Noves tècniques per al control i desinfecció de virus contaminants d’aigua

Zusammenfassung

Arrel de la necessitat de garantir la disponibilitat d’aigua en un context d’escassetat i assegurar-ne un bon ús que no suposi un risc microbiològic per la població, aquesta Tesi Doctoral ha estat centrada en l’optimització, el desenvolupament i la validació de noves tècniques pel control de virus contaminants d’aigua. Per una banda, s’han optimitzat i desenvolupat mètodes ràpids, sensibles, metodològicament senzills i adaptables per a la concentració i detecció in situ de virus en diferents contextos; i per una altra, s’ha avaluat l’aplicabilitat i eficiència de desinfecció dels sistemes electroquímics d’oxidació avançada com a tractaments sostenibles per a la reutilització d’aigües. Pel que respecta a mètodes de concentració d’aigua per a la detecció de virus, en primer lloc s’ha adaptat el mètode de floculació orgànica amb llet descremada perquè sigui aplicable a contextos de baixa renda donat el seu baix cost econòmic, o a situacions d’emergència humanitària en què no es disposi d’un laboratori equipat, a més l’equipament s’ha adaptat perquè no es requereixi de corrent elèctrica. Aquest mètode, ha estat validat en dos contextos reals, un camp de refugiats ubicat a Banghi (República Centreafricana) i a la zona de Pedernales (Equador) afectada per un terratrèmol. El mètode i protocol desenvolupats, van demostrar ser metodològicament senzills per tal de ser duts a terme per usuaris no experts, demostrant ser un mètode eficient detectant contaminació viral en les mostres d’aigua testades, podent ser una eina útil en la prevenció de brots vírics en els països amb menys recursos, els quals són els més afectats per les malalties de transmissió hídrica donades les limitacions existents de sanejament de l’aigua. La resta de mètodes de concentració avaluats, estan basats en l’ús d’ultrafiltres per a la detecció de virus en aigua. Per una banda, s’ha caracteritzat un mètode ràpid per a l’anàlisi de grans volums d’aigua en aigües superficials i aigua de mar, aplicant la nova tecnologia d’elució d’escuma humida amb la que es redueix el temps de processat de la mostra així com la simplificació metodològica del mètode. A més, s’ha adaptat perquè sigui realitzable en el mateix punt de presa de la mostra, sent validat en dos contextos diferents, un on es va realitzar la concentració completa de mostres in situ, i l’altre on es va realitzar la filtració i posterior enviament del filtre al laboratori per a la seva anàlisi, demostrant la versatilitat del mètode. Finalment, el mètode es va optimitzar amb un segon pas de concentració utilitzant un dispositiu d'ultrafiltració centrífuga (Centricon® Plus-70) per tal d’augmentar-ne la sensibilitat. El mètode ha estat testat mitjançant diverses tècniques, permetent la detecció de virus mitjançant mètodes tan d’infectivitat com moleculars, incloent la detecció per qPCR i tècniques de seqüenciació massiva, com són l’enriquiment per dianes i posterior seqüenciació massiva d’amplicons. Amb l’arribada de la pandèmia de la COVID-19, i arrel de l’escassetat de subministraments de material necessaris per a l’anàlisi del SARS-CoV-2 en aigües residuals, es van caracteritzar dos mètodes ràpids de concentració d’aigües residuals per la detecció de virus embolcallats. Així doncs, es va validar un dispositiu d'ultrafiltració centrífuga (Centricon® Plus-70) i la pipeta concentradora automatitzada CP-Select™, com a mètodes ràpids, i el cas de la pipeta concentradora, factible per a treballar en vitrines de bioseguretat. Validant així, mètodes d’anàlisi d’aigües residuals perquè puguin ser implementats en laboratoris d’anàlisi rutinaris sense requerir de personal altament especialitzat. En la segona part de la tesi, s’ha avaluat l’aplicabilitat i eficiència de desinfecció dels sistemes electroquímics d’oxidació avançada com a tractaments sostenibles per a la reutilització d’aigües, testant dos tipus de materials, un ànode de Ruteni i un ànode de BDD en matrius naturals. Els assajos realitzats, han estat centrats en la inactivació de microorganismes patògens amb un focus especial en els virus, així com en l’avaluació de la idoneïtat dels microorganismes índex utilitzats clàssicament en els tractaments de desinfecció, la determinació dels subproductes tòxics i els requeriments energètics del sistema. Amb tot, s’ha demostrat que els sistemes electroquímics poden ser aplicats com a pas final de desinfecció d’aigües naturals, encara que els microorganismes índex han de ser revisats, donada la major sensibilitat de bacteris i bacteriòfags, en relació a altres microorganismes, però demostrant ser efectius per tal d’assolir un logaritme de reducció de virus humans amb baixos requeriments energètics, tenint potencial per ser sistemes descentralitzats de depuració d’aigües, tot i que han de ser adaptats per evitar la formació de subproductes tòxics.