido a los problemas de contaminación, aun cuando se tiene
conocimiento de la existencia de especies como carpa y tilapia, con grandes
problemas para mantener su ciclo reproductivo y en consecuencia su existencia
en dicho embalse. El río Atoyac aporta 69 ton / día de contaminantes, dentro de
estas comprende 8 ton / día de su tributario río Zahuapan y 21.5 ton / día del río
San Francisco, lo que finalmente junto a las 28 ton / dia aportadas por el río
Alseseca y sus afluentes propician un severo problema de contaminación en la
presa.
Respecto, a los microorganismos indicadores, se consideran a aquellos que
tienen un comportamiento similar a los patógenos (concentración y reacción frente
a factores ambientales y barreras artificiales), pero son más rápidos, económicos y
fáciles de identificar. Una vez que se ha evidenciado la presencia de grupos
indicadores, se puede inferir que los patógenos se encuentran presentes en la
misma concentración y que su comportamiento frente a diferentes factores como
pH, temperatura, presencia de nutrientes, tiempo de retención hidráulica o
sistemas de desinfección es similar a la del indicador. Fernández (1981)
Un microorganismo indicador de contaminación fecal debe reunir las siguientes
características: a) ser un constituyente normal de la flora intestinal de individuos
sanos; b) estar presente, de forma exclusiva, en las heces de animales
homeotérmicos; c) estar presentes cuando los microorganismos patógenos
intestinales lo están; d) presentarse en número elevado, facilitando su aislamiento
e identificación; e) debe ser incapaz de reproducirse fuera del intestino de los
animales homeotérmicos; f) su tiempo de supervivencia debe ser igual o un poco
superior al de las bacterias patógenas (su resistencia a los factores ambientales
debe ser igual o superior al de los patógenos de origen fecal); g) debe ser fácil de
aislar y cuantificar; h) no debe ser patógeno. Fernández (1981)
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Sin embargo, no existe ningún microorganismo que reúna todos los criterios de
un indicador ideal y apenas ciertos grupos bacterianos satisfacen algunos de estos
requisitos; por lo que el grupo más utilizado es el de las bacterias coliformes. El
grupo coliforme, originalmente conocido como “bacteria coli-aerogenes de origen
fecal” fue introducido independientemente por Schardinger en 1882 y por Smith en
1885. Los coliformes se definen como bacterias anaerobias facultativas,
Gramnegativas, no esporulandas, con forma de bacilo, que fermentan la lactosa
con formación de gas en 48 horas a 35° C. El grupo de coliformes incluye E. coli,
Enterobacter aerogenes y Klebsiella pneumoniae. El grupo de microorganismos
coliformes es adecuado como indicador de contaminación bacteriana del agua ya
que se encuentran en gran número en el tracto intestinal de humanos y animales,
permanecen por más tiempo en el agua que las bacterias patógenas, se
comportan de igual manera que los patógenos en los sistemas de desinfección.
Dentro de los coliformes se incluyen una gran variedad de microorganismo, siendo
la mayoría pertenecientes al grupo de las bacterias entéricas, que crecen
fácilmente en los medios de cultivo ordinarios y se inhibe su desarrollo fuera de
los siguientes límites: pH entre 4.0 y 8.5, temperatura entre 4° C y 46° C,
almacenados en congelación, el número de coliformes disminuye hasta cifras que
pueden mantenerse relativamente estables por largos periodos, la letalidad ante
bajos valores de pH también varia con el tipo de sustrato, recordando que los
organismos coliformes son inactivados por tratamientos térmicos relativamente
moderados, como la pasteurización. Fernández (1981)
Se define a los coliformes fecales como: bacterias presentes en el intestino
de animales de sangre caliente y humanos son bacilos cortos Gramnegativos no
esporulados, también conocidos como coliformes termotolerantes, tienen
capacidad para fermentar la lactosa con producción de gas a temperaturas de
44.5° C, se identifican con el resto de los coliformes en lo que se refiere a su
resistencia al medio ambiente, agentes químicos y factores que favorecen o
impiden su desarrollo. Se destruyen fácilmente por el calor y pueden morir durante
la congelación y el almacenamiento en estado congelado de los alimentos.
Aproximadamente el 95% del grupo de los coliformes presentes en heces fecales,
están formados por Escherichia coli y ciertas especies de Klebsiella. Debido a que
los coliformes fecales se encuentran casi exclusivamente en las heces de
animales de sangre caliente, se considera que reflejan mejor la presencia de
contaminación fecal. Para el recuento de este grupo se requiere un control muy
riguroso de la temperatura de incubación, generalmente baño maría de precisión
con límites de variación no mayores de 0.2° C. Fernández (1981)
El género Salmonella pertenece a la Familia Enterobactereaceae, es un
bacilo Gramnegativo aerobio y anaerobio facultativo, produce ácido a partir de la
glucosa, son generalmente aerogénicos, preductores de H2S. Se pueden
diferenciar 3 especies genómicas, más de 2.296 serotipos y multitud de biotipos,
fagotipos y tipos patogénicos. Las bases genéticas y moleculares de tal diversidad
se van conociendo cada vez mejor, especialmente gracias al estudio de las
secuencias genómicas responsables de la diversidad antigénica que indican que
algunos serotipos son el resultado de recombinaciones, especialmente entre
genes flagelares. La salmonelosis es una infección en el revestimiento del
intestino delgado causado por Salmonella sp, se puede afirmar que la infección
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por Salmonella es una infección por fases, la gravedad de la cual dependerá de
hasta donde progrese la infección, así, la gastroenteritis adquirida normalmente
por la ingestión de comida o agua contaminadas es el resultado de una infección
restringida a la mucosa gastrointestinal. En una fase posterior la bacteria invade el
tejido linfático local, este primer paso es seguido por una fase de bacteremia
durante la cual la mayoría de las bacterias son fagocitadas por macrófagos del
hígado y del bazo. La ingestión de Salmonella por los macrófagos no elimina la
infección, al contrario, inicia una fase de crecimiento bacteriano intracelular, el
cual, después de varios días, provoca la liberación de gran cantidad de Salmonella
al torrente sanguíneo. Como resultado aparece una fuerte bacteremia, cuyos
efectos tóxicos, aparecen focos secundarios de infección y en algunos casos la
muerte. Gutiérrez (1993). Fernández (1981)
Shigella es un bacilo Gramnegativo perteneciente a la familia
Enterobacteriaceae, que se encuentra estrechamente relacionada con el género
Escherichia, por sus propiedades bioquímicas, serológicas y por similitudes
genéticas. Se caracteriza por no fermentar la lactosa, ser inmóvil, no produce
lisina decarboxilasa y raramente produce gas a partir de hidratos de carbono, su
identificación se basa en características bioquímicas y antigénicas. El género está
compuesto por cuatro especies: S.sonnei, S. flexneri, S. boydii y S.dysenteriae.
Todas poseen capacidad patógena, causando enteritis invasora caracterizada por
producir dolor abdominal cólico, diarrea y fiebre. La afectación de colon da lugar a
una reacción inflamatoria intensa con moco y pus, pudiendo formarse úlceras
sangrantes, por lo que las deposiciones son de volumen pequeño y pueden ir
acompañadas de moco y sangre dar lugar, en conjunto, al cuadro denominado
disentería bacilar. S. dysenteriae es la especie que suele producir cuadros clínicos
más graves, esta bacteria tiene como único reservorio al hombre y su dosis
infectante mínima es pequeña, lo que permite su transmisión no sólo a través de
los alimentos, sino también a través del agua y por contacto directo entre niños en
las guarderías. Sin embargo, como todos los microorganismos de transmisión
fecal-oral cuyo único reservorio es humano (Shigella y Salmonella typhi), pueden
llegar a erradicarse con medidas de higiene personal y ambiental. Las distintas
especies de Shigella constituyen la principal causa bacteriana de disentería,
diarrea caracterizada por eliminación frecuente de heces conteniendo pus, sangre
y/o moco. El ser humano es el único reservorio conocido de este agente, la
mayoría de los casos ocurren en niños, en general trasmitidos por contacto
directo; los brotes a gran escala, vinculados a alimentos, son raros. A pesar de
ello, constituye un importante problema de Salud Pública mundial, debido
fundamentalmente a su elevada transmisibilidad y la resistencia de cepas a los
antimicrobianos y la falta de vacunas efectivas. González (1993)
El género Vibrio pertenece a la Familia Vibrionaceae a la que también
pertenecen los géneros Aeromonas, Plesiomonas y Photobacterium, que están
incluidos aquí por ser oxidasa positivos y tener flagelos polares. Vibrio es un bacilo
curvo Gramnegativo, anaerobio facultativo, fermentativos, no forman esporas,
produce el cólera que es una enfermedad infecciosas intestinal, aguda, grave,
caracterizada por la aparición brusca de diarrea acuosa y abundante, vómitos,
deshidratación rápida, acidosis, colapso circulatorio y en los casos no tratados la
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muerte dentro de las 24 horas de su aparición. La infección también puede ser
asintómatica o provocar síntomas leves. Giono (1993)
MATERIALES Y METODOS
Es una investigación prospectiva, descriptiva, transversal y observacional,
donde se procesaron 25 muestras de agua obtenidas en diferentes puntos de
muestreo y profundidades, en la Presa Manuel Avila Camacho, con la ayuda de un
muestreador horizontal Wildeco, se tomaron aproximadamente 0.5 mL de agua y
se depositaron en frascos estériles, durante los meses de agosto a octubre de
2005, transportándose las muestras a las instalaciones del Departamento de
Microbiología de la Facultad de Ciencias Químicas de la BUAP, donde fueron
procesadas, tomando como referencia lo establecido en la NOM-001-ECOL-1996.
Las determinaciones realizadas fueron: recuento de coliformes fecales (CF) y la
investigación de patógenos bacterianos entéricos como Salmonella sp, Shigella sp
y V. cholerae. (Ver esquemas de trabajo No. 1 y 2) (Fig 1, 2 y 3)
ESQUEMA No. 1
ESQUEMA GENERAL DE TRABAJO
INVESTIGAR:
Muestra
COLIFORMES FECALES (NMP)
CUANTIFICACION DE Salmonella sp (NMP)
CUANTIFICICACION DE Shigella sp (NMP)
CUANTIFICACION DE Vibrio cholerae (NMP)
Fuente:
NOM-001-ECOL-1996.
NOM-004-SEMARNAT-2002
NOM-112-SSA1-1994
NMX-AA-042-1987
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ESQUEMA DE TRABAJO No. 2
DETERMINACIÓN DEBACTERIAS COLIFORMES (NMP)
(NOM-001-ECOL-1996)
PRUEBA PRESUNTIVA
Caldo lauril sulfato
10 ml
1 ml
0.1 ml
Incubar 24 - 48 horas
37° C
TUBOS POSITIVOS
(CRECIMIENTO Y PRODUCCIÓN DE GAS)
PRUEBA CONFIRMATIVA
COLIFORMES FECALES
Caldo EC
Incubar 24 - 48 horas
44.5° C
LECTURA DE TUBOS Y CONSULTA EN TABLAS NMP
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RESULTADO
Fig. 1 Procesando muestras para recuento de coliformes fecales
Fig 2 Aislamiento de bacterias patógenas en medios selectivos y diferenciales
Fig 3 Identificación de patógenos bacterianos mediante pruebas bioquimicas
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DISCUSIÓN
Se procesaron 25 muestras de agua provenientes de diferentes sitios de
muestreo y profundidades de la Presa Manuel Avila Camacho (Ver tabla I),
obtenidas con la ayuda de un muestreador horizontal Wildeco, que fueron
depositadas en frascos estériles durante los meses de agosto a octubre de 2005,
las cuales fueron procesadas en las instalaciones del Departamento de
Microbiología de la Facultad de Ciencias Químicas de la BUAP, según lo
establecido en la NOM-001-ECOL-1996, para realizar el recuento de coliformes
fecales (CF) y la investigación de patógenos bacterianos entéricos como
Salmonella sp, Shigella sp y V. cholerae.
Los resultados de CF (NMP) / 100 mL de agua, obtenidos en este período
fueron: 4 CF (2/25) 8%; entre 9 - 43 CF (6/25) 24%; 150 CF (1/25) 4%; 210 CF
(3/25) 12%; 460 CF (1/25) 4%; 1 100 CF (2/25) 8%; 2 400 CF(10/25) 40%.
Respecto a los patógenos bacterianos investigados, se detectaron 15/25 (60%)
cepas Salmonella sp; 2/25 (8%) cepas de Shigella sp y no recuperó Vibrio
cholerae. Otras bacterias identificadas fueron: E. agglomerans (24/25) 96%; E.
aerogenes (22/25) 88%; C. freundii (5/25) 20%; C. diversus (2/25) 20%; P. vulgaris
(3/25) 12%; P. mirabilis (3/25) 12%; E. cloacae (3/25) 12% y P. alcalifaciens (1/25)
4%. (Ver Tabla I)
Los sitios donde se encontró cepas de Salmonella sp fueron: San Baltasar
Tetela (lado izquierdo de la panga) (4/25) 16%; Acatitla (donde convergen las
barrancas) (3/25) 12%; Acatitla (2/25) 8%; Río Alseseca (puente) (2/25) 8%;
Buena Vista Tetela, La Cortina (23 m), El Oasis y Puente Echeverría con (1/25)
4%, respectivamente. Mientras que cepas de Shigella sp sólo se detectó en el
sitio denominado Los Angeles Tetela con (32/25) 8%. Respecto a las asociaciones
bacterianas encontradas, la que con mayor frecuencia se detectó fue E.
aerogenes / E. agglomerans con (21/25) 84%. %. (Ver Tabla I)
Para tratar de explicar los resultados anteriores, es importante, recordar que
el agua, al ser un recurso vital para la vida, actualmente se encuentra
contaminada en las grandes ciudades debido al crecimiento poblacional y al
aumento en el establecimiento de instalaciones industriales, lo que genera un
incremento significativo en el consumo de agua y como consecuencia, hay un
mayor volumen de aguas residuales que difícilmente pueden ser tratadas ((2 400
CF NMP / 100 mL (10/25) 40% en nuestro estudio)) y que pueden contener
microorganismos patógenos (bacterianos, parasitarios y virales) (15/25 (60%)
cepas Salmonella sp; 2/25 (8%) cepas de Shigella sp) que representan un alto
riesgo a la salud, además de compuestos orgánicos e inorgánicos tóxicos, metales
pesados y solventes, residuos sólidos municipales e industriales, que tienen un
gran impacto en la calidad del agua, el equilibrio ecológico y son capaces de
alterar las características naturales de la flora y la fauna, así como de las aguas
superficiales y subterráneas, por lo que la contaminación del recurso hidríco
repercute en forma por demás negativa en las actividades productivas, agrícolas y
turísticas.
Respecto al hallazgo de Salmonella sp, en las muestras analizadas, en
nuestra investigación se detectó (15/25) 60% cepas Salmonella sp, esta bacteria
es encontrado comúnmente en productos crudos de aves de corral, desechos
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humanos y animales, por lo que es muy probable su presencia en las muestras
por que reciben descargas de residuos domésticos, ya que esta bacteria es capaz
de sobrevivir en el agua, suelo y superficies inanimadas desde unos días hasta
meses, y en las heces fecales desde meses hasta años. Fernández (1981).
Unicamente sólo se detectó Shigella sp en un sólo sitio lo que representa
(2/25) 8% cepas de Shigella sp y no recuperó Vibrio cholerae en ninguna de las
muestras. Por lo que se recomienda seguir realizando de manera continua el
monitoreo, tanto de agua como de sedimentos (biosólidos). Bonilla (2005).
AGRADECIMIENTOS
Esta investigación fue financiada con aportaciones económicas
provenientes de la Vicerrectoría de Investigación y Estudios de Posgrado de la
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, a través del proyecto
BUAP 4 / G /NAT/ 05
REFERENCIAS
Bonilla FN., Cabrera C. (2005). Aislamiento y cuantificación de contaminantes
microbiologicos en sedimentos de la presa Manuel Avila Camacho. En: Memorias
del X Congreso Nacional de Ciencias Básicas. Universidad de Quintana Roo.
Chetumal Q. Roo. 8 – 10 de junio. 757 –762.
Distrito de Riego 030 Valsequillo, Tecamachalco, Pue.
Giono S.(1993) Vibrio cholerae. En Diagnóstico de laboratorio de infecciones
gastrointestinales. INDRE, SSA, México., pp. 309 - 350
Gonzáles C. (1993) Shigella. En: Diagnóstico de laboratorio de infecciones
gastrointestinales. INDRE, SSA, México., pp. 243 - 250
Gutiérrez L. (1993) Salmonella. En: Diagnóstico de laboratorio de infecciones
gastrointestinales. INDRE, SSA, México., pp. 219 – 234.
Fernández E. (1981). Microbiología sanitaria agua y alimentos. EDUG / U de G,
México, Vol I., pp. 308 - 349; 647 - 833
NOM-001-ECOL-1996.
NOM-004-SEMARNAT-2002
NOM-112-SSA1-1994
NMX-AA-042-1987
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