Diversitat bacteriana a les etapes de potabilització de les aigües de consum

Abstract

En els darrers anys l’augment poblacional així com els efectes d’un escalfament global estan minvant la capacitat i la qualitat dels recursos hídrics naturals disponibles. Els reptes als que ens enfrontem donen pas al desenvolupament d’estratègies que ens permetin l’ús de recursos hídrics alternatius que vagin de la mà de tecnologies de tractament d’aigua potable, així com a sistemes de control de la qualitat de l’aigua que garanteixin la seva seguretat a tota la població. Les tecnologies de tractament d’aigua potable actualment poden assumir aquest repte constituint una barrera eficaç a contaminants i microorganismes patògens. Si bé els paràmetres microbiològics de la qualitat de l’aigua legislats segons la Directiva EU2020/2184 asseguren la seva innocuïtat alertant d’una possible contaminació fecal en els sistemes d'aigua potable, es necessiten mètodes complementaris que permetin detectar en detall les variacions de les comunitats bacterianes heteròtrofes que podrien influir en la qualitat i/o seguretat de l'aigua. L’objectiu principal de la present tesi doctoral ha estat la caracterització de les comunitats bacterianes a les etapes de potabilització de l’estació de tractament d’aigua potable (ETAP) de Sant Joan Despí (Barcelona) mitjançant dues aproximacions, una basada en cultiu (proteòmica) i l’altra independent de cultiu (seqüenciació massiva o metabarcoding). Els estudis realitzats han permès posar a punt una metodologia per a identificar bacteris cultivables de l’aigua per espectrometria de masses MALDI-TOF, determinar l’eliminació dels indicadors de contaminació fecal al llarg dels tractaments, i avaluar la diversitat i les dinàmiques espacial i temporal de les comunitats bacterianes tant cultivables com totals per MALDI-TOF MS i metabarcoding, respectivament. S’ha observat una gran diversitat bacteriana a l’ETAP que ha anat variant al llarg dels tractaments, especialment a l’aigua potable, i influenciada per alguns factors com el tipus de tractament aplicat i l’estacionalitat establerta per la temperatura, així com una reducció eficaç dels indicadors i la detecció de seqüències de bacteris patògens i potencials formadors de biofilms a baixes proporcions però no detectables pels mètodes legislats. La representativitat de les mostres corresponents a etapes on la concentració dels indicadors microbians era baixa, s’ha cobert amb mostres d’un gran volum d’aigua concentrades per ultrafiltració. L'estratègia per a millorar el coneixement del microbioma dels processos de tractament de l'aigua potable consisteix a combinar diverses eines metodològiques per avaluar la qualitat de l’aigua i així disposar d’una visió holística per a la gestió dels recursos hídrics i la futura adaptació als impactes derivats de l’escalfament global.

In recent years, human population growth and the effects of global warming are reducing the capacity and quality of the available freshwater resources. The challenges we face call for strategies that allow using alternative water resources together with suitable drinking water treatment technologies and water quality monitoring tools that guarantee water safety. Drinking water treatment technologies can currently meet this challenge by providing an effective barrier to contaminants and pathogenic microorganisms. Although monitoring microbial indicators of fecal pollution according to the drinking water Directive (EU 2020/2184) guarantee water safety, indicator microorganisms represent a minor fraction of the water microbiome. Therefore, complementary methods are needed to detect variations of the whole bacterial communities that could influence the quality or safety of water. The aim of this thesis work is the characterization of bacterial communities in water treatment stages of the drinking water treatment plant (DWTP) of Sant Joan Despí (Barcelona) by means of two approaches, one culture-dependent (proteomics) and the other culture-independent (massive sequencing or metabarcoding). The research allowed us to develop a proper method to identify culturable bacteria from water by MALDI-TOF mass spectrometry, to track the elimination of microbial fecal indicators throughout the treatments, and to assess diversity and spatial and temporal dynamics of both culturable and whole bacterial communities by MALDI- TOF MS and metabarcoding, respectively. High bacterial diversity was observed in the DWTP and it varied throughout the treatments, especially in drinking water. The bacterial diversity was influenced by the treatment applied as well as the ambient temperature. It was also observed an effective reduction of microbial fecal indicators, as well the detection of sequences of pathogenic and potentially biofilm-forming bacteria at low proportions but undetectable by conventional regulated methods. The use of large water volumes concentrated by ultrafiltration improved sample representativity, especially in advanced treatment stages when indicator concentration is very low. The strategy to improve the understanding of the DWTP microbiome is to combine different methodological approaches to assess water quality with a holistic vision for water resources management and future adaptation to the impacts of global warming.