Virus del moteado suave del pimiento para monitorear la calidad microbiana del agua residual
Debido a la dificultad existente en la medición de patógenos en el agua, los autores de este artículo proponen la utilización del virus del moteado suave del pimiento para monitorear la calidad microbiana del agua residual y estudiar su posible tratamiento, lo cual es algo novedoso.
Presentación
“Virus del moteado suave del pimiento: la amenaza agrícola se convirtió en una herramienta eficaz para monitorear la calidad microbiana del agua y evaluar las tecnologías de tratamiento de aguas (residuales)” (“Pepper mild mottle virus: Agricultural menace turned effective tool for microbial water quality monitoring and assessing (waste) water treatment technologies”), es un artículo de carácter científico elaborado por Symonds, E.M., Rosario, K. y Breitbart, M. y publicado en abril de 2019 en la revista científica Plos Pathogens, en el que se propone el uso del virus del moteado suave del pimiento para monitorear la calidad microbiana del agua residual y estudiar su posible tratamiento.
La contaminación del agua por parte de aguas residuales domésticas representa una amenaza para la salud pública debido a las altas concentraciones de diversos patógenos asociados con las excreciones humanas. Dado que es difícil medir directamente los patógenos preocupantes transmitidos por el agua, los esfuerzos de monitoreo microbiano de la calidad del agua, a menudo, utilizan sustitutos u organismos indicadores que se detectan fácilmente y cuya presencia refleja la persistencia de dichos patógenos. Así, aquí se describe un indicador viral no convencional de la contaminación de las aguas residuales: el virus del moteado suave del pimiento (PMMoV), un patógeno vegetal que se propuso por primera vez como indicador de la calidad del agua en 2009 y que promete mejorar la gestión microbiana de la calidad del agua en todo el mundo.
¿Qué es el virus del moteado suave del pimiento (PMMoV)?
El virus del moteado suave del pimiento (PMMoV del inglés “Pepper mild mottle virus”) es un virus ARN monocatenario positivo de la familia Virgaviridae, perteneciente al género Tobamovirus, que infecta plantas, especialmente el pimiento, y fue aislado por McKinney en 1952.
Este virus se transmite, principalmente, en las semillas de los frutos y de manera mecánica (injerto, podas, contacto entre plantas sanas y enfermas), siendo los restos de cosechas en el suelo su mayor reservorio. Las partículas virales pueden permanecer por varios meses, siendo el origen primario de las infecciones en campo.
El pimiento del género Capsicum spp. es el principal hospedante de este virus. Sin embargo, es transmisible, experimentalmente por lo menos, a 24 especies de la familia Solanaceae y a 5 especies de las familias Chenopodiaceae, Cucurbitaceae, Labiatae y Plantaginaceae.
Los primeros síntomas de su infección se pueden presentar a partir de los 10 a 20 días de haber sido infectada la planta. Aunque estos varían según la variedad del cultivo y la cantidad de partículas virales, los principales síntomas que se pueden apreciar son:
- Moteado con áreas irregulares de color verde claro a verde oscuro
- Clorosis suave de la hoja
- Enanismo de la planta
- Necrosis en el tallo y secamiento de la planta en infecciones muy severas
- Frutos pequeños, deformados y con mosaicos
- Frutos con protuberancias y hundimientos
Para su control, lo mejor es llevar a cabo medidas preventivas como el uso de variedades resistentes, semillas certificadas, rotación de cultivos, detección y eliminación de plantas infectadas y buenas prácticas agrícolas.
¿Por qué se encuentra el PMMoV en las heces humanas y en las aguas residuales?
Teniendo en cuenta que la mayoría de los patógenos virales reconocidos que causan enfermedades gastrointestinales humanas contienen genomas de ARN, los primeros estudios metagenómicos buscaron caracterizar las comunidades virales de ARN en las heces de individuos sanos. Inesperadamente, estos viromas estaban dominados por secuencias similares a los virus que infectan plantas y que se adquieren a través del consumo dietético de productos vegetales.
Con diferencia, el virus ARN más abundante identificado en las heces de individuos sanos, fue justo el virus del moteado suave del pimiento (PMMoV), el cual también se ha identificado fácilmente en aguas residuales no tratadas de numerosos lugares.
La presencia del virus del moteado suave del pimiento en las heces humanas se origina en el consumo de pimientos infectados que se utilizan frecuentemente en productos de pimiento procesados (p. ej., salsas picantes, salsas de curry, especias secas, etc.). Cabe señalar que se encuentran hasta 108 copias del gen PMMoV en un solo mililitro de salsa picante, y las personas sanas pueden excretar hasta 109 copias del gen en 1 gramo de heces.
Aunque la presencia de PMMoV en las heces humanas depende presumiblemente del consumo dietético de productos de pimiento que, a su vez, puede depender de la edad y las preferencias alimentarias de un individuo determinado, el virus del moteado suave del pimiento parece estar muy extendido y distribuido globalmente, habiéndose detectado consistentemente en aguas residuales no tratadas de África, América, Asia, Australia y Europa; así como también se puede detectar en efluentes de aguas residuales tratados y en entornos afectados por descargas de aguas residuales (tratadas o sin tratar), a los que el ser humano se ve expuesto directa o indirectamente.
Así pues, el virus del moteado suave del pimiento (PMMoV) se ha convertido en un indicador viral útil de la contaminación de las aguas residuales debido a su presencia durante todo el ciclo de las aguas residuales domésticas, tal y como puede verse en el siguiente esquema.
¿Por qué utilizar el virus del moteado suave del pimiento para monitorear la calidad microbiana del agua residual? Ventajas que ofrece
Tradicionalmente, los sustitutos microbianos utilizados para caracterizar la contaminación fecal en los programas de monitoreo ambiental, utilizan bacterias indicadoras fecales procedentes de animales (FIB; por ejemplo, Escherichia coli y enterococos). Desafortunadamente, la presencia de FIB no siempre se correlaciona con patógenos humanos y/o riesgos para la salud humana, especialmente en el caso de virus entéricos humanos. Además, la detección de FIB puede no reflejar con precisión la contaminación fecal debido a su ecología y reservorios extraintestinales en el suelo y los sedimentos.
Otra estrategia para rastrear la contaminación fecal, es monitorear patógenos virales de interés de referencia específicos, como norovirus y adenovirus. Sin embargo, esto es costoso, requiere un uso intensivo de laboratorio y, a menudo, tienen eficiencias inferiores al 10%. Además, hay que tener en cuenta que los virus entéricos normalmente se encuentran en concentraciones bajas (<105 copias por litro) en las aguas residuales domésticas en ausencia de un brote y se diluyen aún más al descargarse en aguas ambientales, lo que dificulta su detección.
Debido a que los patógenos entéricos virales no son indicadores prácticos de contaminación fecal, también se han investigado los virus que infectan las bacterias intestinales. Los virus que infectan los FIB, como los colifagos, son los sustitutos virales de la contaminación fecal más utilizados; sin embargo, no siempre se correlacionan con la presencia de virus entéricos en el ambiente o durante los procesos de tratamiento.
En concreto, el virus del moteado suave del pimiento (PMMoV) se detecta constantemente en aguas residuales domésticas en todo el mundo, a menudo en concentraciones más altas que los patógenos entéricos humanos; por lo tanto, se ha utilizado como sustituto viral para identificar la contaminación fecal en el medio ambiente.
El virus del moteado suave del pimiento es un indicador viral único que ofrece varias ventajas sobre los indicadores tradicionales. En primer lugar, las concentraciones de hasta 1010 copias del gen PMMoV por litro de aguas residuales domésticas, eluden las limitaciones metodológicas tradicionales asociadas con la detección molecular de virus en bajas concentraciones, lo que facilita los esfuerzos de monitoreo. En segundo lugar, el origen dietético del PMMoV significa que su concentración en las aguas residuales domésticas no depende de una infección viral activa en la población humana. Esta es una consideración importante porque no es práctico realizar pruebas periódicas para detectar todos los patógenos entéricos conocidos, que exhiben diferentes dinámicas de infección y estacionalidad. Y en tercer lugar, a diferencia de los FIB, el PMMoV no se ha detectado en aguas ambientales libres de contaminación fecal y, normalmente, no se encuentra en animales distintos de los humanos.
En consecuencia, el virus del moteado suave del pimiento (PMMoV) ha sido reconocido como un indicador viral prometedor de aguas residuales domésticas, con una detección en aguas ambientales que es incluso comparable a sustitutos no biológicos de la contaminación de aguas residuales (p. ej., cafeína, productos farmacéuticos), aunque es necesario seguir evaluando el uso de PMMoV como indicador específico de humanos para fines de seguimiento de fuentes.
¿La detección de PMMoV es indicativa de riesgos para la salud asociados con la exposición a la contaminación de aguas residuales?
Idealmente, la detección de un organismo sustituto debería correlacionarse con los riesgos para la salud asociados con el uso de recursos hídricos impactados por las aguas residuales. La alta concentración del virus del moteado suave del pimiento (PMMoV) en efluentes de aguas residuales domésticas tratadas y las altas tasas de detección en aguas ambientales, llevaron originalmente a que el PMMoV se propusiera como un indicador de aguas residuales ultraconservador, cuya detección puede no correlacionarse con patógenos entéricos o riesgos para la salud, como ya se ha indicado. Sin embargo, la detección y cuantificación de PMMoV ahora se ha asociado con patógenos entéricos humanos y riesgos para la salud que exceden los límites de referencia. Además, la persistencia de PMMoV en agua de mar y de río es comparable a la de los virus entéricos humanos, oscilando entre 7 y 21 días, dependiendo de la temperatura del agua.
Los datos combinados de múltiples estudios que investigaron la detección del virus del moteado suave del pimiento en paralelo con patógenos humanos en aguas ambientales (agua subterránea, agua de mar y agua dulce superficial), revelaron que este se detectó consistentemente (94,2% de las muestras) y co-ocurrió con patógenos entéricos en la mayoría (72,3%) de muestras izadas. En particular, el PMMoV se detectó con mayor frecuencia junto con patógenos humanos en aguas expuestas a aguas residuales domésticas no tratadas y con menor frecuencia en ausencia de fuentes de contaminación conocidas.
Por otro lado, la detección y cuantificación de PMMoV también se correlacionó con los riesgos para la salud asociados con la recreación en aguas ambientales contaminadas. Así, en aguas costeras contaminadas con aguas residuales domésticas tratadas y no tratadas, la detección de PMMoV correspondió a riesgos para la salud incluso mayores que el punto de referencia de salud de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (US EPA) para recreación segura, sobre todo el caso de las aguas no tratadas.
Por lo tanto, el virus del moteado suave del pimiento parece ser un marcador conservador, pero su detección y concentración se correlacionan con la presencia de patógenos entéricos humanos en aguas expuestas a la contaminación de aguas residuales.
¿Se puede utilizar el virus del moteado suave del pimiento (PMMoV) para evaluar la eficiencia de los procesos de tratamiento de agua?
Para proteger la salud pública y garantizar la seguridad microbiana del agua potable, los procesos de tratamiento de desinfección deben reducir las concentraciones de virus en las aguas residuales antes de la reutilización directa del agua o su descarga en aguas ambientales. A menudo, es difícil determinar la reducción logarítmica de virus lograda mediante una técnica de tratamiento determinada, porque muchos virus se encuentran en concentraciones demasiado bajas para cuantificarlos y los virus entéricos humanos de interés para la salud pública, como los norovirus, carecen de métodos basados en cultivos o son difíciles de detectar. En consecuencia, los métodos moleculares como la PCR de transcripción inversa cuantitativa, se utilizan comúnmente para probar las reducciones de virus.
En este contexto, el virus del moteado suave del pimiento también ha demostrado ser un indicador de proceso viral ideal para evaluar tecnologías e instalaciones de tratamiento de agua potable, aguas residuales y recuperación de agua, porque, a diferencia de otros virus, sus altas concentraciones en las aguas residuales permiten la cuantificación de la eliminación total de copias de genes del virus. Además, los niveles de reducción de PMMoV durante el tratamiento de aguas residuales y agua potable, suelen ser comparables a los de los virus entéricos humanos.
Además de tener aplicaciones prácticas para medir la reducción de virus en las instalaciones de tratamiento a gran escala, el virus del moteado suave del pimiento también es útil para cuantificar las reducciones de virus mediante tecnologías innovadoras de tratamiento de agua a escalas más pequeñas, así como en el tratamiento de agua potable y sistemas de filtración de riberas de ríos en granjas.
No obstante, debido a que el PMMoV actualmente se cuantifica utilizando métodos moleculares que no pueden determinar la infectividad del virus, la incorporación de análisis basados en cultivos (que requerirían cámaras de crecimiento de plantas) y/o un tratamiento previo selectivo para partículas infecciosas, podría mejorar los futuros análisis de reducción de virus para evaluar la eficiencia del tratamiento.
¿Cómo aprovechar mejor el PMMoV para salvaguardar la salud pública?
Además de ser un indicador viral para fines de monitoreo de la calidad del agua, el virus del moteado suave del pimiento (PMMoV) tiene potencial como sustituto de los virus entéricos en la evaluación de la seguridad alimentaria.
Aunque se necesitan más investigaciones para confirmar su aplicación en contextos agrícolas, el PMMoV ha sido un sustituto útil de los virus entéricos en cultivos regados directa e indirectamente con aguas residuales domésticas. Específicamente, las concentraciones de PMMoV determinadas en el agua de riego permitieron evaluaciones cuantitativas de riesgos microbianos posteriores, lo que a su vez facilitó la evaluación de las mejores prácticas y recomendaciones con respecto a estrategias de reutilización de agua segura para los consumidores.
Por otra parte, el virus del moteado suave del pimiento frecuentemente coexistía con el norovirus humano en mariscos recolectados en áreas costeras y se detectó consistentemente en mariscos expuestos a contaminación fecal de fuente puntual, lo que sugiere que puede ser un sustituto útil del virus entérico para monitorear la calidad microbiana de mariscos recolectados para consumo crudo.
A partir del descubrimiento fortuito de que los virus de las plantas dominan las heces humanas, PMMoV ha surgido como un sustituto único de los patógenos virales entéricos con aplicaciones comprobadas del virus del moteado suave del pimiento para monitorear la calidad microbiana del agua, la eficiencia del tratamiento de aguas (residuales) y la seguridad alimentaria. Así pues, se requieren investigaciones futuras para desarrollar métodos rápidos, económicos y sin laboratorio para la detección de PMMoV, como enfoques de tipo “tira reactiva” basados en ensayos inmunológicos. El desarrollo de métodos de detección más accesibles permitirá una mayor explotación del PMMoV, tradicionalmente considerado una amenaza agrícola, como una herramienta vital para proteger la salud pública.
Fuente de este artículo
Este artículo fue publicado originalmente en la revista Plos Pathogens bajo la referencia: Symonds EM, Rosario K, Breitbart M (2019) Pepper mild mottle virus: Agricultural menace turned effective tool for microbial water quality monitoring and assessing (waste)water treatment technologies. PLoS Pathog 15(4): e1007639. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1007639; y el cual está disponible con acceso libre en la propia web de Plos Pathogens.
