Optimización y validación en entorno de laboratorio de biomarcadores para la detección temprana de bacterias viables en la red de distribución de agua potable

Abstract

[ES] El agua es un recurso esencial para la vida, pero a menudo su calidad se ve comprometida por la presencia de contaminantes, entre ellos, los agentes patógenos. Para garantizar la seguridad de los suministros de agua potable es esencial llevar a cabo tratamientos adecuados para su desinfección, así como un seguimiento continuo de su estabilidad biológica que permita detectar con la mayor brevedad posible cualquier agente contaminante. Sin embargo, los métodos convencionales para la detección de microorganismos patógenos en el agua potable, basados en el cultivo en placa, presentan limitaciones que reducen la efectividad y eficiencia de los análisis. En este contexto, el presente proyecto tiene como finalidad validar y optimizar a nivel de laboratorio un método de detección bacteriana que se base en la identificación de biomarcadores propios de bacterias viables, previo al desarrollo de un biosensor que pueda integrarse en la red de distribución de agua. Con el fin de alcanzar dicho objetivo, se estudiaron los biomarcadores disponibles y se eligió el adenosín trifosfato (ATP) como el más adecuado para el proyecto, evaluando su producción en Escherichia coli y Legionella pneumophila mediante un ensayo comercial de bioluminiscencia, y su efectividad frente a las tecnologías de análisis de referencia. Además, se desarrolló un tratamiento de lisis optimizado para liberar el ATP intracelular, permitiendo su posterior aplicación al biosensor. Se consiguió detectar la presencia de E. coli y L. pneumophila en agua inoculada hasta una concentración del orden de magnitud de 102 células/mL, y al estudiar la correspondencia con la concentración bacteriana viable obtenida mediante epifluorescencia, se obtuvo una correlación positiva. El método de extracción de ATP que mejores resultados aportó fue la lisis por ebullición, consiguiendo extraer un promedio de 31,6 % de ATP en E. coli y un 74,3 % de ATP en L. pneumophila. Por tanto, se propone al ATP como biomarcador asociado a la presencia bacteriana el desarrollo de un sensor acústico que permita la detección temprana de bacterias en aguas. Este Trabajo Final de Grado se alinea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible 3: Salud y bienestar, 6: Agua limpia y saneamiento, 12: Producción y consumo responsables, y 13: Acción sobre el clima.

[EN] Water is a vital resource for life; however, its quality is frequently compromised by the presence of contaminants, including pathogens. Ensuring the safety of drinking water supplies is critical, and it involves implementing proper disinfection treatments and continuously monitoring its biological stability to swiftly detect any potential contaminants. Nevertheless, conventional methods for detecting pathogenic microorganisms in drinking water, based on plate culturing, present limitations that reduce the effectiveness and efficiency of the analyses. In this context, the current project aims to validate and optimize at a laboratory-level a method for bacterial detection based on the identification of specific biomarkers of viable bacteria, prior to developing a biosensor integrable into the water distribution network. To achieve this objective, available biomarkers were studied, and adenosine triphosphate (ATP) was selected as the most suitable for the project. Its production in Escherichia coli and Legionella pneumophila was evaluated using a commercial bioluminescence assay, along with its effectiveness compared to reference analysis technologies. Additionally, an optimized lysis treatment was developed to release intracellular ATP, enabling its subsequent application to the biosensor. The presence of E. coli and L. pneumophila in inoculated water was successfully detected up to a concentration on the order of magnitude of 102 cells/mL, and when studying its relationship with the viable bacterial concentration obtained through epifluorescence, a positive correlation was established. The ATP extraction method that demonstrated the most favorable outcomes was boiling lysis, which extracted an average of 31,6 % of ATP in E. coli and 74,3 % of ATP in L. pneumophila. Therefore, ATP is proposed as a biomarker linked to bacterial presence for the development of an acoustic sensor capable of early bacterial detection in water. This Final Degree Project aligns with the Sustainable Development Goals 3: Good Health and Well-being, 6: Clean Water and Sanitation, 12: Responsible Consumption and Production, and 13: Climate Action.