Microcistina en plantas de tratamiento de agua para consumo humano
en un ambiente tropical: el Área Metropolitana de Costa Rica
Adrián Avendaño Lopez1 & Carolina Arguedas Villa2
1
2
Centro de Investigación en Enfermedades Tropicales (CIET), Departamento de Parasitología, Facultad de
Microbiología, Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica; aeavenda@cariari.ucr.ac.cr
Laboratorio de Análisis Ambiental. Escuela de Ciencias Ambientales, Facultad de Ciencias de la Tierra y el Mar,
Universidad Nacional, Heredia, Costa Rica; cargue@una.ac.cr
Recibido 25-IV-2005.
Corregido 23-I-2006.
Aceptado 23-V-2006.
Abstract: Microcystin in plants that treat water for human consumption in a tropical environment: the
Metropolitan Area of Costa Rica. We measured microcystin levels in water of the Metropolitan Area of Costa
Rica by competitive inhibition ELISA and we quantified total coliforms, fecal coliforms, Escherichia coli (by
a Most Probable Number method) and aerobic count. We wanted to identify any cyanotoxin correlation with
these parameters, as a public health risk. We sampled in the rainy season of 2003 (April-October) and in the dry
season of 2004 (February-March) (30 samples/season). We sampled pre-treated, semi-treated and treated water.
Microcystin levels < 0.5 ppb were found in the rainy season (and > 0.5 ppb in the dry season). Dry season levels
exceeded World Health Organization limits (1.0 ppb). Cyanotoxins occurred in the Tres Ríos plant. We did not
find a correlation between these microbiologic parameters of water quality and microcystin levels in water. Rev.
Biol. Trop. 54 (3): 711-716. Epub 2006 Sept. 29.
Key words: Microcystin, cyanotoxin, treated water, fecal coliforms, Metropolitan Area Costa Rica.
Las cianobacterias son agentes procariotas, autótrofos, fotosintéticos cuyo desarrollo
se presenta en forma de células aisladas,
colonias, o tricomas. Su origen se estima hace
más de 3 millones de años y se asocia con
largos procesos de evolución donde han colaborado en la producción de materia orgánica
y la deposición de oxígeno en la atmósfera
(Anónimo 2002c). Las cianobacterias proliferan formando espumas superficiales sobre
el agua, las cuales tienen una alta densidad de
población de diferentes especies de cianobacterias (Carmichael 1994).
Las proliferaciones de cianobacterias se
desarrollan en aguas eutróficas, ecosistemas
artificialmente enriquecidos por las actividades
humanas, con reducción del oxígeno disuelto y
muerte de la fauna y flora natural que conforman el ecosistema. Algunas cianobacterias
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tienen la capacidad de producir cianotoxinas,
metabolitos secundarios cuya producción es
máxima en condiciones óptimas de crecimiento, por lo tanto la producción de cianotoxinas
es directamente proporcional al aumento de
biomasa. Las cianotoxinas se han descrito
químicamente como péptidos cíclicos con una
cadena lateral de aminoácidos (ADDA: ácido
3 amino-9-metoxi-2,6,8-trimetil-10-fenildeca4,6-dienoico), alcaloides y fosfatos orgánicos.
Entre las especies productoras de toxinas se
han informado: Microcystis sp., Nodularia sp.,
Anabaena sp., Oscillatoria sp. y Phaktotrix sp.
(Anónimo 2002b).
Las cianotoxinas son capaces de producir cuadros hepatotóxicos y neurotóxicos en
vertebrados superiores. Las hepatotoxinas son
las que se describen con mayor frecuencia
en los casos de intoxicación por toxinas de
711
cianobacterias; su mecanismo de acción es
lento y se caracteriza por generar hemorragias intra hepáticas y choques hipovolémicos
(Anónimo 2002b).
Las microcistinas son las hepatotoxinas
informadas con mayor frecuencia. Generan un
cuadro de necrosis hepática en pocas h o días
cuando es administrada en una dosis letal, por
el contrario en dosis bajas no letales se afirma
que el efecto tóxico de la microcistina es crónico y acumulativo (Carmichael 1994).
En Latinoamérica se informan casos clínicos asociados con el consumo de agua con
cianotoxinas; en Brasil se ha informado la
muerte de pacientes por ingesta de cianotoxinas. Con base en los antecedentes, la
Organización Mundial de la Salud (OMS) y la
Organización Panamericana de la Salud (OPS),
han implementado planes de control y monitoreo de cianotoxinas, asociado al control de la
calidad del agua de consumo humano (Agujaro
e Isaac 2003).
En Costa Rica se carece de estudios relacionados con concentraciones de cianotoxinas
en aguas de consumo humano, descripción de
hepatotoxinas o microcistinas ni ninguna estrategia de control, hasta la fecha. Se han descrito
cianobacterias potencialmente tóxicas presentes en floramientos de plantas de tratamiento de
agua (Peinador 1992) y por otro lado, se les ha
dado un papel como indicadores de contaminación orgánica (Peinador 1999)
En el presente trabajo se da a conocer el
primer informe de la presencia de microcistinas
en una de las plantas de tratamiento estudiadas
en Costa Rica, por medio de una técnica de
ensayo inmunoenzimático (ELISA).
MATERIALES Y MÉTODOS
Se realizaron dos muestreos en cada una
de las plantas de tratamiento evaluadas. El
primer muestreo se hizo durante la época
lluviosa (abril-octubre 2003), y el segundo se
llevó a cabo durante la época seca (febreromarzo 2004). Las muestras recolectadas se utilizaron para la detección inmunoenzimática de
712
microcistina y para el análisis microbiológico
de aguas. Se tomaron en dos puntos: a la entrada de la planta (muestras de agua pretratada) y a
la salida de la planta (muestras de agua tratada).
Las muestras de la época lluviosa se colectaron
en frascos estériles de vidrio con tapa esmerilada y las de la época seca en bolsas estériles
de plástico especiales para recolección de agua,
esto con el fin de comprobar el efecto de estos
materiales en la concentración de microcistina
en una muestra de agua, según se ha informado
en la literatura (Metcalf et al. 2000). Durante el
segundo muestreo en algunas plantas se recogió una tercera muestra de agua semitratada,
correspondiente a la parte superficial de los
sedimentadores de las plantas de tratamiento.
Todas las muestras fueron congeladas a -20 °C
previamente a su análisis inmunoenzimático.
El análisis de coliformes fecales y termotolerantes se realizó dentro de las 24 h posteriores
a la toma de la muestra.
Para la determinación de microcistina se
utilizó un ensayo inmunoenzimático por inhibición competitiva, perteneciente a la casa
comercial Envirologix Inc (Portland, ME 04103
USA), con capacidad para detectar cuatro tipos
de microcistina y uno de nodularina. Para realizar el ELISA se tomaron 250 µl de diluente de
ensayo y 100 µl de cada muestra (concentrada)
por analizar, además de los calibradores con
concentraciones de 0.5 ppb (partes por billón)
y 3.0 ppb. Posteriormente se depositaron en
los tubos provistos por la casa comercial,
como cubeta de reacción, los cuales estaban
recubiertos con el anticuerpo que participa en
la detección. Se llevó a cabo una primera incubación de 5 min a temperatura ambiente, luego
de ésta se agregaron 250 µl de conjugado.
Inmediatamente se dio inicio a una incubación
de 20 min a temperatura ambiente después
de la cual se realizaron tres lavados con agua
destilada para agregar en seguida 500 µl de sustrato. Finalmente, pasados 10 min, una vez que
se agregó el sustrato a cada tubo se adicionaron
700 µl de una solución para detener la reacción
con el fin de parar el desarrollo de color. La
lectura de calibradores y cada muestra se realizó en un espectrofotómetro Shimadzu UV-160,
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a una longitud de onda de 450 nm. Con base
en los resultados obtenidos se ejecutaron diluciones del calibrador de 3.0 ppb para hacer una
curva de calibración con concentraciones de
0.5, 1.0, 1.5 y 3.0 ppb.
Para el análisis microbiológico de aguas
se llevó a cabo un análisis de coliformes termotolerantes y totales, mediante la técnica de
Número Más Probable (NMP) y un recuento
total aerobio psicrófilo, ambos procedimientos se efectuaron siguiendo los protocolos
establecidos por la American Public Health
Association (Anónimo 1992).
Referente al análisis microbiológico se señala que el recuento total de la Planta de Tres
Ríos indica que el rendimiento de la planta
es óptimo, según parámetros microbiológicos
(Anónimo 1992).
Durante la estación seca del 2004 se procesaron un total de 30 muestras provenientes
de las plantas del Cuadro 1, con excepción de
la planta de Alajuelita (Cuadro 2). Dos de las
30 muestras (7 %) presentaron concentraciones
superiores a 0.5 ppb de microcistina o nodularina, esas dos muestras positivas fueron de agua
pretratada (2/15 =13 %). De las plantas de tratamiento, las dos muestras con concentraciones
mayores a las 0.5 ppb fueron obtenidas de la
Planta Alta de Tres Ríos (2/6=33 %).
RESULTADOS
No se detectó presencia de cianotoxinas
durante la estación lluviosa del 2003 en ninguna de las plantas evaluadas, por el contrario se
descubrió microcistina durante la estación seca
del 2004.
En la estación lluviosa del 2003 se procesaron un total de 30 muestras provenientes de
las plantas de tratamiento citadas en el Cuadro
1, con excepción de la planta de Coronado.
En todas las muestras analizadas la concentración de microcistina fue menor a las 0.5 ppb.
DISCUSIÓN
Los niveles de microcistina detectados
en Tres Ríos durante la estación seca del año
2004, superan el valor máximo aceptado como
consumo diario, oral, de la toxina estipulado
por la Organización Mundial de la Salud, el
cual corresponde a 1.0 ppb (Agujaro e Isaac
2003). Estos niveles superiores a la norma, fueron hallados en agua pretratada de la planta.
CUADRO 1
Niveles de microcistina en aguas de consumo humano del Área Metropolitana, Costa Rica,
abril-octubre del 2003 (detección por ELISA)
TABLE 1
Levels of microcystin in waters for human consumption from the Metropolitan Area of Costa Rica,
April-October 2003 (detection by ELISA)
Muestreo 1
ppb
Planta
Muestreo 2
ppb
Muestreo 3
ppb
Cruda
Tratada
Cruda
Tratada
Cruda
Tratada
Tres Ríos1
<0.5
<0.5
<0.5
<0.5
<0.5
< 0.5
Guadalupe2
< 0.5
<0.5
<0.5
<0.5
< 0.5
< 0.5
Sitios3
< 0.5
< 0.5
< 0.5
<0.5
<0.5
<0.5
Alajuelita4
< 0.5
<0.5
< 0.5
<0.5
< 0.5
< 0.5
SJDD5
< 0.5
< 0.5
<0.5
< 0.5
< 0.5
< 0.5
Los
1(9º56’01”N
83º58’10”W);
2(9º59’3”N84º02’18”W);
3(9º57’57”N83º59’51”W);
4(9º53’16”N84º06’35”W);
5(9º52’30”N84º05’37”W)
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CUADRO 2
Niveles de microcistina en aguas de consumo humano del Área Metropolitana de Costa Rica,
febrero-marzo, 2004 (detección por ELISA)
TABLE 2
Levels of microcystin in waters for human consumption from the Metropolitan Area of Costa Rica,
February-March, 2004 (detection by ELISA)
Muestreo 1
ppb
Planta
Cruda
Muestreo 2
ppb
Tratada
Cruda
Muestreo 3
ppb
Tratada
Cruda
Tratada
Tres Ríos
< 0.5
< 0.5
> 3.0
< 0.5
0.5-3.0
< 0.5
Guadalupe
< 0.5
< 0.5
< 0.5
< 0.5
< 0.5
< 0.5
Los Sitios
< 0.5
< 0.5
< 0.5
< 0.5
< 0.5
< 0.5
Coronado6
< 0.5
< 0.5
< 0.5
< 0.5
< 0.5
< 0.5
SJDD
< 0.5
< 0.5
< 0.5
< 0.5
< 0.5
< 0.5
6 (9º59’3”N83º58’27”W)
Las plantas de tratamiento de agua del
Área Metropolitana son alimentadas por ríos
con agua en movimiento, principalmente el río
Virilla. En contraparte, Planta Alta de Tres Ríos
se nutre de agua proveniente del río Tiribí y del
Embalse El Llano. La microcistina detectada en
la planta puede formarse en el embalse, donde
las cianobacterias proliferan con facilidad y no
propiamente en la planta de tratamiento, donde
el agua puede estar en continuo movimiento;
sin embargo, las espumas superficiales son
capaces de desarrollarse en los tanques de las
plantas de tratamiento. La aparición de las cianotoxinas durante la estación seca se asocia con
el aumento de la biomasa de cianobacterias en
las espumas superficiales de aguas almacenadas (Bittencourt et al. 2001). La formación de
las espumas se asocia con el carácter eutrófico
y el movimiento de las aguas. En las plantas de
tratamiento existen diferencias en la velocidad
de movimiento del agua en los distintos contenedores con relación a su función (Anónimo
2002a) y con el volumen de las precipitaciones.
Asimismo, las cianobacterias, como organismos fotosintéticos, también dependen de la
cantidad de luz solar que reciben durante el día
para favorecer su proliferación, otros parámetros como pH, concentración de fósforo, nitrógeno, dióxido de carbono, temperatura entre
714
otros también afectan la presencia de estos
organismos en el agua (Peinador 1994).
Al comparar el nivel de microcistina en
el agua pretratada de la planta de Tres Ríos
con el nivel obtenido en el agua tratada, se
observa una disminución considerable en la
concentración de microcistina en la muestra
de agua tratada. En esta última muestra, la
disminución en el nivel de microcistina se
podría explicar por la acción degradativa o
inhibitoria de agentes químicos en el agua
tratada que han sido agregados para el control
de otros microorganismos, y que tienen efecto
comprobado sobre la microcistina (Jia et al.
2003, Kull et al. 2004).
Por otro lado, el agua que ingresa a la planta
no se mezcla en los tanques de mantenimiento
sino que lo hace en los filtros de tratamiento.
Por lo tanto, no es posible determinar si este tratamiento fue capaz de afectar la concentración
de microcistina, o si en realidad lo que se tiene
es un efecto de dilución al mezclarse el agua en
los filtros y generar valores por debajo de las
0.5 ppb y los respectivos falsos negativos.
El ámbito de detección de microcistina
y nodularina por parte de la técnica entre las
0.5 ppb y 3.0 ppb, diseñada con base en el
parámetro de la OMS de 1.0 ppb, pero que no
contempla concentraciones por debajo de las
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0.5 ppb que también pueden ser detectadas
por ensayo inmunoenzimático con un ámbito
de detección entre 0.16 y 1.60 ppb (Hee et al.
2001, Magalhaes et al. 2003) Estas concentraciones por debajo de 0.5 ppb se asocian con
la capacidad hepatotóxica de cianotoxinas en
dosis subletales de muy baja concentración
(Aguayo y Muñoz 2001).
Otra alternativa para explicar las diferencias de concentración, reside en el envase de
recolección de la muestra y el procesamiento
al cual es sometido. Se ha descrito que la concentración de microcistina y nodularina se ve
afectada cuando las muestras son recolectadas
en envases plásticos en comparación con su
recolección en envases de vidrio (Metcalf et
al. 2000). Las muestras tomadas durante la
estación seca fueron recolectadas en bolsas
plásticas, lo que implicaría incluso disminuciones en las concentraciones de las muestras
de agua tratada, así en este caso se obtuvieron
falsos negativos.
Para demostrar la verdadera ausencia de
cianotoxinas debe demostrase la ausencia de
cianobacterias mediante técnicas de aislamiento a partir de muestras de las espumas superficiales. No obstante, se ha informado de la
presencia de cianotoxinas en ausencia de espumas superficiales y cianobacterias, así como se
ha descrito la presencia de cianobacterias no
productoras de toxinas (Carmichael 1994), por
lo que la presencia o ausencia de un aislamiento no es un elemento que permita descartar la
ausencia de toxinas en el agua.
Finalmente, no se encontró ningún tipo de
asociación entre los parámetros evaluados para
el análisis de contaminación fecal y la presencia
de microcistina en las plantas de tratamiento. Las
condiciones ambientales que favorecen el crecimiento de coliformes fecales o el crecimiento de
cianobacterias, son completamente diferentes.
La eutroficación de medios acuáticos implica
variaciones importantes en las concentraciones
de CO2, fósforo y nitrógeno; variaciones que
no son indispensables para el crecimiento de
coliformes fecales. Eventualmente un cambio
en el pH del medio donde se detectan cianotoxinas puede generar alguna interferencia en el
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crecimiento de los coliformes fecales (Anónimo
1992, Branco 1984).
La presencia de microcistinas en el agua
de consumo humano representa un problema de
salud pública. La detección de microcistina en
plantas de tratamiento del Área Metropolitana
demuestra la importancia de realizar otras
investigaciones y establecer normativas para el
país, siguiendo patrones establecidos por organizaciones mundiales que impulsan el control
de la toxina. En el nivel de la investigación,
es prioritario determinar las especies que
conforman las poblaciones de cianobacterias
en las plantas de tratamiento y establecer la
presencia de especies tóxicas. Por otro lado,
el análisis de la acción de agentes químicos
como el CO2, P y N y otros microorganismos como bacterias aerobias Gram negativas
puede brindar información sobre la capacidad
de estos agentes sobre las cianobacterias y sus
toxinas (Ishii et al. 2004). Por último se deben
plantear, evaluar e implementar estrategias
para el control de los niveles de cianotoxinas
en el agua de consumo humano. Esto constituye el primer informe de presencia de cianotoxinas en plantas de tratamiento de agua para
consumo humano en Costa Rica.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos al personal de plantas y al de
Laboratorio Nacional de Aguas de Acueductos
y Alcantarillados, especialmente a Carmen
Valiente por su apoyo durante todo el proyecto,
a la Facultad de Microbiología, específicamente al Laboratorio de Análisis Clínicos y el
Laboratorio de Microbiología de Aguas, a José
María Gutiérrez G, por sus sugerencias para
mejorar el manuscrito.
RESUMEN
Se midió la presencia de microcistina en el Área
Metropolitana de Costa Rica por la técnica de ELISA de
inhibición competitiva y se cuantificó coliformes totales,
coliformes termotolerantes, Escherichia coli (por medio
de la técnica Numero Más Probable) y recuento total
715
aerobio. Se realizaron dos etapas de muestreo, una durante
la estación lluviosa del 2003 (abril-octubre) y otra durante
la estación seca del 2004 (febrero-marzo), cada una con
30 muestras de agua. Se muestreó agua pretratada, semitratada y tratada. Se determinaron niveles de microcistina
< 0.5 ppb durante la estación lluviosa del 2003, mientras
que durante la estación seca, se detectaron concentraciones
de microcistina > 0.5 ppb. Se informó la presencia de cianotoxinas en la Planta de Tratamiento de Tres Ríos. No se
establece correlación entre los parámetros microbiológicos
de calidad del agua y las concentraciones de microcistina
en el agua. Los estudios deberían considerar la diversidad
y toxicidad de cianobacterias en estas plantas, los efectos
del tratamiento, y presencia de otros microorganismos y
sustancias (dióxido de carbono, fósforo, Nitrógeno), sobre
la presencia, estructura y efecto de estas toxinas.
Palabras clave: Microcistina, cianotoxina, agua tratada,
coliformes fecales, Área Metropolitana de Costa Rica.
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