Integración de secuenciación masiva al monitoreo de plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas para el estudio de comunidades bacterianas y genes de patogenicidad, con enfoque en la interconexión fisicoquímica, bacteriológica y molecular

Abstract

Hoy en día existe un gran desarrollo de herramientas moleculares con potencial aplicación en el monitoreo de comunidades bacterianas basadas en métodos de secuenciación masiva de siguiente generación (NGS). El empleo de estas herramientas en aguas residuales aumentó en los últimos años debido a la importancia de las plantas de tratamiento para la vigilancia epidemiológica (ej. durante la pandemia de SARS-CoV-2). Se conoce que las comunidades microbianas entéricas y ambientales varían durante el tratamiento de las aguas residuales, pero la información sobre su dinámica durante el tratamiento, específicamente la de las comunidades patógenas, es escasa. En Uruguay, aproximadamente el 50% de la población está conectada a sistemas de saneamiento y las plantas de tratamiento que reciben estas aguas tienen diferentes eficiencias de remoción de contaminantes. La tecnología más utilizada en el país por su poder de remoción de contaminantes y desinfección son las plantas de lodos activados con desinfección por radiación Ultravioleta (UV). El objetivo de este trabajo fue conocer la variación de la estructura comunitaria bacteriana y establecer la eficiencia de remoción de patógenos en tres plantas de aguas residuales con tratamiento terciario de lodos activados y desinfección por UV de Uruguay. Para la evaluación de la estructura comunitaria de las plantas se utilizó una aproximación basada en secuenciación de amplicones del gen ribosomal bacteriano ARNr 16S (estudio de la comunidad bacteriana), mientras que para detectar la remoción de genes de patogenicidad se utilizó una secuenciación dirigida a blancos específicos con un panel Ampliseq (presencia de bacterias patógenas). Los resultados obtenidos muestran un funcionamiento similar en todas las plantas evaluadas, ya que las comunidades encontradas en los distintos pasos del tratamiento fueron similares. La estructura comunitaria bacteriana de los afluentes, dominada por bacterias anaerobias de la microbiota intestinal humana, tuvo como filo más representado a Campylobacterota y el género más abundante fue Arcobacter, un género específico del tracto digestivo. Al pasar a los reactores, la comunidad sufrió cambios significativos, siendo Pseudomonadota el filo más abundante y Nitrosomonas el género más representado. En los efluentes se mantiene el filo Pseudomonadota como predominante. Los cauces receptores de los efluentes muestran, tanto aguas arriba como aguas abajo, comunidades diferentes a las presentes en las plantas de tratamiento, con bacterias específicas de cuerpos de agua. Luego del vertido de los efluentes en los cauces receptores, se observa un aumento de la diversidad bacteriana, con un ingreso de grupos provenientes de las plantas. En los cauces, aguas arriba del efluente, el filo más representado fue Bacteroidota, mientras que aguas abajo fue el filo Pseudomonadota. Una vez caracterizadas las comunidades bacterianas de las plantas, se buscó la presencia de aquellos géneros conocidos como patogénicos. Para ello, se utilizó la aproximación de AmpliSeq, que permite evaluar a estas comunidades con alta especificidad y resolución a través de la detección de genes involucrados en la virulencia. Los datos obtenidos revelaron ausencia de genes de virulencia pertenecientes a las bacterias indicadoras buscadas. En conclusión, determinamos que las comunidades microbianas presentes en las plantas de tratamiento de aguas residuales sufren cambios en su estructura a medida que los procesos de las plantas se desarrollan. En los afluentes observamos que existe una alta dominancia de un género de bacterias posibles patógenas emergentes no cultivables del género Arcobacter. De los efluentes podemos sugerir que su vertido en los cauces genera un impacto en la comunidad bacteriana de los mismos. La búsqueda de patógenos con el gen de ARNr 16S mostró baja cantidad de géneros con posibilidad de patogenicidad y la estrategia del panel de Ampliseq estudiadas no encontró ningún gen patogénico asociado para las muestras estudiadas. El poder de resolución de las herramientas moleculares permite diferenciar con mayor certeza el potencial peligro asociado a las muestras de aguas residuales. Esto, a su vez, permite mejorar su manejo. Un monitoreo rutinario de plantas de tratamiento puede ayudar a evaluar con mayor profundidad la peligrosidad de los efluentes.