RestWat muestra la urgente necesidad de establecer límites de detección para el análisis de genes de resistencia a antibióticos en aguas residuales

El proyecto de investigación RestWat, que lleva a cabo Laboratorios Tecnológicos de Levante, encara su recta final con resultados determinantes. Todos ellos apuntan a señalar como urgente la entrada de los genes de resistencia a antibióticos en la lista de observación de contaminantes y el establecimiento de límites de detección que permitan a los estudios actuales determinar la eficiencia y seguridad de los tratamientos para aguas reutilizables.

Ahora mismo, la presencia de contaminantes emergentes en el agua es una de las preocupaciones centrales, y especialmente los antibióticos. La presencia de estos en el agua promueve el desarrollo de bacterias que son resistentes a los antibióticos, lo que conlleva un aumento significativo en la cantidad de microorganismos que muestran esta resistencia. Como resultado, la efectividad de estos medicamentos para los humanos se ve comprometida.

A través de RestWat, se está estudiando la eliminación de patógenos y bacterias resistentes a antibióticos en aguas residuales y lodos, de cara a analizar la regeneración de las aguas e implicaciones para la salud humana y medioambiental. Este proyecto está financiado por la Agència Valenciana de Innovació (actualmente IVACE +i) de la Generalitat Valenciana, a través de la Unión Europea, en el marco del Programa Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) Comunitat Valenciana 2021-2027.

La investigación se desarrolla en Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDARs) ubicadas en la Comunidad Valenciana. Estas estaciones fueron seleccionadas considerando criterios como el tipo de tratamiento secundario y/o terciario, el origen de los vertidos y su ubicación (interior o costa). El objetivo es obtener un análisis representativo de las diferentes estaciones y condiciones de depuración que se dan en España.

 

Análisis de bacterias resistentes a antibióticos

Los resultados de esta investigación muestran que todos los tratamientos analizados son efectivos en la reducción de los géneros de bacterias resistentes a antibióticos (ARB) aquí estudiados, Escherichia y Salmonella. Dentro del proceso de depuración, tanto el tratamiento secundario como el sistema MBR son muy efectivos, reduciendo el número de taxones (riqueza de especies) y la abundancia relativa de la mayor parte de los géneros con especies potencialmente patógenas. El tratamiento secundario basado en el sistema MBR (Membrane BioReactor) es el que produce las mayores tasas de reducción bacteriana, produciendo cambios muy significativos en su composición y abundancia.

Los métodos de secuenciación masiva, y en concreto el análisis metagenómico, han permitido identificar y cuantificar los taxones, especies y clones de Escherichia y Salmonella más abundantes. Respecto a Escherichia, el taxón más abundante en todos los puntos muestreados fue E. coli, mientras que para Salmonella fue S.entérica. Cabe destacar que el número de lecturas de Salmonella (0,004%) respecto a Escherichia (0,003%) es casi un orden de magnitud inferior, siendo ambos porcentajes relativamente bajos.

Por otra parte, los resultados muestran que la digestión anaerobia es el tratamiento más efectivo para los fangos, tanto para eliminar taxones con especies potencialmente patógenas como para disminuir su abundancia relativa. Sin embargo, el proceso de deshidratación parece revertir este proceso incrementando tanto la riqueza como la abundancia relativa de los taxones de géneros con especies potencialmente patógenas. De hecho, el proceso de deshidratación mantiene el porcentaje de abundancia relativa de Arcobacter en valores similares a los de la entrada de deshidratación.

 

Análisis de genes de resistencia

Las bacterias resistentes a antibióticos (Antibiotic Resistant Bacteria, ARBs) basan dicha resistencia en la presencia de genes de resistencia a antibióticos (Antibiotic Resistant Gene, ARGs), que pueden ser adquiridos o cedidos de unas bacterias a otras mediante mecanismos de transferencia horizontal de genes.

Respecto a los genes de resistencia a antibióticos, se evaluaron 9 genes característicos de cada familia de antibióticos: aminoglicósidos, β-lactámicos, cloranfenicol, macrólidos/streptogramina/lincosamida, colistina, quinolonas, sulfonamidas, tetraciclinas.

Los diferentes tratamientos de depuración efectuados en la EDAR de estudio muestran que la reducción tanto de la abundancia relativa como del número de variantes de los principales genes de resistencia a antibióticos estudiados es dependiente del tratamiento utilizado. Por ejemplo, únicamente los genes sul1 y tetM desaparecen por completo en el tratamiento de ultrafiltración (MBR); mientras que los genes blaTEM, cmlA y ermB aumentaron su abundancia relativa, pero sin cambios significativos en el número de variantes.

Para estos genes, este proceso no es muy efectivo en su eliminación selectiva, sin embargo, al ser tan eficiente en la eliminación de biomasa bacteriana de la ultrafiltración, el número absoluto de copias en la salida es muy baja comparada con las observadas en la entrada.

Respecto a los fangos, el tratamiento de deshidratación no es efectivo para disminuir la abundancia relativa ni el número de variantes de los genes de resistencia estudiados.

 

Algunas conclusiones del proyecto

Los estudios realizados han permitido establecer una metodología eficaz en el estudio de la eficiencia y selectividad de eliminación de ARGs por parte de algunos de los principales tratamientos de depuración en las EDAR seleccionadas para el proyecto. Así mismo, han demostrado la eficacia de los métodos utilizados, en particular las aproximaciones metagenómicas y PCR, para detectar los efectos de estos tratamientos de depuración sobre las poblaciones de bacterias resistentes a antibióticos y sobre los genes principales en los que se sustentan dichas resistencias.

Más concretamente, este proyecto lleva a cabo el estudio de la presencia de antibióticos en las aguas residuales y el estudio de bacterias resistentes a antibióticos (ARBs) y sus genes de resistencia (ARGs) a través de metodologías genómicas, para evaluar la eficiencia de los tratamientos de depuración en la eliminación de estas sustancias en vistas a una reutilización segura de las aguas residuales urbanas tratadas.

 

Beneficios del proyecto

La ejecución del presente proyecto permite ampliar el conocimiento sobre la eficiencia de los actuales sistemas de tratamiento de depuración de aguas residuales urbanas, en aspectos no desarrollados con anterioridad y transferir estos resultados de conocimiento a las Administraciones públicas gestoras del agua y a otras empresas del sector.

Estos estudios de investigación suponen un paso previo fundamental para proponer posteriormente soluciones optimizadoras sostenibles, innovadoras y eficientes a los tratamientos de depuración actuales, y mejorar la calidad de las aguas tratadas en vistas a su reutilización segura independientemente de su uso final.

La eliminación o reducción de la concentración de estas sustancias y de las bacterias resistentes a ellas ayudará a mejorar la circularidad del agua y, por tanto, la sostenibilidad de este recurso en sus distintos usos. Tanto para el uso agrícola, como para su reincorporación al medio natural.