Biosensores para epidemiología basada en aguas residuales para monitorear la salud pública

Biosensores para epidemiología basada en aguas residuales para
monitorear la salud pública
Los problemas de salud pública están recibiendo cada vez más atención, incluido el uso indebido de
drogas, la seguridad alimentaria, la exposición a metales pesados y plaguicidas, enfermedades
infecciosas y enfermedades no transmisibles. La epidemiología basada en aguas residuales (WBE)
es una herramienta de biomonitoreo eficaz que está recibiendo cada vez más atención debido a su
bajo costo y la respuesta casi en tiempo real. WBE es una técnica emergente emergente relacionada
con la extracción, análisis, procesamiento de datos e interpretación de los objetivos excretados en
heces / orina y aguas residuales para proporcionar información de salud pública en ciertas áreas.
(Mao, Zhang, Pan, & Yang, 2021)
Los biosensores son poderosas herramientas analíticas que han recibido una atención considerable
debido a sus excelentes características y están adquiriendo cada vez más importancia en la salud, el
monitoreo ambiental, la seguridad alimentaria y el descubrimiento de fármacos. Además, los
biosensores para el análisis de aguas residuales pueden potencialmente proporcionar datos en tiempo
real para que las agencias gubernamentales monitoreen las tendencias en el consumo de drogas y
establezcan un sistema de alerta temprana eficaz para prevenir brotes de enfermedades en la
comunidad. Por lo tanto, los resultados obtenidos por los biosensores pueden reflejar
razonablemente los efectos tóxicos de varios contaminantes en las aguas residuales. Esta
información proporciona un sólido soporte técnico para la detección en línea de aguas residuales y
el desarrollo de un sistema de detección de alerta temprana. (Mao, Zhang, Pan, & Yang, 2021)
Biosensores para el análisis de posibles biomarcadores de aguas residuales
● Iones inorgánicos: Los metales pesados no son degradables y se detectan con frecuencia en
las aguas residuales. Los aptámeros son los principales elementos de reconocimiento
utilizados en el análisis de metales pesados en aguas residuales.
Los sensores de iones inorgánicos rara vez se utilizan en el análisis de aguas residuales
debido a sus límites de detección (LOD) porque los iones inorgánicos objetivo suelen estar
presentes en una concentración muy baja en las aguas residuales. Además, la compleja
matriz de aguas residuales puede provocar graves interferencias que afectarán la precisión
de la detección. (Mao, Zhang, Pan, & Yang, 2021)
● Contaminantes orgánicos y productos farmacéuticos: La detección de estos contaminantes
involucra numerosos sensores de bajo costo, fáciles y en el punto de uso que utilizan agentes
aglutinantes químicos altamente específicos acoplados a plataformas de biosensores
colorimétricos, de fluorescencia o electroquímicas.
Se han detectado varios contaminantes orgánicos en aguas residuales industriales y
agrícolas. La mayoría de los biosensores informados son biosensores de pesticidas, como el
biosensor que se muestra en la Fig.1. Los biosensores de contaminantes orgánicos reportados
con mayor frecuencia se dirigen a compuestos fenólicos. (Mao, Zhang, Pan, & Yang, 2021)
Figura 1. Biosensores para contaminantes orgánicos y farmacéuticos en aguas residuales.
● Biomoléculas: Las aguas residuales representan un medio ideal para los estudios
epidemiológicos de biomoléculas porque contienen una amplia gama de biomoléculas, como
ácidos nucleicos humanos específicos, péptidos, proteínas y marcadores de resistencia a los
antimicrobianos. (Mao, Zhang, Pan, & Yang, 2021)
Biosensores para monitorear la salud pública a través de WBE
Se analizan las tecnologías de biosensores basadas en WBE disponibles para la evaluación de la
salud pública, que incluyen principalmente el análisis de biomarcadores de fármacos, marcadores
de población y marcadores de salud mediante biosensores, y el uso potencial de biosensores basados
en WBE para la vigilancia y alerta temprana de brotes de enfermedades infecciosas. (Mao, Zhang,
Pan, & Yang, 2021)
El abuso de drogas es un problema global que es difícil de monitorear y evaluar debido a su
ilegalidad. WBE es el método ampliamente utilizado de análisis de drogas y evaluación del consumo
y abuso de drogas. Se han descrito numerosos biosensores de fármacos; sin embargo, solo unos
pocos informes describieron el uso de biosensores para el análisis de fármacos en aguas residuales.
(Mao, Zhang, Pan, & Yang, 2021)
Figura 2. Biosensores para WBE
Biosensores para analizar las aguas residuales para la alerta temprana de brotes de enfermedades
infecciosas
Los brotes de enfermedades infecciosas se han convertido en una de las principales amenazas para
la salud pública; por ejemplo, la actual pandemia de COVID-19 causada por el SARS-CoV-2 ha
provocado un desastre global. WBE es una herramienta poderosa con un gran potencial para la
vigilancia y alerta temprana de brotes y transmisión de enfermedades infecciosas. Las características
de las enfermedades infecciosas en el área o comunidad asociada se pueden monitorear mediante el
análisis de biomarcadores de enfermedades infecciosas en muestras de aguas residuales de los
afluentes de la EDAR y las aguas residuales de la comunidad (se ve en la Fig. 3). (Mao, Zhang, Pan,
& Yang, 2021)
Figura 3. Biosensores para analizar las aguas residuales para una alerta temprana de brotes de
enfermedades infecciosas
Las aguas residuales proporcionan condiciones de crecimiento para varios microorganismos. Estos
microorganismos se detectan frecuentemente en aguas residuales producidas por actividades
domésticas y la industria alimentaria, y se caracterizan por cambios sustanciales en la composición
orgánica. Una amplia gama de enfermedades microbianas acuáticas causan una mortalidad y
morbilidad significativas en todo el mundo. Además, la detección de microorganismos en las aguas
residuales es importante para la eliminación y control de sus efectos patógenos nocivos. En el
proceso actual de tratamiento de aguas residuales, los microorganismos son difíciles de eliminar por
completo de las aguas residuales y son resistentes a los desinfectantes debido a su pequeño tamaño
y propiedades químicas. Se requieren herramientas analíticas rápidas y sensibles para detectar
microorganismos. (Mao, Zhang, Pan, & Yang, 2021)
Se desarrolló un biosensor impedimétrico a base de papel mediante la serigrafía de electrodos de
carbono en papel hidrófobo para la determinación de bacterias en agua contaminada. Debido a su
rentabilidad, simplicidad y biodegradabilidad, este biosensor se puede utilizar como un kit de prueba
portátil que supera las limitaciones de los análisis de laboratorio tradicionales, costoso y que
consumen mucho tiempo. (Mao, Zhang, Pan, & Yang, 2021)
Aunque los biosensores tienen amplias perspectivas de aplicación en el análisis de aguas residuales,
su aplicación sigue siendo un desafío. En primer lugar, es difícil predecir las propiedades físicas y
químicas de varios componentes de las aguas residuales en distintos momentos y condiciones. La
compleja matriz de las aguas residuales puede afectar la predicción de varios parámetros en una
muestra e interferir con la detección del objetivo requerido porque esta matriz dinámica impide la
inclusión de un blanco adecuado. (Mao, Zhang, Pan, & Yang, 2021)
Bibliografía
Mao, K., Zhang, H., Pan, Y., & Yang, Z. (2021). Biosensores para epidemiología basada en aguas
residuales para monitorear la salud pública. China: Elsevier.