Circumcidar o no circumcidar: prevenció del VIH

Des de la seva aparició als anys 80, el virus de la immunodeficiència humana (VIH) s’ha emportat la vida d’uns 40 milions de persones i continua exercint una important pressió socioeconòmica sobre la salut pública en tot el món. Malgrat l’ús d’antiretrovirals ha suposat una certa millora en el transcurs de la malaltia, sobretot pel que fa a la morbiditat i la mortalitat associades, en molts països, l’accés de la població a aquesta teràpia esdevé bastant problemàtic. Aquest fet, afegit a l’absència d’una vacuna efectiva, ha portat al desenvolupament de programes alternatius per al control del VIH. La circumcisió masculina ha estat una tradició en diverses parts d’Àfrica durant centenars d’anys. En diferents estudis s’ha observat que els grups africans en els quals la circumcisió es realitza rutinàriament en els nens, tenen menys casos de VIH dels trobats en grups on no és una tradició. Aquesta troballa va fer pensar que la circumcisió podria conferir cert grau de protecció contra el VIH. [1,2]

La circumcisió i els seus beneficis

La circumcisió és l’escissió total o parcial del prepuci, que és la pell que cobreix el gland del penis. La pràctica de la circumcisió està molt estesa; es duen a terme unes 25 circumcisions per minut al món i un 25% de la població masculina està circumcidada. Actualment, els beneficis associats a la circumcisió masculina són molt diversos: prevenció de malalties de transmissió sexual, infeccions del tracte urinari, tractament de fimosi, parafimosi i reducció del risc de patir càncer de penis i càncer de pròstata. L’efecte beneficiós de la circumcisió es troba en que s’elimina el sac del prepuci, el qual actua com a reservori de patògens, millorant la higiene del penis.[3,4]

Com la circumcisió ajuda a prevenir la infecció per VIH?

S’han trobat diferents explicacions per com la circumcisió masculina ajuda a prevenir la transmissió de la SIDA. S’ha estudiat que la superfície més gran de la mucosa de l’home sense circumcidar augmenta el potencial d’entrada del VIH. La superfície inferior del prepuci conté un important nombre de cèl·lules immunològiques, incloent les cèl·lules de Langerhans, que són una diana primària del VIH. Per aquest motiu, una retirada o una reducció del prepuci esdevé una disminució en el nombre de cèl·lules del sistema immunitari i una conseqüent disminució de les dianes que el virus pot emprar per a entrar a l’organisme. Durant l’activitat sexual, l’epiteli de la mucosa es torna més fi per la tensió deguda a l’erecció i es torna propens a patir esquinços quedant exposat directament a les diferents secrecions afavorint la transmissió del virus. [1,3]

També s’ha postulat que la ceratinització, tot i que no és immediata, de la superfície de les glàndules del penis associada a la circumcisió, podria contribuir al seu efecte protector. La ceratinització requereix temps per desenvolupar-se, el que suggereix que l’aparició de l’efecte màxim no es produirà fins bastants mesos o anys després d’haver estat realitzada la circumcisió. Una altre punt a tenir en compte, és que les malalties de transmissió sexual són un factor de risc important en la transmissió i adquisició del VIH. Com que la circumcisió masculina ajuda a prevenir-les, esdevé un mètode preventiu del VIH. [1,3,5]

Impacte de la circumcisió sobre la infecció per VIH

Molts estudis es basen en la utilització de models matemàtics per fer prediccions del que podria suposar una expansió d’aquesta pràctica. Per exemple, el grup de Bertran Auvert basa el seu model en dades de països del sud d’Àfrica i de la regió sub-Sahariana, tenint en compte la proporció d’homes circumcidats i d’homes VIH positius. Van assumir que si la circumcisió es promogués intensament, tots els homes en aquests països serien circumcidats en deu anys. A partir dels deu anys següents s’evitarien dos milions de nous casos i 0.3 milions de morts. I al cap de vint anys, es previndrien 3.7 milions de casos i 2.7 milions de morts. La major part de l’impacte inicial seria en homes, però la reducció en el nombre d’homes VIH positius disminuiria el risc d’infecció de les dones al llarg del temps. En conjunt i en base a aquests càlculs, la circumcisió masculina reduiria la taxa d’infeccions un 37%, tant la transmissió d’home a dona com de dona a home. La grandària d’aquest impacte variaria d’un país a un altre: seria més gran al sud d’Àfrica on les taxes d’infecció de VIH són més elevades i on les taxes de circumcisió són relativament més baixes comparat amb la resta de l’Àfrica sub-Sahariana [2,6].

La circumcisió, a més de ser un mètode eficaç per a la prevenció de la infecció per VIH, és també una de les estratègies més eficaces a nivell econòmic que pot ajudar a disminuir les despeses del sistema sanitari que cada any s’inverteixen en la prevenció i tractament de la SIDA. Com a exemple, diversos estudis duts a terme al Sud d’Àfrica han calculat i comparat les despeses que suposarien per al sistema sanitari el fet de realitzar la circumcisió masculina com a mètode de prevenció, enfront d’haver de realitzar un tractament amb antiretrovirals de per vida. Els resultats d’aquests estudis arriben a la conclusió de que la realització de la circumcisió a l’Àfrica tindria un cost de $54,72 per persona, mentre que el cost del tractament amb antiretrovirals de per vida per persona suposaria d’una despesa per al sistema sanitari de $11948 [7,8].

Conclusions

Podem concloure que la circumcisió prevé la infecció per VIH, tot i no ser 100% efectiva, però creiem que no serà per si sola la solució per eradicar la pandèmia de la SIDA. Serien altres mètodes preventius (preservatius, educació sexual, etc.) juntament amb la circumcisió el que donaria una protecció més completa enfront la infecció. També cal tenir en compte que la realització de la circumcisió seria més útil en països que no tenen accés als preservatius o d’altres mètodes anticonceptius que els que sí. Un altre punt a considerar és que no tots els països tenen la mateixa educació sexual, és a dir, que per raons culturals siguin contraris al seu ús. A llarg termini, la circumcisió comportaria una reducció de morts i infectats per SIDA així com una menor necessitat de les teràpies amb anti-retrovirals. Per això l’OMS i la UNAIDS han recomanat que la circumcisió sigui considerada com una part important en els programes d’intervenció en aquells països on la SIDA té una gran prevalença, per exemple Sud-àfrica.

Bibliografia

[1] Sinjani A. Male circumcision to prevent HIV transmission and acquisition: what else do we need to know? AIDS and Behaviour 2007: 11, 357-363.
Disponible a: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18500994

[2] Williams BG, Lloyd-Smith JO, Gouws E, Hankins C, Getz WM, Hargrove J, et al. The potential impact of male circumcision on HIV in Sub-Saharan Africa. PLoS Med. 2006 Jul;3(7):e262.
Disponible a: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16822094

[3] Morris BJ. Why circumcision is a biomedical imperative for the 21(st) century. Bioessays 2007 Nov;29(11):1147-1158.
Disponible a: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17935209

[4] Singh-Grewal D, Macdessi J, Craig J. Circumcision for the prevention of urinary tract infection in boys: A systematic review of randomized trials and observational studies. Archives of Diseases in Childhod 2005: 90, 853–858.
Disponible a: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15890696

[5] Szabo R, Short RV. How does male circumcision protect against HIV infection? BMJ 2000 Jun 10;320(7249):1592-1594.
Disponible a: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10845974

[6] Hallett TB, Singh K, Smith JA, White RG, Abu-Raddad LJ, Garnett GP. Understanding the impact of male circumcision interventions on the spread of HIV in southern Africa. PLoS ONE 2008 May 21;3(5):e2212.
Disponible a: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18493593

[7] Kahn JG, Marseille E, Auvert B. Cost-effectiveness of male circumcision for HIV prevention in a South African setting. PLoS Med. 2006 Dec;3(12):e517.
Disponible a: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17194197

[8] Clearly S, Boulle A, McIntyre D, Coetzee D. Cost-effectiveness of antiretroviral treatment for HIV-positive adults in a South African township. Cape town: Médecins Sans Frontières, Health Systems Trust. University of Capetown. 2004 Mar; 67p.
Disponible a: http://www.hst.org.za/uploads/files/arv_cost.pdf

Enllaços d’interès per profunditzar en la prevenció de la infecció de VIH mitjançant la circumcisió:

• Organització Mundial de la Salut. Disponible a: http://www.who.int/hiv/topics/malecircumcision/en/
• Center for disease control. Disponible a: http://www.cdc.gov/hiv/resources/factsheets/circumcision.htm
• Quinn TC. Circumcision and HIV transmission. Curr Opin Infect Dis. 2007; 20 (1):33-8.

del Amo E, Andrés C, Berbel D, Fontal B, Viaplana C, Vidal A.

KETCHUP, MOSTASSA o BACTERIÒFAGS?

Gallego A, Gómez M, Hernández M, Llobet M, Llop C, Solorzano J.

Poc després del descobriment dels bacteriòfags per part d’Edward Twort (1915) i Felix d’Herrelle (1917) es va pensar en l’aplicació d’aquests microorganismes per combatre les infeccions bacterianes (fagoteràpia). Malgrat això, en aparèixer els antibiòtics aquesta línia de recerca va quedar pràcticament abandonada. Actualment ha tornat a guanyar interès degut al problema de les resistències adquirides pels bacteris [1].

En aquest article ens centrarem en l’aplicació que tenen els fags actualment en la indústria alimentària, amb el propòsit d’analitzar els diferents àmbits on s’utilitzen els bacteriòfags, el procediment que es segueix i els avantatges i possibles inconvenients que presenten.

Què són els bacteriòfags?

Els bacteriòfags són virus que reconeixen receptors específics dels bacteris i introdueixen el seu DNA a la cèl·lula hoste. Existeixen dos tipus: els lisogènics i els lítics. Com veurem més endavant, els lisogènics seran útils en la detecció de patògens, mentre que els lítics es poden fer servir tant per a la detecció com per a la seva eliminació.

Perquè es realitzi el cicle d’infecció, cal que el bacteriòfag s’apoderi de la maquinària bacteriana biosintètica per a la posterior replicació. És per aquest motiu que no poden sobreviure sinó és en presència de cèl·lules metabòlicament actives [2].

Vídeo 1: Mecanisme d'infecció d'un bacteriòfag lític.

El nombre de fags al planeta supera el nombre de bacteris; es troben en quantitats enormes a l’ambient i als aliments. Milions de fags existeixen en el nostre sistema digestiu i regularment en consumim milions més amb l’aigua (8·106 bacteriòfags/ml) i amb el menjar [3].

El seu paper a la indústria alimentària

El nombre de casos de malalties alimentàries està incrementant contínuament. Per exemple, quan es va descriure Escherichia coli O157:H7 es tractava d’un serotip molt rar però avui dia, és una de les causes més comuns d’aquest tipus de malalties en països industrialitzats [1]. La següent taula reflecteix la importància epidemiològica dels patògens alimentaris.

Taula 1: Número d'infeccions per patògens alimentaris per any als EE.UU (2007). Font: Centers of Disease Control and Prevention [4]

La Salmonella i la Listeria són d’especial importància. La Salmonellosis provoca diarrea, febre i dolor abdominal. Comprovant l’eficiència dels fags, Goode et al. (2003) va observar l’eradicació de soques de Salmonella susceptibles als fags i a més, les soques resistents aconseguien ser eliminades a concentracions més altes [1].

La Listeriosis cursa amb febre, dolors musculars i nàusees o diarrea. La infecció per Listeria monocytogenes té baixa incidència però una mortalitat elevada (30%) ja que pot sobreviure i multiplicar-se en un ampli rang de condicions ambientals, fins i tot a temperatures refrigerants (Farber and Peterkin 1991) [1].

Les infeccions bacterianes es poden evitar tenint un control exhaustiu de la manipulació, conservació i qualitat dels aliments [5]. Actualment als EE.UU ja s’utilitza un preparat de bacteriòfags creat per l’empresa Intralytix, Inc. com a mètode de descontaminació [6]. L’aplicació d’aquests microorganismes es dóna a diferents nivells del processament d’aliments i en una àmplia gamma d’àmbits de la indústria alimentària.

Reducció dels enteropatògens a l’aviram i bestiar

Alguns patògens alimentaris (Salmonella, Campylobacter) són contaminants habituals de l’aviram i del bestiar doncs parasiten de manera asimptomàtica el seu intestí. Es transmeten a través d’altres vectors des de la femta a altres animals, a la collita o als humans. També poden contaminar la carn directa o indirectament. Per a reduir aquests enteropatògens s’administren els bacteriòfags als animals a través d’injeccions intramusculars o aerosols [2].

Tractament de l’aliment

El 18 d’agost del 2006, la FDA (Food and Drug Administration) va aprovar l’ús d’una preparació de sis bacteriòfags per ser utilitzats en carn precuinada com a agent antimicrobià contra la Listeria monocytogenes als EE.UU. Aquesta preparació s’aplica a la superfície de la carn en forma d’esprai abans de ser envasada. De la mateixa manera s’aplica l’esprai sobre la superfície de treball o dels utensilis per evitar la contaminació creuada per manipulació o per tallament [6].

Vídeo 2: Reportatge de notícies de la CBS referent a l'ús dels bacteriòfags als EE.UU.

En alguns processos de la indústria alimentària, com són la fermentació de productes càrnics, làctics, begudes alcohòliques etc. els bacteriòfags són indesitjables ja que lisen els bacteris fermentadors. No obstant, els bacteriòfags emprats en la fagoteràpia, no afecten negativament sobre aquest procés ja que tenen una gran especificitat [1].

Detecció de patògens mitjançant fags

Quan els bacteris patògens es troben en fase de creixement es procedeix a la detecció d’aquests per diferents sistemes. Un exemple és l’assaig per amplificació de bacteriòfags, un mètode eficient i ràpid (4 hores). Aquest assaig està basat en l’aplicació de fags específics en una mostra on es vol detectar la presència del bacteri diana. Com que el nombre de fags viables després de la infecció no és suficient per a detectar-los, s’amplifiquen en una variant del bacteri no patogènica. Si la mostra està contaminada amb el bacteri diana veurem plaques al cultiu [7].

Imatge 1: Esquema del procediment de l'assaig per amplificació de bacteriòfags.

També existeix la possibilitat d’utilitzar fags lisogènics. En aquest cas, la detecció de bacteris es realitza mesurant l’activitat d’un gen reporter (luciferasa) que és introduït al genoma bacterià conjuntament amb el material genètic viral i que només s’expressa després de la infecció [1].

Conclusions

Tot i que en aquest article ens centrem en l’ús industrial, hi ha altres possibles usos, com per exemple reduir infeccions nosocomials causades per bacteris multirresistents, com a alternativa als antibiòtics per a humans, per tractar les llavors i les plantes contra diferents microorganismes i per la higiene ambiental. Som conscients que els bacteris poden esdevenir resistents, i és per això que caldria l’aplicació de diferents variants de fags cada determinat temps per evitar aquest fet.

La nostra opinió sobre aquest tema difereix de l’actual legislació europea, ja que no està autoritzat l’ús de bacteriòfags per a la desinfecció dels aliments. Però encara que es fessin servir aquests tipus de productes, el rigor higiènic que es segueix no s’hauria de relaxar. Per tant, estaríem d’acord en emprar els bacteriòfags, no només en la indústria per la prevenció i detecció de contaminació bacteriana, sinó també a nivell sanitari. Pensem que no poden esdevenir un risc per la salut dels humans perquè degut a la seva especificitat no poden afectar a la nostra microflora.


Referències

[1]. Hagens S, Loessner MJ. Aplication of bacteriphages for detection and control of foodborne pathogens, Appl Microbiol Biotchnol, 2007.
[2]. Doyle MP, Erickson MC. 2006. Reducing the carriage of foodborne pathogens in livestock and poultry. Poult. Sci. 85(6): 960-73
[3]. Hagens, S, Offerhaus, M. Bacteriophages New Weapons for Food Safety, Food Technology, April 2008, Vol. 62. No. 4. pp 46-54
[4]. Centers for Disease Control and Prevention. Disease & Conditions [Sede web]. Atlanta [Actualització 20 Maig 2008].
[5]. Agencia Española de Seguridad Alimentaria y Nutrición.
[6]. FDA approval of Listeria-specific bacteriophage preparation on readyto-eat (RTE) meat and poultry products. U.S. FDA Center for Food Safety and Applied Nutrition. Agost 2006.
[7]. Stewart GS, Jassim SA, Denyer SP, Newby P, Linley K, Dhir VK. The specific and sensitive detection of bacterial pathogens within 4 h using bacteriophage amplification. J Appl Microbiol. 1998. 84(5): 777-83.

COCCOLITOS vs CO2

EL CO₂ Y EL CAMBIO CLIMÁTICO

El cambio climático es uno de los problemas medioambientales que más preocupa hoy día en el mundo. La comunidad científica, a partir de diversos estudios, ha llegado a un amplio acuerdo en cuanto a la idea de que el incremento de la concentración de una serie de gases efecto invernadero (dióxido de carbono, gas metano y óxido nitroso entre otros) en la atmósfera terrestre, está provocando alteraciones en el clima. Así pues, los gobiernos acordaron en 1997 el Protocolo de Kioto del Convenio Marco sobre Cambio Climático de la ONU (UNFCCC). Este Protocolo es el único mecanismo internacional para empezar a hacer frente al cambio climático y minimizar sus impactos. Aún así, todavía hay ciertas discrepancias en torno a la pregunta de si existe o no el cambio climático^[1].

Desde hace unos años se han estudiado alternativas para paliar el efecto invernadero. Una de las propuestas se basa en fertilizar el mar para promover el aumento de fitoplancton que elimina CO₂ atmosférico secuestrándolo en el océano^[2].

LA IMPORTANCIA DE LOS OCÉANOS

Como ya hemos mencionado, el aumento de CO₂ atmosférico (80 ppm desde la Revolución Industrial) es uno de los causantes del efecto invernadero y además a largo plazo puede modificar el ciclo del carbono en la Tierra de forma impredecible.

El océano juega un papel dominante y vital en este ciclo: la cantidad total de CO₂ en el océano es unas cincuenta veces mayor que en la atmósfera, además, el 48% del carbono emitido por la combustión de carburantes fósiles es secuestrado en el océano^[3]. Por esta razón se ha escogido como lugar para acabar con el CO₂ sobrante.

EMILIANIA HUXLEYI Y LOS COCCOLITOS

El Coccolitoforo Emiliania huxleyi es el mayor productor de carbonato cálcico (CaCO₃) del océano ^[4][5][6], vive cerca de la superficie, siempre en la zona donde llega la luz solar^[7].

El CO₂ atmosférico se disuelve en la superficie del agua formando ácido carbónico, bicarbonato y carbonato. El HCO₃^- obtenido por la interacción del CO₂ con el agua, es el substrato del microorganismo para crear unas estructuras carbónicas insolubles llamadas coccolitos. Éstas se desprenden continuamente del microorganismo y un tanto por ciento se deposita en el fondo oceánico. Si éste es suficientemente profundo, el carbono no vuelve a la atmósfera en milenios^[5][8].

La producción de carbonato cálcico por parte de Emiliana huxleyi depende directamente de la presión parcial de CO₂ atmosférico ^[4].

De forma similar a los coccolitóforos, las foraminíferas y los pterópodos (zooplancton) también son capaces de reducir el CO₂ atmosférico, aunque en menor medida^[8].

FERTILIZACIÓN: ¿UNA SOLUCIÓN?

“Give me half a tanker of iron, and I’ll give you an ice age”. Esta afirmación (un tanto exagerada) fue hecha por John Martin, artífice de la teoría del hierro (1988). En esta teoría, proponía sembrar la superficie de los océanos adecuados con polvo de hierro. Esto haría aumentar drásticamente la población de ciertos microorganismos. Estos protistas podrían absorber suficiente CO₂ atmosférico para reducir la temperatura en la Tierra. Puede que al aumentar el fitoplancton, aumente también la formación de dimetilsulfuro que participa en la formación de nubes y por tanto, podría enfriar la atmósfera^[2].

El concepto parece simple, pero las consecuencias son difíciles de predecir.

De momento, se han llevado a cabo 12 pruebas a pequeña escala que demuestran que la fertilización con hierro realmente disminuye el CO₂ atmosférico, aunque de manera menos eficiente y permanente de lo que se esperaba (tan sólo se eliminan 1.000 toneladas de CO₂ de las 30.000-110.000 predichas teóricamente)^[8][10].

Por ahora, sólo existen datos para confirmar el secuestro de CO₂ durante décadas, gracias a experimentos como IronEx^[11] y controles in situ vía satélite, pero no existe un modelo ecológico que prediga los efectos a medio y largo plazo y a gran escala.

Además estos experimentos no determinan la cantidad de carbono que queda atrapado en el fondo oceánico.

FERTILIZACIÓN: ¿UNA CALAMIDAD?

Los críticos a esta teoría, afirman que la fertilización podría dañar el ecosistema marino en vez de estabilizarlo^[12]. Algunos, enfatizan que el océano puede tener otras deficiencias nutricionales además del hierro (han identificado el silicio como un componente crucial en el transporte del carbono, por ejemplo) ^{[13] [14]}. Pero, cada “corrección” en la composición del agua de los océanos podría traer consecuencias inesperadas.

Por una parte, se cree que puede disminuir la diversidad biológica, ya que debido al aumento de la concentración de nutrientes, la luz no pasaría a las aguas más profundas. Conjuntamente, causaría una disminución de pH demasiado rápida como para que las especies tengan tiempo suficiente para adaptarse al nuevo medio^[15]. Además, cuando el fitoplancton muere, hay una remineralización, que a cantidades elevadas puede dar a lugar a una disminución importante de oxígeno, causando la muerte de muchas especies marinas. Por otra parte, se cree que el hierro podría, por ejemplo, aumentar el crecimiento de algas tóxicas, que podrían matar a otras formas de vida marina o cambiar la química del agua mediante la eliminación del oxígeno^[11][16][17]

Mark Lawrence del instituto Max-Planck (Alemania) agrega que la fertilización con hierro a gran escala podría tener un impacto atmosférico y climático inesperado, como el adelgazamiento de la capa de ozono y la intensificación de los niveles de luz ultravioleta en la superficie de la Tierra. ^[18]

ENTONCES, ¿QUÉ HACEMOS?

Se ha visto en algunos experimentos hechos en el laboratorio y en océanos (a pequeña escala) que Emiliania huxleyi es capaz de secuestrar CO₂ atmosférico. Aún así, todavía no se han conseguido modelos que representen el impacto que tendría en el ecosistema la fertilización del mismo a gran escala.

También debe considerarse el hecho de que cada océano tiene sus propias características y composición, por tanto la fertilización en cada caso debería ser distinta.

No creemos que sea prudente utilizar esta técnica, al menos por el momento, ya que es cara y no garantiza los resultados.

Aún así, opinamos que conseguir aumentar la retención de CO₂ en los océanos es una buena base sobre la que seguir construyendo propuestas que permitan reducir el efecto invernadero. Pero, ¿compensa arriesgar la contaminación del océano para reducir la cantidad de CO₂?

Existen ya diversos planteamientos alternativos como, por ejemplo, colocar tubos de plástico que permitan transportar los nutrientes del fondo a la superficie del océano o fertilizar con nitrógeno zonas pobres en este elemento^[19].

Balcells R, Ruiz C, Solozabal M, Suarez M, Villacampa A.

REFERENCIAS

[1] Greenpeace, Greenpeace Internacional [Home Page].[acceso 12 mayo 2008]. Disponible en: http://www.greenpeace.org/international

[2] Carolina Dopyera,The Iron Hipótesis [Home Page]. Carolina Dopyera; 1996 [2008, acceso 14 mayo 2008]. Disponible en: http://www.palomar.edu/oceanography/iron.htm

[3] NASA Science [Home Page]. Greg Williams [actualización 15 mayo 2008; acceso 17 mayo 2008]. Carbon Cycle. Disponible en: http://nasascience.nasa.gov/earth-science/oceanography/ocean-earth-system/ocean-carbon-cycle

[4] Iglesisas-rodrigez MD et al. Pyitoplankton in calcification a High-CO2 World. Science. 2008 Apr 18;320(5874): 336-40

[5] Brown CW, Podesta GP. Remote Sensing of Coccolithophore Blooms in the Western South Atlantic Ocean, remote sens. Environ.1997;60:83-91.

[6] NASA Herat.The wild blue wonder [Home Page] University of Washinton [Actualizado el 27 de enero del 2003; acceso 15 de mayo 2008]. Disponible en: http://kids.earth.nasa.gov/seawifs/beringsea.htm

[7] Science AAAS. Earthguide.Image Library [home page] University of California; [actualizado el 22 de octubre 2002; acceso 16 de mayo 2008 ]. Disponible en : http://earthguide.ucsd.edu/earthguide/imagelibrary/emilianiahuxleyi.html

[8] Hugo Powell. Fertilizing the Ocean with Iron. Oceanus Magazine [revista en internet] 2008 [acceso 15 de mayo de 2008]; 46 (1). Disponible en: http://www.whoi.edu/oceanus/viewArticle.do?id=35609&sectionid=1000

[9] Brown CW, Podesta GP. Remote Sensing of Coccolithophore Blooms in the Western South Atlantic Ocean, remote sens. Environ.1997;60:83-91.

[10] Graeme C. Hays, Anthony J. Richardson and Carol Robinson. Climate change and marine plankton. Sciencedirect [revista en internet] June 2005 [acceso 17 de mayo de 2008]; 20 (6). Disponible en: http://www.swan.ac.uk/bs/turtle/reprints/Hays_etal_TREE_2005.pdf

[11] Communiqué del Grupo ETC. Jugando con Gaia [Home page]. 01-02/2007. Disponible en:
http://www.etcgroup.org/upload/publication/607/03/geoengineeringcom93_spanish.pdf

[12] Quirin Schiermeier. Climate change: The oresmen. Nature. 09/01/2003; 421 (pp.109-110). Disponible en: http://www.nature.com/nature/journal/v421/n6919/full/421109a.html

[13] Sallie W. Chisholm, Paul G. Falkowski, John J. Cullen. OCEANS: Dis-Crediting Ocean Fertilization. Science. 12/10/2001; Vol. 294. no. 5541 (pp. 309 – 310). Disponible en: http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/294/5541/309

[14] Quirin Schiermeier. Only mother nature knows how to fertilize the ocean [Home page]. Nature News. 23/04/2007. Disponible en: http://www.nature.com/news/2007/070423/full/070423-8.html

[15] Rachel Courtland. Brittlestars can survive acid oceans [Home page]. Nature News. 07/05/2008. Disponible en:

http://www.nature.com/news/2008/080507/full/news.2008.803.html

[16] Rachel Courtland. Phytoplankton responding to climate change [Home page]. Nature News. 17/04/2008. Disponible en:

http://www.nature.com/news/2008/080417/full/news.2008.760.html

[17] ESPERE Climate Encyclopaedia [Home Page]. ESPERE Association [actualización 21 diciembre 2005; acceso 16 mayo 2008]. Nutrients in the oceans. Disponible en: http://espere.mpch-mainz.mpg.de/documents/pdf/06Oceans/OceansBasicsUnit2.pdf

[18] Mark G. Lawrence. Side Effects of Oceanic Iron Fertilization. Science. 20/09/ 2002;Vol. 297. no. 5589 (p. 1993). Disponible en: http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/297/5589/1993b

[19] Hugo Powell. A Rash of Proposals Emerges to Transfer. Oceanus Magazine [revista en internet] 2008 [acceso 15 de mayo de 2008]; 46 (1). Disponible en: http://www.whoi.edu/oceanus/viewArticle.do?id=35609&sectionid=1000

OTRAS REFERENCIAS

CNN.com. Ocean fertilization yields hope, uncertainty for global warming [Home Page]. San Francisco; 2001 [acceso 18 de mayo de 2008]. Disponible en: http://archives.cnn.com/2001/NATURE/01/23/paradise.dump/index.html

ESPERE Climate Encyclopaedia [Home Page]. ESPERE Association [actualización 21 diciembre 2005; acceso 16 mayo 2008]. Gases from phytoplankton. Disponible en: http://espere.mpch-mainz.mpg.de/documents/pdf/06Oceans/OceansBasicsUnit3.pdf

Kenneth H. Coale. Moss Landing Marine Laboratories [Home Page]. California; 2007 [acceso 18 de mayo de 2008]. Disponible en: http://www.mlml.calstate.edu/?id=77

Nature News, Only mother nature knows how to fertilize the ocean [Homepage]. 23 April 2007 [acceso 18 de mayo de 2008]. Disponible en: http://www.nature.com/news/2007/070423/full/news070423-8.html

BIOPLÁSTICOS ¿SON FANTÁSTICOS? BIODEGRADABILIDAD ¿ES REALIDAD?

LOS PLÁSTICOS: EL PROBLEMA

Los plásticos han formado parte de nuestra vida desde 1907, año en que se creó el primer plástico sintético, la baquelita [1]. Desde entonces, el plástico ha pasado a ser un material imprescindible en diferentes campos [2].

Consideramos plástico aquel material o compuesto orgánico y polimérico, sintético o procedente de sustancias naturales y que puede ser transformado mediante calor o presión. Actualmente, sus sustratos más importantes son el petróleo y el gas [2,3].

Las características del plástico: versatilidad, bajo coste de producción y propiedades técnicas; y su gran expansión han provocado que las cifras de producción de plástico alcanzaran los 202 millones de toneladas en el año 2000 y se espera que esta cifra aumente un 5% en 2010 [2]. Sus residuos llegan a cifras impactantes, por ejemplo, en Cataluña se generan 4,2 kg/habitante anuales, una cantidad superior a la media española (3,9 kg/año) [4].

La magnitud de los residuos supone un problema medioambiental y requiere la búsqueda de soluciones para eliminar los residuos plásticos. El reciclaje (aunque en 2005 sólo se procesaron un 10% de los residuos [5]) y la incineración son dos de ellas. No obstante, estas técnicas conllevan la emisión de gases tóxicos y cambian las propiedades físicas del plástico reduciendo sus posibles aplicaciones. Otras opciones han sido la acumulación de residuos en vertederos o su vertido en océanos, que comportan la contaminación y muerte de organismos. Recientemente, se investiga la posibilidad de que sean los microorganismos los que sinteticen y degraden el plástico [8].

BIODEGRADACIÓN DE PLÁSTICOS

La presión para solucionar el problema ha llevado a la creación de plásticos biodegradables (metabolizados por microorganismos dando lugar a agua, CO2, metano y biomasa), de los cuales existen tres clases [6,7,8]:

· Fotodegradables: desintegrados a menor peso molecular por la luz ultravioleta y así, más fácilmente asimilables por bacterias.
· Plásticos con almidón: atacados por bacterias y fragmentados a oligómeros más biodegradables.

· Biopolímeros: polímeros originados por microorganismos.

A parte de los plásticos biodegradables mencionados, estudios recientes muestran que mediante los procesos químicos de hidro- y oxo-biodegradación (naturales o inducibles) se incrementa la capacidad hidrofílica de las moléculas. Como consecuencia adquieren propiedades mecánicas más débiles haciéndolos accesibles a enzimas microbianas. Éstas rompen los complejos poliméricos en moléculas de cadena suficientemente corta como para atravesar la membrana celular y ser utilizadas como fuente de carbono y energía. Como resultado se emite CO2, y en el caso de la hidro-biodegradación también metano. Los microorganismos encargados y las vías de degradación utilizadas dependen de las condiciones medioambientales [9, 10].

Imagen 1. Rutas de oxo e hidro-biodegradación

Un ejemplo de biodegradación es la del polietileno, uno de los plásticos más utilizados (en bolsas de plástico, etc.) formado por grandes polímeros muy hidrofóbicos. En su forma natural es difícilmente biodegradable, pero es posible conseguir su degradación mediante la modificación de su nivel de cristalización, su peso molecular y sus propiedades mecánicas. Esto se puede realizar aumentando su capacidad hidrofílica y/o reduciendo la longitud de sus polímeros por oxidación para que así sea un material accesible a microorganismos como el hongo Penicillium simplicissimum YK [9].

BACTERIAS PRODUCTORAS DE PLÁSTICO

Más de 250 distintos tipos de bacterias son capaces de sintetizar y acumular distintos tipos de polihidroxialcanoatos (PHAs) como fuente alternativa de carbono y energía. Estos biopolímeros podrían llegar a sustituir los plásticos actuales [11].

Biosíntesis de PHA
Cuando los microorganismos se encuentran en una situación desfavorable en la que falta nitrógeno, fósforo, oxígeno o magnesio y tienen un exceso de carbono activan la biosíntesis de PHAs. Según la especie bacteriana y la fuente de carbono podemos distinguir dos principales rutas biosintéticas: las que producen PHAs de cadena media y PHAs de cadena corta.

Imagen 2. Acumulación de PHA en gránulos en Rhodobacter shaeroides [17]

Para obtener este polímero sintetizado en el interior del citoplasma bacteriano se lisan las membranas citoplasmáticas mediante soluciones acuosas, después se aísla y se purifica el PHA. Actualmente, la opción más rentable es el cultivo de plantas transgénicas que expresan enzimas bacterianas necesarias para la síntesis de dichos polímeros [11].

Imagen 3. Ciclo del PHA [18]


Este plástico se degrada por dos vías principales, una intracelular y otra extracelular, mediante PHA hidrolasas y PHA depolimerasas [12]. Sin embargo, el tiempo de degradación de una pieza de PHA va de unos meses hasta años dependiendo de la composición del plástico y de las condiciones del medio.

Aplicaciones
Las propiedades de los diferentes PHAs y sus posibles tratamientos proporcionan un inmenso abanico de aplicaciones [13]. Algunos ejemplos serían: en embalaje y contenedores; en artículos de higiene personal; en cápsulas de fertilizantes agrícolas, etc. Además, al tratarse de un producto del metabolismo celular y estar presente en la sangre, resulta útil para la producción de prótesis e implantes biocompatibles en humanos.

NUEVAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

Actualmente existen líneas de investigación para determinar qué microorganismos son más eficientes en la descomposición de plásticos. Uno de estos estudios ha destacado la capacidad de Phanerochaete chrysosporium (hongo descomponedor de lignina que se encuentra en los árboles) para degradar resinas fenólicas [14]. Éstas son plásticos extremadamente duraderos y difíciles de reciclar; así que si pudieran degradarse a sus componentes iniciales para que estos fueran reutilizados, se evitaría la emisión de toneladas de residuos. Otra vía interesante de investigación es la que intenta convertir plásticos difícilmente degradables en otros biodegradables con la ayuda de bacterias. Científicos alemanes han conseguido, mediante un proceso de pirolisis, convertir el poliestireno en estireno aprovechable por Pseudomonas putida. Esta bacteria usa el estireno como fuente de carbono que almacena en forma de PHA [15,16].

Imagen 4. Descripción del proceso de obtención de PHA a partir de poliestireno. A) poliestireno antes de ser tratado B) aceite de estireno tras el proceso de pirolisis. C) plástico producido por la bacteria a partir de este aceite


¿REALIDAD O UTOPÍA?

El problema medioambiental derivado de la producción y degradación de plásticos sumado a que el petróleo es un recurso limitado, hacen que el desarrollo de los biopolímeros y de plásticos biodegradables sea una perspectiva interesante. No obstante, hoy en día existen limitaciones económicas y biotecnológicas que hacen que la producción de plástico a partir de petróleo y gas siga siendo más rentable.

Consideramos que el papel de las bacterias en el mundo del plástico es prometedor. Hace falta más investigación al respecto pero confiamos en que en un futuro las técnicas discutidas sean las de primera elección.

Castells L, Domingo A, González A, Martí M, Martínez A, Ramos E.

Bibliografía

[1] Tryengineering. Un siglo de plástico. Available at: http://www.tryengineering.com/lang/spanish/lessons/plastics.pdf
[2] Bassas M. Estudi dels polihidroxialcanoats acumulats per Pseudomonas aeruginosa 42A2: producció i caracterització. Universitat de Barcelona, Facultat de Farmàcia, Departament de Microbiologia i Parasitologia Sanitàries. 2007. Available at: http://www.tesisenxarxa.net/TDX-0910107-115535/index_cs.html
[3] Cicloplast. Uso eficaz de los recursos naturales. Available at: http://www.cicloplast.com/prehome.html
[4] INE. Encuesta sobre la recogida y tratamiento de residuos urbanos. Año 2001. December 2003. Available at: http://www.ine.es/prensa/np306.pdf
[5] INE. Encuesta sobre la recogida y tratamiento de residuos urbanos. Año 2005. December 2007. Available at: http://www.ine.es/prensa/np480.pdf
[6] European Plastic Converters. Bioplastics and biodegradability: Questions & Answers. Available at: http://www.eucia.org/uploads/3f75f56f43c63b9defafb9f6441714b2.pdf
[7] Wyart D. Les matériaux biodégradables. Les Guides Experts. Industrie Références: Editorial WEKA. January 2006.
[8] Paustian T. Bacterial plastics. Microbiology and bacteriology. July 1998. Available at: http://www.bact.wisc.edu/Microtextbook/index.php?name=Sections&req=viewarticle&artid=155&page=1
[9] Shah A, Hasan F, Hameed A, Ahmed S. Biological degradation of plastics: a comprehensive review. Biotechnol. Adv. January 2008. Available at:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18337047
[10] Shimao M. Biodegradation of plastics. Curr Opin Biotechnol. June 2001; vol 12: 242-247.
[11] Ojumu T, Yu J, Solomon B. Production of polyhydroxyalkanoates, a bacterial biodegradable polymer. Afr. J. Biotechnol. January 2004. vol 3: 18-24. Available at: http://www.academicjournals.org/AJB
[12] Prieto M. From oil to bioplastics, a dream come true? J Bacteriol. January 2007. vol 189, no 2: 289-290.
[13] Verliden R, Hill D, Kenward M, Williams C, Radecka I. Bacterial synthesis of biodegradable polyhydroxyalkanoates. J Appl Microbiol. November 2006; vol 102:1437-1449. Available at:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17578408?ordinalpos=1&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_RVDocSum
[14] Pearson H. Fungus eats enduring plastic. Nature. June 2006. Available at:
http://www.nature.com/news/2006/060605/full/news060605-5.html
[15] Booth B. Polystyrene to biodegradable PHA plastics. Environ Sci Technol. April 2006; vol 40, iss7: 2074-2075. Available at:
http://pubs.acs.org/subscribe/journals/esthag/40/i07/html/040106news3.html
[16] Training bugs to eat plastic… CSCB researchers team up to convert polystyrene into a biodegradable plastic. Centre for synthesis and chemical biology. March 2006. Available at: http://www.ucd.ie/cscb/main_pages/news/news010306.htm
[17] Poirier Y, Orts B. Biopolymers. February 2008. Available at: http://www.epobio.net/biopolymers.htm
[18] Biopact. The bioeconomy at work: Meredian Inc. Acquires PHA technology from Procter & Gamble. October 2007. Available at: http://biopact.com/2007_10_05_archive.html

ELS ORÍGENS DE LA SÍFILIS: HISTÒRIA DE Treponema pallidum pallidum

L’origen de la sífilis ha estat durant molt de temps motiu de controvèrsia. Va sorgir a Europa o a Amèrica? S’han formulat diverses explicacions per intentar resoldre aquesta qüestió.

La malaltia

La sífilis o sífilis venèria és una infecció sistèmica de transmissió sexual causada per Treponema pallidum subespècie pallidum. La primera manifestació de la malaltia és l’aparició d’úlceres indolores infeccioses (xancres) en el lloc d’inoculació; posteriorment es presenten erupcions dèrmiques, meningitis, deformacions òssies o altres complicacions. [1, 2]

A més de Treponema pallidum pallidum, es coneixen altres bacteris del gènere Treponema que causen malalties humanes (treponematosis): T. carateum, responsable de la pinta, i dues subespècies de Treponema pallidum: T. pallidum pertenue, que causa la frambèsia i T. pallidum endemicum, que produeix la sífilis endèmica. Provoquen símptomes similars, però difereixen en l’aspecte de les úlceres i en el mode de transmissió, que es produeix a través de les lesions als genitals en la sífilis, a la pell en la pinta i la frambèsia i a les mucoses en la sífilis endèmica. [1]

Una història incompleta

Pel que fa a l’origen de la sífilis, la hipòtesi que ha acollit més ressò defensa que va sorgir al continent americà i va ser portada a Europa després de la tornada de les primeres expedicions a Amèrica. L’any 1495, soldats que havien participat en la primera expedició de Colom van morir a causa d’una misteriosa malaltia que es transmetia per contacte sexual i deixava els supervivents dèbils i desfigurats. Se li van donar nombroses denominacions, entre elles sífilis. En poc temps, la sífilis es va estendre arreu. [3, 4]

També s’ha argumentat que la sífilis ja existia a Europa abans del descobriment d’Amèrica en forma d’una malaltia poc agressiva que va esdevenir més virulenta a finals del s. XV. Ho recolzada el descobriment, a Gran Bretanya, d’esquelets de frares amb les alteracions òssies pròpies de la sífilis, datats entre 1350 i 1370. Altres troballes similars reforcen la mateixa hipòtesi, encara que no hi ha proves concloents que descartin que es tractés d’alguna altra treponematosi. [5]

Kristin Harper defensa una teoria combinada. L’any 1999, l’equip de metges canadencs de Michael Silverman va observar que alguns individus de la tribu Akwio (Guyana) presentaven unes ferides a les extremitats semblants a les xacres de la sífilis i va descriure la malaltia com una combinació de sífilis –segons l’aspecte de les xacres– i frambèsia –pel mode de transmissió–. [3] El 2005, Harper, que estudiava les treponematosis, va demanar a Silverman mostres del microorganisme dels Akwio i va analitzar l’ADN d’espècimens de T. pallidum. La filogènia resultant mostra que els exemplars més allunyats corresponen a T. pallidum pertenue i que la subespècie més propera a T. pallidum pallidum és el microorganisme de Guyana. [3, 6]

Però comencem des del principi. Sembla ser que els primers treponemes van ser microorganismes del fang. Alguns van passar a ser comensals de l’espècie humana i van donar lloc, amb el temps, tant a espècies comensals encara presents avui en dia com als treponemes patògens que coneixem. [7] D’entre els patògens, el primer en divergir va ser T. carateum, que, segons aquesta hipòtesi, va sorgir a Àfrica i, acompanyant les migracions humanes, va provocar l’extensió de la pinta fins a Àsia i Amèrica. [5] Però l’ocupació de regions més càlides i humides va afavorir l’aparició d’una variant de la malaltia, més agressiva, que produïa lesions obertes a la pell. L’augment de la virulència s’explica per un increment en la facilitat de contagi entre individus, com l’absència de roba en les zones infectades i l’alta taxa de sudoració. Es tracta de la forma arcaica de la malaltia que avui anomenem frambèsia. [7, 8]

No obstant, el clima sec, amb nits fredes, propi dels límits de les regions tropicals va condicionar l’aparició d’una altra variant: T. pallidum endemicum. Aquestes condicions requerien l’ús de roba sobre tot el cos, fet que dificultava la transmissió de la frambèsia i va seleccionar els microorganismes capaços d’habitar les zones humides de l’organisme. Així, pel fet de compartir estris de menjar, T. pallidum endemicum podia passar d’un individu a un altre a través de la saliva. La majoria de les infeccions eren prepuberals, per tant la transmissió sexual, si existia, va resultar poc rellevant. Es tracta de la sífilis endèmica, que probablement va arribar a Amèrica de mà de les migracions fa uns 15.000 anys. [3, 7, 8]

Segons Harper, l’extensió pel continent americà de la sífilis endèmica va generar la forma ancestral de la malaltia dels Akwio. Ha classificat el microorganisme que la causa com a T. pallidum pertenue, malgrat que ressalta que és diferent al bacteri responsable de la frambèsia africana. És aquest el microorganisme evolutivament més proper a T. pallidum pallidum. [6]

Tot indica, per tant, que la sífilis va sorgir a partir d’un avantpassat present al Nou Món, malgrat que es desconeix com es transmetia. La sífilis de transmissió sexual podria haver existit a Amèrica en el moment de l’arribada de Colom; també podria haver arribat a Europa en una forma no venèria i haver adquirit allà les característiques actuals per la pressió selectiva que constituïen els costums socials i higiènics europeus: una indumentària que cobria quasi tot el cos, l’ús del sabó o el fet que el contacte de pell gairebé només es produïa durant el sexe. La baixa temperatura i la poca humitat també van condicionar aquest canvi. [6, 8]

D’altra banda, en introduir-se a Europa, el patogen va resultar ser molt virulent. Una explicació podria trobar-se en el fet que la població americana havia coevolucionat amb el treponema donant lloc a mecanismes de resistència a la infecció, mentre que els europeus n’estaven inadaptats. Passats uns sis anys des del començament de l’epidèmia, s’inicià, però, un descens de la seva virulència. La raó no és l’aparició d’adaptacions de resistència en un període tan breu; probablement, els bacteris més agressius es transmetien amb menor freqüència, ja que tant la mortalitat elevada com la gravetat dels símptomes dificultaven l’aparellament. [4]

Control de la malaltia i perspectives de futur

Des de principis de s.XX el nombre de casos de sífilis s’ha reduït considerablement. Després de la Segona Guerra Mundial, la disponibilitat de penicil·lina, els avanços en diagnòstic i la conscienciació de la població sobre les malalties de transmissió sexual van permetre tractar la malaltia directament i reduir-ne la incidència. Actualment, el nombre d’afectats és major als països en vies de desenvolupament; als països desenvolupats ha augmentat degut a l’ús creixent d’anticonceptius orals, a la immigració de gent infectada, al turisme sexual, etc. [10, 11]

Tot i que cada vegada disposem de més dades que ens donen pistes sobre l’origen de la sífilis, queden encara preguntes per respondre. La seqüenciació de més soques de T. pallidum seria útil en la clarificació del seu arbre genealògic i permetria refinar o refutar diferents aspectes de la hipòtesi combinada que hem presentat. Les campanyes d’eradicació de treponematosis que s’han dut a terme arreu del món en els darrers anys –a base de penicil·lina i altres teràpies alternatives [11, 12]– han reduït considerablement la disponibilitat d’espècimens bacterians per aquests estudis. Esperem que en poc temps la sífilis deixi de ser una realitat i que Treponema pallidum pallidum quedi en la nostra memòria com un bacteri el camí del qual sempre va romandre misteriós.

Bibliografia

(1) Kasper DL et al. Harrison. Principios de medicina interna. 16a edició. Mèxic, DF: Mc Graw Hill; 2006.

(2) Health Services/Technology Assessment Text. Chapter 10 – Syphilis. 2008; Available at: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=hstat5.section.26190.

(3) Malakoff D. Isolated Tribe Gives Clues to the Origins of Syphilis. 2008 18 January;319:29 April 2008.

(4) Knell RJ. Syphilis in renaissance Europe: rapid evolution of an introduced sexually transmitted disease? Proc.Biol.Sci. 2004 May 7;271 Suppl 4:S174-6.

(5) Borobio M. El enigma de la sífilis. Available at: http://www.seimc.org/control/revi_Sero/sifilis3.htm. Accessed 05/03, 2008.

(6) Harper KN, Ocampo PS, Steiner BM, George RW, Silverman MS, Bolotin S, et al. On the origin of the treponematoses: a phylogenetic approach. PLoS Negl Trop.Dis. 2008 Jan 15;2(1):e148.

(7) Willcox RR. Changing patterns of treponemal disease. Br.J.Vener.Dis. 1974 Jun;50(3):169-178.

(8) Rothschild BM. History of syphilis. Clin.Infect.Dis. 2005 May 15;40(10):1454-1463.

(9) UNICEF, PNUD, Banco Mundial, OMS. El uso de las pruebas rápidas para sífilis. Available at: http://www.who.int/reproductive-health/docs/rapid_syphilis_tests_es.pdf. Accessed 05/02, 2008.

(10) Green T, Talbot MD, Morton RS. The control of syphilis, a contemporary problem: a historical perspective. Sex.Transm.Infect. 2001 Jun;77(3):214-217.

(11) Hook EW,3rd. Elimination of syphilis transmission in the United States: historic perspectives and practical considerations. Trans.Am.Clin.Climatol.Assoc. 1999;110:195-203; discussion 203-4.

(12) Herzog R. Las vacunas antipobreza. 2006; Available at: http://www.vacunas.org/index.php?option=com_content&task=view&id=2667&Itemid=348. Accessed 05/01, 2008.

C. Barril, A. Sánchez, M. Vegué, M. Velasco, L. Vergés, L. Xicota

MÉS CLAR QUE L'AIGUA?

Segons l'Organització Mundial de la Salut, l’aigua de consum humà és aquella que una persona pot beure tots els dies de la seva vida sense que comporti cap risc per la seva salut. A part de consumir-la directament, la societat també la utilitza en molts processos diferents, tant quotidians com industrials. Per tant, i tenint en compte la definició de la OMS, ens podríem preguntar quin és el nivell de microorganismes que hi poden estar presents sense convertir l’aigua en una font de malalties, o si ha de ser estèril. Per respondre la nostra pregunta ens centrarem en el procés de potabilització i els controls bacteriològics, i veurem si és igual per totes les aigües de consum humà.


Desinfecció de l'aigua


El procés de potabilització comprèn vàries etapes en què s’eliminen totes les substàncies perjudicials per l'ésser humà. Pel que fa a l’eliminació de microorganismes existeixen varis mecanismes de desinfecció, el més habitual dels quals és la cloració, que es basa en que el clor reacciona amb la matèria orgànica que conté l’aigua (bacteris, virus, etc), i la degrada [1]. És aquí on es formen subproductes derivats del clor, com poden ser trihalometans, cloroform, MX, àcid dicloroacètic, àcid tricloroacètic… Estudis científics in vitro i in vivo en animals d’experimentació demostren com aquests compostos són carcinògens [2]. En humans s’ha descrit cert risc de càncer associat a la cloració [3], per això la OMS en limita els nivells i s’utilitzen tècniques alternatives, evitant tan els productes carcinògens derivats de l’halogenació (com els trihalometans) com inactivant patògens resistents a la cloració com Cryptosporidium, Mycobacterium avium o Giardia [4].

Aquestes tècniques alternatives poden ser [4], [5]:

- Físiques, com el tractament amb UV, el qual elimina els patògens resistents a la cloració, però no és capaç d’acabar amb els virus.

- Fisicoquímiques, com la fotocatàlisi amb TiO2, per la qual s’utilitza el UV per tal d’activar el TiO2. El procés es basa en la formació d’espècies reactives d’oxigen (ROS) que ataquen la membrana bacteriana, induint la lisi d’aquesta [6].

- Electroquímiques, com l’electrocloració, la qual crea un potencial de reducció que permet generar espècies oxidants diferents a les obtingudes en la cloració, amb cinètiques més altes i sense la formació dels subproductes nocius [7], [8]. Finalment, s’estan desenvolupant tècniques encara més eficients basades en l’ús de tècniques electroquímiques lliures de clorats mitjançant pel·lícules de diamant [9]. Cal destacar que les tècniques electroquímiques no perjudiquen el medi ambient, són fàcils de realitzar i inactiven una llarga llista de patògens [10].

/Cliqueu la imatge per a més informació/

Què ens trobem a l'aigua que bebem?

És pràcticament impossible realitzar tests específics per detectar cada microorganisme patogen que es pot trobar a l’aigua (donada la seva baixa proporció respecte de la microflora total), per això s’utilitzen els anomenats “organismes indicadors”. Aquests són microorganismes no patògens que es troben en una concentració igual o superior a organismes patògens i que són més resistents als processos de desinfecció que els patògens. La seva detecció ràpida i fàcil permet comprovar la qualitat de l’aigua que, en absència d’ells, es considerarà lliure de contaminació microbiana.

Els més importants són:

- Bacteris coliformes fecals (E. coli): membres del grup total de bacteris coliformes que estan més estretament relacionats amb la contaminació fecal, i per tant s’utilitzen com a criteri per aquest tipus de contaminació.

- Enterococs (E. faecalis i E. faecium): anomenats també estreptococs fecals, són un grup molt relacionat amb la contaminació fecal, ja que la majoria dels seus membres no es poden reproduir fàcilment a l’aigua.

- Clostridis sulfit-reductors (C. perfringens): presenten espores més resistents en ambients d’aigua, així com al tractament i processos de desinfecció, que la majoria de patògens. Com E. Coli, és específic de contaminació fecal.

Revisat en [11]

En aquest sentit, els Reials Decrets 140/2003 [12] i 1074/2002 [13] regulen tot el que concerneix al tractament i freqüència de control d’aigües de consum humà, tant envasada com corrent; establint que no es poden superar els nivells d’organismes indicadors de la taula següent i que són els mateixos per totes les aigües de consum humà:

Tot i això aquestes mesures asseguren una aigua bacteriològicament sana, però no estèril, ja que al augmentar el volum de la mostra podríem trobar-hi algun bacteri. Una altra consideració a tenir en compte és que els virus i els protozous no són analitzats ja que s’assumeix que en la potabilització són eliminats.

Existeixen diferències entre l’aigua envasada i l’aigua corrent?

La legislació estableix els mateixos paràmetres de control de qualitat en ambdós tipus d’aigua. Així, pel que fa a microorganismes, en principi no hi haurà diferències. Però realment el fet que les aigües embotellades puguin romandre obertes durant un temps indefinit, augmenta els riscos de contaminació. L’aigua corrent, en canvi, passa per controls rutinaris que garanteixen una bona qualitat en el moment del seu consum. Tanmateix, existeix un risc mínim de contaminació de l’aigua de l’aixeta derivada de l’estat de les canonades de distribució (com més antigues són, més probable és la contaminació) o del temps que pugui haver estat estancada, que pot ser important en poblacions immunocompromeses (ancians, nens...) [14], [15]. Per escollir un tipus o altre, bàsicament cal tenir en compte els nivells de sals que existeixen en els diferents tipus d’aigua, i que alhora determinen el gust que aquesta tindrà. Un factor afegit és el preu de l’aigua embotellada respecte la corrent, que pot arribar a ser 800 vegades superior.

Com hem vist, la quantitat de microorganismes presents en l’aigua potable és mínim, però no arriba a ser estèril del tot. Aquest fet no és menyspreable, ja que en certes regions (EEUU) hi ha hagut grans infeccions pel consum d’aigua tractada [15]. D’altra banda, caldria considerar la possibilitat que aquestes mínimes quantitats de microorganismes podrien contribuir a la producció de defenses contra aquests.

A més, l’aigua és un recurs àmpliament usat i que per tant és difícil de controlar i fàcil de ser infectat si no es prenen les mesures adequades. Com hem vist, les mesures preses per potabilitzar l’aigua poden portar altres problemes, com la producció de subproductes carcinògens, el problema d’organismes resistents a certes tècniques, etc. És per això que cal fer més estudis objectius i donar a conèixer realment tota la informació, ja que en el món de l’aigua hi ha molts interessos, i els anàlisis de l’aigua són de difícil accés i és difícil treure’n l’aigua clara. No volem acabar aquest article sense mullar-nos i decantar-nos per l'opció de l’aigua corrent, ja que pensem que és abusiu pagar molt més per un producte amb característiques similars.

Colom Cadena M; Dols Icardo O; Madriles Soriano F; Orta Mascaró M; Palomer Vila E; Sánchez Ferrer P.

Facultat de Ciències de la Salut i de la Vida, Universitat Pompeu Fabra, Barcelona

Bibliografia

1.- Martínez-Huitle CA, Brillas E. Electrochemical alternatives for drinking water disinfection. Angew Chem Int Ed Engl. 2008;47(11):1998-2005.
2.- McDonald TA, Komulainen H. Carcinogenicity of the chlorination disinfection by-product MX. J Environ Sci Health C Environ Carcinog Ecotoxicol Rev. 2005;23(2):163-214.
3.- Koivusalo M, Jaakkola JJ, Vartiainen T, Hakulinen T, Karjalainen S, Pukkala E, Tuomisto J. Drinking water mutagenicity and gastrointestinal and urinary tract cancers: an ecological study in Finland. Am J Public Health. 1994 Aug;84(8):1223-8.
4.- Shannon MA, Bohn PW, Elimelech M, Geordiadis JG, Marin BJ, Mayes AM. Science and technology for water purification in the coming decades. Nature. March 20, 2008; 452(7185); 301-10.
5.- Martínez CA, Brillas E. Electrochemical alternatives for drinking water disinfection. Angew Chem Int Ed Engl. 2008; 47(11):1998-2005.
6.- Dunlop PSM, Byrne JA, Manga N, Eggins BR. The photocatalytic removal of bacterial pollutants from drinking water. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 2002; (148) 355.363.
7.- Kerwick MI, Reddy SM, Chamberlain AHL, Holt DM. Electrochemical disinfection, an environmentally acceptable method of drinking water disinfection? Electrochim. Acta 2005; 50: 5270-5277.
8.- Rajeshwar K, Ibanez JG. Fundamentals and Applications in Pollution Abatement, Environmental Electrochemistry, Academic Press, San Diego, 1997.
9.- Polcado AM, Vacca A, Mascia M, Palmas S, Pompei R, Laconi S. Characterization of a stirred tank electrochemical cell for water disinfection processes Electrochim. Acta 2007; 52: 2595-2602.
10.- Rychen P, Pupunat L, Hpnni W, Santoli E. New Diamond. Carbon Technol. 2003; 13: 109-117.
11.- World Health Organization [URL]. Microbiological aspects. Disponible a: http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/S03.pdf.
12.- Real Decreto 140/2003 .
13.- Real Decreto 1074/2002.
14.- Hunter P R. The microbiology of bottled natural mineral waters. Journal of Applied Bacteriology 1993; (74) 345-352.
15.- Reynolds KA, Mena KD, Gerba CP. Risk of waterborne illness via drinking water in the United States. Rev Environ Contam Toxicol. 2008;(192)117-58.

MICROBIAL FUEL CELLS: L'ENERGIA DEL FUTUR?

Albasanz A, Arreba P, Fernández I, Pellicé M, Puyal L, Torné E

L’energia innovadora

Durant la història de la humanitat l’ésser humà ha anat investigant i dissenyant noves tecnologies que tenen com a únic objectiu obtenir el màxim d’energia possible a partir dels recursos naturals. És fonamental per a la nostra espècie l'obtenció i l’ús d’energia, i més concretament de l’electricitat.

El mecanisme d’obtenció d’electricitat és fonamenta en el moviment d’electrons entre un pol negatiu i un de positiu, anomenats ànode i càtode respectivament. Quan parlem, doncs, de fonts d’energia ens referim a un substrat que pateix modificacions i que en últim terme cedeix electrons al medi que són acceptats per l’ànode i transportats fins al càtode, tot obtenint energia.

En aquest article ens centrarem en un tipus de font d’energia innovadora, renovable i poc contaminant que obté electricitat a partir dels éssers vius: les Microbial Fuel Cells.

Què són les Microbial fuel cells ?

Les Microbial Fuel Cells (MFCs) són una unitat autònoma de generació d’electricitat a partir de microorganismes, com els bacteris.[1]

Els bacteris metabolitzen un gran nombre de compostos orgànics (glucosa, acetat...) en CO₂, aigua i energia [2]. Però en el cas dels MFCs es troben en un medi anaeròbic i la falta d’oxigen condiciona la formació de CO₂, electrons i protons. Seran aquest electrons els que arribaran a produir l’electricitat.[1][2][3][4]

Aquest bacteris necessiten uns requisits mínims:

• Una membrana que transporti eficientment els electrons: mitjançant proteïnes transportadores, proteïnes llançadores (electron shuttlers), nano-wires...[1][4]
• Bona adherència a l’ànode [1]
  

Alguns exemples de bacteris emprats són els Geobacter sulfurreducens PCA (Figura 1), Shewanella oneidensis MR-1 o Synechocystis PCC6803. [3]

Com funcionen les Microbial fuel cells ?

Les MCFc estan formades per dues cambres. La primera d’elles es troba en condicions anaeròbiques on es situa l’ànode i el cultiu bacterià. La segona cambra conté el càtode i es troba en contacte amb l’aire (medi aeròbic).[1][2][4]

L’ànode és l’acceptor insoluble alternatiu dels electrons que produeixen els bacteris, degut a la falta d’oxigen. Aquests viatgen seguint un circuit elèctric amb una resistència o càrrega fins a la segona cambra, generant un flux d’electrons que produirà electricitat. Les dues cambres també estan connectades per una membrana semipermeable que impedeix el pas de l’oxigen de la cambra catiònica a l’aniònica, però sí permet el pas dels protons cap a la cambra catiònica per a compensar el flux de càrregues negatives. Finalment, en el càtode hi trobem protons, electrons i oxigen. Aquest actua com a acceptor dels electrons i es redueix formant aigua; per tal de potenciar la reducció de l’oxigen s’utilitzen catalitzadors metàl·lics com el platí. (Figura 2). [1][2][3][4]

El potencial màxim que han assolit fins ara les MFCs experimentalment és de 1,2 V i s’obté a partir de la diferència de potencial entre el transportador d’electrons NADH i l’oxigen. Més endavant veurem quines implicacions té aquest baix potencial energètic en les possibles aplicacions d’aquest sistema energètic [3]

Quines aplicacions tenen les Microbial Fuel Cells ?

La tecnologia de les MFCs és molt recent i encara està en fase d’estudi i experimentació. Així, no hi ha encara cap aplicació que ja s’hagi posat en pràctica a gran escala però sí que hi ha idees clares sobre quins podrien ser els usos de les MFC en un futur proper. [1]

Un exemple seria el tractament d’aigües residuals. Amb l’ús de les MFCs es podria sanejar i tractar l’aigua utilitzant com a substrat els residus continguts en aquesta alhora que s’obté energia elèctrica en el procés. Aquest mètode no només podria esdevenir un sistema sostenible sinó que podria ser la font d’obtenció d’un excés d’energia elèctrica neta. [3][5]

Una altra aplicació possible és l’ús de les MFCs com a font d’energia per a sensors ambientals que degut a la seva localització resulta complicat recanviar les bateries a partir de les que obtenen energia. Els bacteris de les MFCs utilitzarien la matèria orgànica del sòl o l’aigua on es troben aquests sensors, per tal de produir l’energia necessitarien per a funcionar. (Figura 3) [1][3]

L’electricitat creada per les MFC també podria ser utilitzada per a alimetar electrodomèstics o aparells electrònics. Algunes empreses ja han posat aquesta idea en pràctica com podem veure a continuació.

Finalment, la NASA ha proposat l’ús de les MFCs com a sistema de processament i reciclatge dels residus humans a l’espai alhora que s’obté electricitat en el procés. [6]

Però és l’ús de les MFCs la solució perfecte al problema energètic actual ?

El gran avanç que proporciona l’ús de les MFCs és que el substrat emprat no és un combustible químic com pot ser el petroli o el gas sinó que poden ser residus orgànics humans amb un alt contingut en glucosa. Així, s’aconsegueix produir energia sense necessitat de combustió, sense contaminar el medi ambient i de manera completament renovable.

Malgrat tot, hi ha grans inconvenients que la ciència encara no ha sabut superar. Un d’ells és que no tots els bacteris són aptes per generar energia segons el sistema de les MFCs, ja que han de complir uns requisits mínims com hem explicat anteriorment. A més, alguns bacteris capaços de donar electrons poden ser patògens. [3]

Per altra banda, el baix rendiment del procés aconseguit fins ara, el cost elevat d’alguns materials com són els catalitzador metàl·lics (platí o barres de grafit) i la necessitat de grans superfícies pel creixement de les colònies bacterianes amb l’objectiu d’obtenir la màxima energia són grans impediments per a la seva aplicació.[3][7]

Algunes solucions per a incrementar l’eficiència del procés podrien ser augmentar la superfície de contacte de les bactèries amb l’ànode (més superfície per a l’intercanvi d’electrons), emprar materials més econòmics per als electrodes, augmentar el nombre de bactèries per cel·la i/o aconseguir crear una cel·la de tamany molt reduit i agrupar-les tot sumant els potencials elèctrics de cada una d’elles.

Concluim, doncs, que el sistema d’obtenció d’energia de les MFCs és una bona solució per substituir les fonts emprades actualment però alhora és imprescindible buscar diferents maneres d’augmentar l’eficiència del procés per a que puguin ser la font d’energia renovable del futur.

Quines serien altres maneres d’augmentar l’eficàcia del procés? Quines altres aplicacions podrien tenir les MFCs?

Bibliografia

[1] Lovley DR. Bug juice: harvesting electricity with microorganisms. Nature Reviews. 2006; Microbiology 4: 497-508

[2] Bruce E. Logan et al. Microbial Fuel Cells: Methodology and Technology. Environmental Science & Technology. 2006 Sep 1; 40(17): 5181-92

[3] Bruce E. Logan, John M. Regan. Microbial Fuel Cells: Challenges and Applications. Environmental Science & Technology. 2006 Sep 1; 40(17): 5172-80

[4] Microbial Fuel Cell: From waste to power in one step! [Sede web] [Actualitzada 14 d’abril del 2008; accès 15 d’abril de 2008]. Disponible a: http://microbialfuelcell.org/

[5] Min, B., Logan, B.E. Continuous electricity generation from domestic wastewater and organic substrates in a flat plate microbial fuel cell. Environmental Science & Technology. 2004; 38(21), 5809-14

[6] Science@NASA [Sede web] [Actualitzada 18 de maig del 2004; accès 16 d’abril de 2008]. NASA-supported researchers are working to develop a fuel cell that can extract electricity from human waste .Disponible a: http://science.nasa.gov/headlines/y2004/18may_wastenot.htm

[7] PhysOrg.com. Science:Physics:Tech:Nano:News. [Sede web] [Actualitzada 22 d’agost de 2006; accès el 16 d’abril de 2008]. Researchers harness the power of bacteria. Disponible a: http://www.physorg.com/news75480499.html