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Análisis de la calidad del agua a través de organismos indicadores

Water Quality Analysis via Indicator Organisms

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Water Quality Analysis via Indicator Organisms

2.6: Community DNA Extraction from Bacterial Colonies

2.13: Culturing and Enumerating Bacteria from Soil Samples

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08:17 min

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April 30, 2023

Overview

Fuente: Laboratorios del Dr. Ian Pepper y el Dr. Charles Gerba – Universidad de Arizona
Demostrando autor: Luisa Ikner

Análisis de calidad de agua controla influencias antropogénicas tales como contaminantes, nutrientes, patógenos y cualquier otro componente que puede afectar la integridad del agua como un recurso. Contaminación fecal contribuye patógenos microbianos que amenazan la planta, el animal y la salud humana con la enfermedad. Crecientes demandas de agua y estrictas normas de calidad exigen que agua suministrado para recursos humanos o ambientales supervisar niveles del patógeno bajo. Sin embargo, monitoreo de cada patógeno asociado con la contaminación fecal no es factible, como técnicas de laboratorio implican costos, tiempo y mano de obra extensa. Por lo tanto, la detección de organismos indicadores proporciona una técnica simple, rápida y rentable para controlar patógenos asociados con las condiciones insalubres.

Principles

Los indicadores son fácilmente detectables organismos cuya presencia se correlaciona directamente a uno o más patógenos contaminantes de un ambiente. Para ser considerado un indicador apropiado, un organismo debe cumplir con los cinco siguiente criterio:

El organismo del indicador debe estar presente cuando el patógeno está presente, y el organismo del indicador debe estar ausente cuando el patógeno está ausente.
Concentración del organismo indicador debe correlacionar con la concentración del patógeno. Sin embargo, el organismo indicador debe encontrarse siempre en números más altos.
El organismo indicador debe ser capaz de sobrevivir más fácil y más en el entorno de lo patógeno.
Detección para el organismo del indicador debe ser fácil, seguro y económico.
El organismo del indicador debe ser eficaz para todo tipo de agua.

Mayoría de los indicadores es organismos entéricos o virus, que se encuentran comúnmente en la calientes sangre mamíferos y aviares gastrointestinales sistemas, dando una conexión directa a la contaminación fecal. Sin embargo, muchos indicadores pueden carecer de eficacia debido a una pobre correlación con ciertos patógenos. Dos de los organismos bacterianos indicador más ampliamente aceptada son Escherichia coli y coliformes debido a sus vínculos fecales y facilitan en análisis de laboratorio.

Colilert es un enfoque de tecnología (DST) de sustrato definido para detección simultánea, identificación y confirmación de e. coli y coliformes totales en muestras de agua. Esta técnica de laboratorio utiliza nutrientes del sustrato específicos para la vía metabólica de los organismos de cada indicador, enumerando solamente microorganismos deseados, que emite una señal cuando las bacterias alteran el compuesto. En presencia de coliformes, el nutriente de Orto-nitrofenil-β-D-galactopiranosida (ONPG) es hidrolizado por la enzima β-galactosidasa de los coliformes. El producto compuesto, Orto-nitrofenil, es un cromógeno que lanza una señal de color, convirtiendo el agua amarilla (figura 1).

Figura 1. Esquema mostrando el orto-nitrofenil lanzando una señal de color, convirtiendo el agua amarilla.

En presencia de e. coli, el nutriente de methylumbelliferyl-β-D-glucuronide (MUG) es dividido por la enzima glucuronidasa de las bacterias, produciendo un producto methylumbelliferone fluorescencia verde bajo luz ultravioleta (figura 2).

Figura 2. Esquema que muestra los nutrientes methylumbelliferyl-β-D-glucuronide (MUG) por la enzima glucuronidasa de las bacterias, produciendo un producto de methylumberlliferone fluorescencia verde bajo luz ultravioleta.

Colilert puede realizarse como prueba de presencia-ausencia (P-A) para indicar si o no los organismos existen en la muestra. Esta prueba se ha completado mediante la disolución del sustrato en muestras de agua de 100 mL, incubar a 35 ± 0,5 ° C por 24 h y observar las señales de color. Presencia de los indicadores también puede cuantificarse mediante la utilización de un sistema que determina el número más probable (MPN) para cada organismo. Este procedimiento consiste en disolver el sustrato en las muestras de agua de 100 mL que son selladas en una bandeja que contiene 49 pozos grandes y 48 pozos pequeños. La bandeja se incuba a 35 ± 0,5 ° C por 24 h, y luego se cuentan los pozos que contienen cambios de color positivo. La proporción de grandes a pequeños pozos que contienen señales positivas se alinea con la tabla MPN que proporciona la cuantificación de la presencia de cada organismo indicador presente. Reglamento de agua potable en los Estados Unidos exigir que cero coliformes presentes en 100 mL de agua potable.

Procedure

1. Colilert presencia – ausencia (P – A) prueba

Abra la botella plástica de Colilert 100 mL. La botella incluye una pequeña cantidad de reactivo en polvo que es necesario para las reacciones adecuadas, no se deshaga de este polvo.
Añadir 100 mL de muestra de agua en botella de Colilert.
Abrir el tubo de la almohadilla que contiene el sustrato de nutrientes y verter el contenido en la muestra de agua dentro de la botella de Colilert.
Tapa y sello de la botella de Colilert. Agite la botella vigorosamente, varias veces, invertir la botella hasta que el sustrato esté completamente disuelta.
Incubar la mezcla de la muestra de reactivo y agua dentro de la botella a 35 ± 0,5 ° C por 24 h.
Observar el cambio en la mezcla de la muestra de agua reactivo de color amarillo. El color amarillo indica coliformes está presente. Agua clara o no cambio de color indica que los coliformes están ausentes.
Exponer la muestra de agua reactivo a la luz ultravioleta y observar la fluorescencia azul. Fluorescencia azul indica que e. coli está presente. Ninguna fluorescencia indica que e. coli está ausente (figura 3).

Figura 3. P-una prueba negativa (izquierda), coliforme positivo (medio) y positivo de e. coli (derecha).

2. Colilert MPN: Quanti-tray 2000

Abra la botella de Colilert y 100 mL de muestra de agua en la botella de Colilert.
Abrir el tubo de la almohadilla que contiene sustrato nutrientes y vierta el contenido en la muestra de agua dentro de la botella de Colilert.
Tapa y sello de la botella de Colilert. Agite la botella vigorosamente, varias veces, invertir la botella hasta que el sustrato esté completamente disuelta.
Abra con cuidado la Quanti-tray 2000 apretando los bordes en la parte superior de la bandeja y tirando de la ficha de papel seguir apretando para que la bandeja está abierta.
Vierta la mezcla de la muestra de reactivo y agua en la bandeja y luego incubar la muestra dentro de la bandeja a 35 ± 0,5 ° C por 24 h.
Observar el cambio en la mezcla de la muestra de agua reactivo de color amarillo. Contar el número de grandes y pequeños pozos que señalan la presencia positiva para coliformes. El color amarillo indica coliformes está presente. Agua clara o no cambio de color indica que los coliformes están ausentes.
Exponen muestra de agua reactivo a la luz ultravioleta y observar fluorescencia azul. Contar el número de grandes y pequeños pozos que señalan la presencia positiva para e. coli. La fluorescencia azul indica que e. coli está presente. Ninguna fluorescencia indica que e. coli está ausente.
Utilice la hoja de Quanti-tray 2000 MPN (figura 4) para cuantificar la concentración para cada organismo del indicador en 100 mL de agua. Utilice la hoja de cálculo para comparar grandes: pequeña proporción bien positivo para enumerar la presencia de ambos organismos indicadores.

Figura 4. Quanti-tray negativo (izquierda), coliforme positivo (medio) y positivo de e. coli (derecha).

Análisis de calidad de agua es vital para salvaguardar la integridad de los recursos hídricos. La presencia de microorganismos indicador se correlaciona con la presencia de materia fecal, que puede contener agentes patógenos causantes de enfermedades. Organismos indicadores, por tanto, pueden utilizarse para evaluar la seguridad de los suministros de agua.

Contaminación fecal en agua presenta un riesgo significativo para la salud de plantas, animales y seres humanos, como agentes patógenos gastrointestinales son vertiente en un número muy elevado en las heces. Sin embargo, el monitoreo de muestras de agua para cada tipo de patógeno único asociado con la contaminación fecal no es factible. Prospección de organismos indicadores proporciona una manera simple, rápida y rentable para detectar contaminación fecal en recursos hídricos.

Este video ilustra los principios del uso de organismos indicadores para evaluar la calidad del agua, cómo probar muestras de agua recogidas y la interpretación y cuantificación de datos obtenidos.

Para ser utilizado como un indicador de calidad de agua, los organismos deben cumplir con cinco criterios específicos. En primer lugar, debe ser detectable en el agua donde el patógeno está presente, y ausente cuando el patógeno está ausente. En segundo lugar, el número de organismos indicadores debe corresponder con los niveles de patógenos. También debe ser más dura y persisten más tiempo en el ambiente que el patógeno. Por último, la detección debe ser sencilla, segura y barata y efectiva en todos los tipos de agua.

Dos de los grupos más comunes de indicador bacteriano son coliformes totales y coliformes fecales, generalmente e. coli. Coliformes totales pueden encontrarse en el intestino mamífero, pero también pueden ocurrir naturalmente en el suelo y aguas superficiales. Coliformes fecales son un subgrupo que residen en el tracto gastrointestinal de mamíferos y aves y continuamente son vertiente en las heces. Coliformes son vulnerables a las tensiones mismo ya que muchos patógenos comunes de intestino, como tratamiento de agua o bajos niveles de nutrientes, su presencia en una muestra de agua es un indicador útil de la presencia potencial de agentes patógenos. Coliformes totales y e. coli son fácilmente detectados en el entorno de laboratorio.

Para la detección, sustratos químicos se agregan a la muestra que los coliformes se metabolizan, dando como resultado un cambio de color. Para coliformes totales, ONPG agregado se convierte en el nitrofenol, convirtiendo el agua amarilla. Para coliformes fecales, e. coli convierte taza en un producto de metilo umbelliferone fluorescencia verde bajo luz ultravioleta. En su aplicación más simple, la prueba de sustrato puede confirmar la presencia o ausencia de coliformes existentes en el agua en el momento del muestreo.

En contraste con este método cualitativo, el número de coliformes totales por muestra puede estimarse utilizando una bandeja particiones especializada. Después se disuelve el sustrato reactivo, la muestra de agua es añadida a una bandeja que contiene pozos grandes y pequeños y luego se incubaron. Pozos de exponer el cambio de color se cuentan, y la proporción de pequeñas y grandes pozos mostrando señales positivas colorimétricas se alinea con un gráfico que indica la cantidad. Estados Unidos agua potable deben contener cero coliformes totales por 100 mL.

Ahora que estamos familiarizados con los principios del uso de organismos indicadores para identificar y cuantificar la contaminación del agua, vamos a echar un vistazo a cómo esto se lleva a cabo en el laboratorio.

Una vez que las muestras han sido recogidas, llevarlos a laboratorio para su análisis. Para comenzar, abrir una botella de plástico de 100 mL. Botellas pueden contener una pequeña cantidad de tiosulfato de sodio en polvo de reactivo que se utiliza para asegurar la neutralización de cualquier cloro que puede estar presente. Añadir 100 mL de muestra de agua en la botella. Abrir un tubo de almohadilla que contiene sustrato nutrientes y verter el contenido en la muestra de agua dentro de la botella. Tapa y sello de la botella, luego agitar vigorosamente, varias veces, invertir la botella hasta que el sustrato esté completamente disuelta. A continuación, incubar el frasco de reactivo muestra a 35 ° C por 24 h.

Observar el cambio en la mezcla de muestra-reactivo de color amarillo. Color amarillo indica que los coliformes están presentes. No hay cambio de color indica que los coliformes están ausentes. Finalmente, exponer la mezcla de muestra-reactivo a la luz ultravioleta y observar. Fluorescencia azul, en combinación con un cambio de color amarillo, indica que e. coli está presente. Ninguna fluorescencia indica ausencia.

Mayoría de número Probable, o MPN, también puede ser determinado para las muestras. Abrir una botella y añadir 100 mL de muestra de agua. Abrir el tubo de almohada de sustrato nutritivo y verter el contenido en la muestra de agua en la botella. Tapa y sello de la botella. Agite vigorosamente, invertir varias veces hasta que el sustrato esté completamente disuelta. Cuidadosamente abra la bandeja apretando los bordes en la parte superior y tire de la ficha de papel ejerza una presión constante para mantener la bandeja abierta. Vierta la mezcla de muestra-reactivo en la bandeja y el sello. Incubar la bandeja a 35 ° C durante 24 h.

Observar el cambio en la bandeja de la mezcla de muestra-reactivo de color. Contar el número de pozos de grandes y pequeños pozos que se han vuelto amarillos para indicar la presencia de coliformes. A continuación, exponer la bandeja muestra reactivo a la luz ultravioleta y observar fluorescencia azul. Contar el número de grandes y pequeños pozos que señal positiva presencia de e. coli.

Usando la hoja provista de MPN, cuantificar la concentración para cada organismo del indicador en 100 mL de agua. Encontrar el número de pozos positivos pequeños en la parte superior de la tabla y el número de pozos positivos grandes en el eje del lado izquierdo. La intersección de los dos dará una figura que representa el mayor número Probable, que es el número de organismos por cada 100 mL.

Coliforme total y pruebas de detección de e. coli se utilizan para verificar la contaminación en una gran variedad de muestras de agua.

Agua destinada para consumo humano o agua potable, se prueba rutinariamente para la contaminación. En orden para el agua se considere seguro, debería contener menos de 1 coliforme por 100 mL. Aquí, se recolectó agua del grifo y prueba de coliformes totales o e. coli contaminación, como se ha demostrado. Los resultados determinan si una fuente de agua era segura para el consumo.

Otra muestra comúnmente probado es agua residual tratada. El agua debe comprobarse para asegurar que sea seguro para la liberación en el medio ambiente o aplicaciones para el uso humano. Como altos niveles de contaminación se esperaban antes del tratamiento, la muestra de aguas residuales se diluyó a 1: 100, 000. Estas muestras fueron sometidas luego a coliforme total y pruebas de detección de e. coli y valores MPN calculados. El valor seguro después del procesamiento debe ser cero bacterias detectables indicador.

Sólo ha visto introducción de Zeus a prueba la calidad del agua utilizando organismos indicadores. Ahora debería entender cómo poner a prueba las muestras de agua para e. coli y otros coliformes y cómo cuantificar el grado de contaminación presente. ¡Gracias por ver!

Applications and Summary

Se utilizan organismos indicadores determinar rápidamente y a bajo costo de contaminación del medio ambiente. Ensayos de Colilert se utilizan para analizar la calidad del agua para beber, ocio y fuentes de aguas residuales. Calidad del agua debe cumplir con normas legales establecidas por la Agencia de protección ambiental (EPA) y departamentos de regulación del estado para ser aceptado como un recurso para el consumo humano o ambiental.

Ensayos de Colilert estratégicamente también se utilizan como marcadores de balance de masa dentro de la investigación ambiental, y estos datos pueden ser analizados junto con otros análisis ambientales para medir la correlación entre los resultados. Realizar una simple prueba de Colilert P-A da indicación si se contamina una muestra, que puede ser analizada junto a los resultados de investigación. Si el P-A se muestra que hay contaminación en el agua, las muestras de agua se utiliza en la investigación también puede tener contaminación que lleva a malinterpretar resultados, mientras que el MPN Quanti-tray proporciona una cuantificación de la línea base de contaminación presente. Por ejemplo, los organismos del indicador pueden utilizarse para correlacionar cuantificaciones de indicador con el número de patógenos en una muestra de agua. Si el dispositivo quanti-tray enumera números indicador de baja, esto sugiere que la muestra de agua debe también experimentar tendencias similares con niveles de bajo agente patógeno.

Transcript

Water quality analysis is vital to safeguard the integrity of water resources. The presence of indicator microorganisms is correlated with the presence of fecal matter, which may contain disease-causing pathogens. Indicator organisms can therefore be used to evaluate the safety of water supplies.

Fecal contamination in water poses a significant risk to the health of plants, animals, and humans, as gastrointestinal pathogens are shed in very high numbers in the feces. However, monitoring water samples for each type of unique pathogen associated with fecal pollution is not feasible. Surveying for Indicator organisms provides a simple, rapid, and cost effective way to detect fecal contamination in water resources.

This video will illustrate the principles behind using indicator organisms to evaluate water quality, how to test collected water samples, and the interpretation and quantification of resulting data.

To be used as a water quality indicator, organisms must meet five specific criteria. First, it should be detectable in water where the pathogen is present, and absent when the pathogen is absent. Second, the number of indicator organisms must correspond with pathogen levels. It should also be tougher and persist longer in the environment than the pathogen. Finally, detection should be easy, safe, and inexpensive, and effective across all water types.

Two of the most common bacterial indicator groups are total coliforms and fecal coliforms, typically E. coli. Total coliforms can be found in the mammalian gut, but may also occur naturally in soil and surface water. Fecal coliforms are a subset that reside entirely within the gastrointestinal tracts of mammals and birds and are continuously shed in feces. Coliforms are vulnerable to the same stresses as many common gut pathogens, such as water treatment or low nutrient levels, their presence in a water sample is a useful indicator of the potential presence of pathogens. Both total coliforms and E. coli are readily detected in the laboratory setting.

For detection, chemical substrates are added to the sample that the coliforms metabolize, resulting in a color change. For total coliforms, added ONPG is converted to nitrophenol, turning the water yellow. For fecal coliforms, E. coli converts MUG to a methyl-umbelliferone product that fluoresces blue-green under ultraviolet light. In its simplest application, the substrate test can confirm the presence or absence of coliforms existing in the water at the time of sampling.

In contrast to this qualitative method, the number of total coliforms per sample can be estimated using a specialized partitioned tray. After the reactive substrate is dissolved, the water sample is added to a tray containing large and small wells, and then incubated. Wells exhibiting the color change are counted, and the ratio of small to large wells demonstrating positive colorimetric signals is aligned to a chart that indicates a quantity. US drinking water supplies must contain zero total coliforms per 100 mL.

Now that we are familiar with the principles of using indicator organisms to identify and quantify water contamination, let’s take a look at how this is carried out in the laboratory.

Once samples have been collected, bring them into the laboratory for testing. To begin, open a 100-mL plastic bottle. Bottles may contain a small amount of powdered sodium thiosulfate reagent that is used to ensure the neutralization of any chlorine that might be present. Add 100 mL of water sample into the bottle. Open a pillow tube containing nutrient substrate and pour the contents into the water sample inside the bottle. Cap and seal the bottle, then shake vigorously, repeatedly inverting the bottle until the substrate is completely dissolved. Next, incubate the sample-reagent bottle at 35 °C for 24 h.

Observe the yellow color change in the sample-reagent mixture. Yellow color indicates that coliforms are present. No change in color indicates that coliforms are absent. Finally, expose the sample-reagent mixture to ultraviolet light and observe. Blue fluorescence, in combination with a yellow color change, indicates that E. coli is present. No fluorescence indicates absence.

Most Probable Number, or MPN, can also be determined for samples. Open a bottle, and add 100 mL of water sample. Open the pillow tube of nutrient substrate and pour the contents into the water sample in the bottle. Cap and seal the bottle. Shake vigorously, inverting repeatedly until the substrate is completely dissolved. Carefully open the tray by squeezing the edges at the top and pull back the paper tab. Apply constant pressure to keep the tray open. Pour the sample-reagent mixture into the tray and seal. Incubate the tray at 35 °C for 24 h.

Observe the color change in the sample-reagent mix tray. Count the number of large wells and small wells that have turned yellow to indicate the presence of coliforms. Next, expose the sample-reagent tray to ultraviolet light and observe blue fluorescence. Count the number of large and small wells that signal positive presence of E. coli.

Using the provided MPN sheet, quantify the concentration for each indicator organism present in 100 mL of water. Find the number of small positive wells along the top of the table, and the number of large positive wells on the left side axis. The intersection of the two will give a figure representing the Most Probable Number, which is the estimated number of organisms per 100 mL.

Total coliform and E. coli detection tests are used to check for contamination in a variety of water samples.

Water that is meant for human consumption, or potable, is routinely tested for contamination. In order for water to be deemed safe, it should contain fewer than 1 coliform per 100 mL. Here, water from a tap was collected, and tested for total coliform or E. coli contamination, as previously demonstrated. The results determined if a water source was safe for consumption.

Another sample commonly tested is treated wastewater. The water must be tested to ensure it is safe for release into the environment or repurposing for human use. As high levels of contamination were expected prior to treatment, the raw sewage sample was diluted to 1:100,000. These samples were then subjected to total coliform and E. coli detection tests, and MPN values calculated. The safe value after processing should be zero detectable indicator bacteria.

You’ve just watched JoVE’s introduction to testing water quality using indicator organisms. You should now understand how to test water samples for E. coli and other coliforms, and how to quantify the degree of contamination present. Thanks for watching!