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[Ide@s CONCYTEG 5(60): Junio, 2010]
Vidales et al
Virus Entéricos y Salud Pública
Virus Entéricos y Salud Pública
Juan Antonio Vidales Contreras 1
Humberto Rodríguez Fuentes 2
Ernesto Javier Sánchez Alejo 3
Jesús Oaxaca Torres 4
Resumen
Doctor en Agua y Suelo y Ciencia Ambiental en la Universidad
de Arizona. Es profesor en la Facultad de Agronomía de la
Universidad Autónoma de Nuevo León. S.N.I. nivel I. 2 Profesor-Investigador. Titular B. División de Estudios de
Postgrado, Facultad de Agronomía, de la UANL. Doctor en
Ciencias Agrícolas con Especialidad Suelo-Agua por la Facultad
de Agronomía de la UANL. S.N.I. nivel I. 3 Doctor en Ciencias con especialidad en Biotecnología por la
Facultad de Ciencias Biológicas UANL. Profesor Investigador
en la Facultad de Agronomía UANL. Coordinador del Programa
Educativo de Ingeniero en Industrias Alimentarias y
Coordinador del Centro de Investigación y Desarrollo en la
Industria Alimentaria UANL.
4 Ingeniero Agrónomo en Desarrollo Rural de la Facultad de
Agronomía de la UANL, Maestro en Economía, por la Facultad
de Economía de la UANL. Evaluador de programas de
desarrollo rural de la SAGARPA, titular del Centro de
1
Las enfermedades entéricas, como la diarrea, asociadas a
virus entéricos se encuentran entre las causas más
comunes de muerte en infantes a nivel mundial. En
México, la capacidad para tratar las aguas residuales
municipales es contrastante, existen estados que
prácticamente tratan el 100% de sus efluentes; sin
embargo, en otros, con una capacidad sumamente limitada
de saneamiento. Coincidentemente, en estos estados, por
lo general, se presentan las tasas más altas de mortalidad
infantil por enfermedades entéricas. Comúnmente, para
evaluar la sobrevivencia de virus entéricos en el ambiente
o la eficiencia de los sistemas de tratamiento para remover
virus entéricos se utilizan bacteriófagos, específicamente
colifagos, ya que por su similitud morfológica con los
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virus entéricos han sido adoptados como buenos
indicadores.
vez liberados al ambiente por personas enfermas, en
Palabras clave: enfermedades entéricas, virus entéricos,
bacteriófagos gramo de heces fecales, los virus entéricos pueden
concentraciones hasta de 1011 partículas virales por
contaminar
cuerpos
de
agua
superficiales
o
subterráneos y posteriormente causar, entre otras,
Abstract
enfermedades
Worldwide, enteric diseases related to enteric viruses are
one of the leader causes of death for infants. In Mexico,
the capability to treat municipal wastewater varies among
Mexican States. There are States that treat about 100% of
their municipal wastewater; however, serious limitations
for wastewater sanitation are evident on the central and
south part of Mexico. Coincidently, the highest rates of
infant mortality occur in those Mexican States with
deficient wastewater sanitation. For enteric virus survival
experiments, in the environment, or evaluation of
wastewater treatment system for virus removal,
bacteriophages are often used. These viruses have been
accepted as indicators or models for pathogens because
their morphological similitude to human enteric viruses.
Key words: enteric diseases, enteric viruses,
bacteriophages
tales
como
hepatitis
A
y
E,
meningitis, poliomielitis, gastroenteritis, miocarditis
y diarrea. Sin embargo, la diarrea es considerada una
de las 10 causas más comunes de muerte en niños
menores a 5 años. A nivel mundial se estima que
ocurren 5 x 108 de episodios de diarrea anualmente,
(Reynolds, 2002). Estimándose que la mortalidad
puede alcanzar 1.81 x 106 individuos (WHO, 2008),
principalmente en países en vías de desarrollo. Esto
no es ajeno a países desarrollados, en Estados
Unidos de América se estima que anualmente
ocurren entre 2 x 107 a 3 x 107 casos de diarrea
(Reynolds, 2002) que conducen a la hospitalización
de 2 x 105 infantes. Mundialmente es reconocido que
Introducción
el saneamiento del agua residual municipal es una
estrategia de salud pública que conduce a la
Una de las causas más común de muerte a nivel
disminución de los casos de diarrea y de las tasas de
mortalidad asociadas a estos eventos.
mundial son las enfermedades gastrointestinales
asociadas a virus entéricos que son comúnmente
transmitidos por agua fecalmente contaminada. Una
El presente trabajo tiene por propósito, en forma
general: a) describir la situación de México en el
tratamiento de aguas residuales municipales; b)
asociar las tasas de mortalidad infantil al volumen de
Evaluación Estatal en Nuevo León de los programas de
Asistencia Técnica y Capacitación de la SAGARPA.
Coordinador del programa académico de Ingeniero en
Agronegocios de la Facultad de Agronomía de la UANL. tratamiento per cápita por estado; c) definir los
indicadores utilizados para evaluar la sobrevivencia
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o remoción de virus entéricos en el ambiente; y d)
difundir resultados de estudios realizados sobre
sobrevivencia, remoción y movimiento de virus
indicadores.
Figura 1. Volumen de tratamiento de agua residual
municipal por estado de la Republica
Tratamiento y tasas de
mortalidad en niños menores
a 5 años
Tratamiento de agua residual
Por su capacidad en el tratamiento de agua residual
municipal, en México destacan Aguascalientes y
Nuevo
León
con
un
volumen
tratado
de
municipal per-cápita
234.9 L/día/habitante
163-98.37 L/día/habitante
73.49-3.2 L/día/habitante
aproximadamente 234 L/día/habitante (figura 1). Sin
embargo, también existen estados que su baja
capacidad
de
tratamiento
puede
conducir
a
condiciones sanitarias deficientes principalmente en
Figura 2. Tasas de mortalidad en niños menores a 5 años
por cada 100,000 habitantes asociadas a los volúmenes de
tratamiento de agua residual municipal
el centro y sur del país. La figura 2 presenta las tasas
de mortalidad infantil asociadas a los volúmenes de
agua residual tratada reportados por la Comisión
Nacional del Agua (2008). Las más altas tasas de
mortalidad infantil ocurren en los estados de Chiapas
y Oaxaca que coincidentemente se encuentran en el
grupo de estados con más baja capacidad de
saneamiento.
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Indicadores de virus
entéricos
50
Tasa de Mortalidad por Enfermedades Diarreicas
en Niños Menores a Cinco Años, 2005-2006.
45
40
35
30
y = 41.322e-0.008x
R² = 0.9513
25
20
La
15
falta
de
métodos
confiables,
simples
y
10
económicos para la detección de virus entéricos en el
5
0
0
50
100
150
200
ambiente ha motivado a proponer indicadores que
250
Litros/ Dia/Habitante
puedan representar su transporte y sobrevivencia en
los procesos de tratamiento, medios geológicos, y
cuerpos de agua superficiales (Yates, et al., 1985).
Los
colifagos
(bacteriófagos
que
infectan
coliformes) han mostrado en diversos estudios tasas
de sobrevivencia y capacidad de desplazamiento en
el ambiente superiores a los virus entéricos (Goyal y
Gerba, 1979; Tree, et al., 2003; Blanford, et al.,
La curva generada en base a las máximas tasas de
2005; Allwood, et al., 2005). En estos estudios, los
mortalidad
correspondientes
colifagos machos específicos (F+) y somáticos han
volúmenes de tratamiento, sugiere los avances que
sido de particular interés. Dependiendo de la familia
pueden lograrse en la reducción de las tasas de
del colifago, Leviviridae (F+RNA) o Inoviridae
mortalidad mediante el saneamiento de los efluentes
(F+DNA), el colifago F+ infectará a la coliforme en
municipales residuales. Sin embargo, no se debe
el pili sexual introduciendo en la célula una cadena
olvidar que el nivel de educación, los recursos
de
económicos disponibles y sobre todo el acceso a
icosahedricos de aproximadamente 26 nm siendo
agua potable, son elementos trascendentales en la
MS2 y Qβ fagos típicos de estos virus. MS2 ha
reducción de la mortalidad infantil por episodios
representado un virus modelo adecuado para evaluar
diarreicos.
inactivación, sobrevivencia y remoción de virus
asociadas
a
sus
ARN
o
ADN.
Los
fagos
F+RNA
son
entéricos. Por el contrario, M13 es un fago F+DNA
representativo de este grupo que ha sido propuesto
como un indicador potencial de contaminación fecal
humana
(Long
frecuentemente
y
se
Sobsey,
detecta
2004)
en
agua
ya
que
residual
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domestica. Contrario a este grupo de virus, los fagos
Sobrevivencia en el ambiente
somáticos infectan la bacteria básicamente a través
de los receptores de la membrana celular. ΦX174 es
un colifago somático de cadena simple de ADN con
23 nm de tamaño, isoeléctrico a un pH de 6.6 que ha
sido usado como modelo bajo condiciones de
laboratorio y campo (Deborde et al., 1999; Chu et
al., 2001). Debido a su baja hidrofobicidad es
considerado
un
buen
biotrazador
en
medios
geológicos (Schijven and Hassanizadeh, 2000); sin
embargo, es relativamente sensible a los procesos de
desinfección (Brion, et al., 2004).
Comparado a MS2, Qβ y ΦX174, PRD1 tiene una
membrana interna que le permite persistir más
tiempo en el ambiente y ser más resistente a la
inactivación térmica (Straub, et al., 1992) y
desinfección (Brion, et al, 2004). MS2 y PRD1 han
representado modelos adecuados al simular el
transporte de virus entéricos en suelos, acuíferos y
cuerpos de agua superficiales (Harvey y Ryan, 2004;
La figura 3 ilustra los resultados obtenidos durante
una prueba de sobrevivencia de PRD1 en un sistema
de pantanos construidos para tratamiento de agua
residual. Dos conjuntos de 12 bolsas de diálisis
fueron preparadas añadiendo 2 ml de una suspensión
de PRD1 a una concentración inicial igual a No. Los
dos conjuntos de bolsas se colocaron a 36 y 54 m de
la entrada del pantano y diariamente fue colectada
una de las doce en ambos sitios para ser analizada
para PRD1 usando Salmonella typhimurium como
huésped. La concentración observada (N) fue
dividida entre No y el Log10 de N/No fue estimado.
Al final de la prueba se determinó una tasa de
decaimiento, estimada mediante la pendiente de la
recta de ajuste, del virus de 0.16 d-1. La temperatura
del agua fue de 16oC, bajo estas condiciones PRD1
necesitaría aproximadamente 14 días para alcanzar
un 90% de decaimiento en el pantano.
Blanford, et al., 2005; Vidales et al., 2006). Su
persistencia en el ambiente es superior a la de MS2
por lo que se le considera un mejor indicador para
virus entéricos (Blanc y Nesser, 1996).
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Figura 3. Resultados observados en una prueba de sobrevivencia de de trazador conservativo simula el movimiento del
PRD1 en un pantano construido para tratamiento de agua residual
Concentración Relativa de PRD1 (Log10 N/No)
agua; sin embargo, estos procesos remueven al virus
del agua residual decreciendo su concentración, en
1.00E+01
este caso, aproximadamente 98 %, es decir que sólo
un
1.00E+00
2%
del
pulso
añadido
inicialmente
fue
recuperado al final del pantano después de 400 h de
1.00E-01
prueba.
1.00E-02
1.00E-03
0
50
100
150
200
250
300
350
Figura 4.- Resultados observados al final de un pantano de 61 m de
longitud para un pulso de Br- y PRD1 simultáneamente añadido al
sistema
2.00E-02
Remoción en sistemas de
tratamiento
La figura 4 corresponde a una curva típica de una
prueba de trazadores utilizando como trazador
-1
químico ion bromuro (Br ) y como biotrazador
Relative concentration (C/Co)
Tiempo de Sobrevivencia (h)
1.50E-02
Br-
1.00E-02
5.01E-03
PRD1
1.00E-05
0
100
200
300
400
500
Tiempo desde la adición de los trazadores (h)
PRD1. Las concentraciones (C) se presentan en
forma relativa a la concentración inicial (Co) del
pulso
de
ambos
trazadores
añadidos
Conclusiones
simultáneamente al inicio del sistema. La relación
Los virus entéricos se consideran los agentes de
inicial de C/Co es igual a uno pero los procesos de
mayor trascendencia asociados a episodios de
dilución y dispersión disminuyen esta concentración
diarrea en infantes por lo que mundialmente se
relativa a los niveles que se muestran en la figura al
reconoce que el saneamiento de las aguas residuales
final del pantano. Si el biotrazador no se absorbiera
domésticas es una estrategia de salud pública para
al substrato del pantano y no se inactivara por el
disminuir su incidencia entre la población infantil. El
efecto de la temperatura y las condiciones del medio
tratamiento de agua residual en México presenta
-1
ambas curvas serian iguales, ya que Br al ser el
grandes rezagos en el centro y sur del país lo cual
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coincide con las más altas tasas de mortalidad en
Humberto Rodríguez Fuentes
niños menores a 5 años. Ejemplo de ello son los
Profesor-Investigador. Titular B. División de Estudios de
Postgrado, Facultad de Agronomía, de la Universidad
Autónoma de Nuevo León. En Nuevo León, México,
Reconocimiento como Investigador Nacional Nivel I
(2009 a 2011) por el S.N.I. Ingeniero Agrónomo
Fitotecnista por la Facultad de Agronomía, Universidad
Autónoma de Nuevo León. Especialista en Suelos y
Cultivos Tropicales por la Universidad de Costa Rica,
Centro Agronómico Tropical de Investigación y
Enseñanza. Turrialba, Costa Rica. Magister Scientiae en
Ciencias Agrícolas por la Universidad de Costa Rica.
Doctor en Ciencias Agrícolas con Especialidad SueloAgua por la Facultad de Agronomía de la Universidad
Autónoma de Nuevo León. Con 7 libros de texto en
editorial comercial que distribuyen en EUA,
Centroamérica, Sudamérica, y España. 12 Capítulos de
libro. 27 Artículos publicados en revistas con arbitraje
estricto nacional/internacional. 51 artículos en extenso
con arbitraje estricto nacional/internacional y 45
Memorias en extenso. 12 proyectos de investigación
realizados y 7 proyectos de investigación fungiendo como
participante. Cuenta con el Reconocimiento como
Profesor con Perfil Deseable Programa de Mejoramiento
del Profesorado por la Secretaría de Educación Pública.
Pertenece al Cuerpo Académico Ambiente y
Sustentabilidad el cual tiene el reconocimiento como
Consolidado por el Programa de Mejoramiento del
Profesorado por la Secretaría de Educación Pública.
estados de Chiapas y Oaxaca. Mientras que los
estados de Nuevo León y Aguascalientes presentan
los mayores niveles de tratamiento del agua residual
y también las tasas más bajas de mortalidad infantil
asociada a casos de diarrea. Los colifagos son una
alternativa en el estudio de la sobrevivencia y
comportamiento de los virus entéricos en el
ambiente ya que en diferentes aspectos son similares
a los virus entéricos y su análisis es rápido,
económico y simple. Estos microorganismos han
sido usados por diferentes investigadores para
evaluar los sistemas de tratamiento en la remoción
de virus entéricos.
Semblanza de los autores
Juan Antonio Vidales Contreras
Ingeniero Agrónomo, con maestría en Hidrología
Subterránea. Obtuvo el doctorado en Agua y Suelo y
Ciencia Ambiental en la Universidad de Arizona. Su
campo de estudios es el tratamiento de aguas residuales
mediante
pantanos
construidos,
transporte
de
contaminantes y generación de energía alternativa.
Actualmente pertenece al cuerpo académico consolidado
de Ambiente y Sustentabilidad, al S.N.I nivel I, y cuenta
con el reconocimiento de Perfil Deseable otorgado por la
Secretaría de Educación Pública. Es profesor en la
Facultad de Agronomía de la Universidad Autónoma de
Nuevo León impartiendo los cursos de ecuaciones
diferenciales, fisicoquímica y muestreo y análisis de agua.
Ernesto Javier Sánchez Alejo
Doctor en Ciencias con especialidad en Biotecnología por
la Facultad de Ciencias Biológicas UANL. Con la tesis
“Selección y caracterización de cepas de Bacillus
thuringiensis toxicas contra Tribolium castaneum
(Coleoptera: Tenebrionidae) (Herbst) y Oryzaephilus
surinamensis (L)” en 2002. Profesor Investigador en la
Facultad de Agronomía UANL, titular de los cursos de
Microbiología de Alimentos y Biotecnología de
Alimentos. Coordinador del Programa Educativo de
Ingeniero en Industrias Alimentarias y Coordinador del
Centro de Investigación y Desarrollo en la Industria
Alimentaria UANL. Director de 42 tesis de licenciatura
orientadas a la investigación en la industria alimentaria.
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Jesús Oaxaca Torres
Ingeniero Agrónomo en Desarrollo Rural y Maestro en
Economía por la Facultad de Agronomía de la UANL. Su
trabajo de investigación en Valoración Contingente de
Abasto de Agua para Monterrey y su Área Metropolitana
publicada en 1997. Evaluador de programas de desarrollo
rural de la SAGARPA, titular del Centro de Evaluación
Estatal en Nuevo León de los programas de Asistencia
Técnica y Capacitación de la SAGARPA. Actualmente
miembro de la Red para la Gestión Territorial del
Desarrollo del Instituto Interamericano de Cooperación
para la Agricultura con trabajo sobre institucionalidad y
desarrollo territorial, caso de los municipios de Aramberri
y Gral., Zaragoza, Nuevo León. Coordinador del
programa académico de Ingeniero en Agronegocios de la
Facultad de Agronomía de la UANL.
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