ES2244193T3 - Metodo para evitar la replicacion en crytosporidium parvum utilizacion luz ultravioleta. - Google Patents
Metodo para evitar la replicacion en crytosporidium parvum utilizacion luz ultravioleta.Info
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Abstract
Uso de un banda ancha continua de luz ultravioleta en dosis de desde 10 mJ/cm2 hasta 175 mJ/cm2 y con un intervalo de longitud de onda de 200 a 300 nm para tratar agua potable para eliminar el potencial de infección de los oocistos de Cryptosporidium.
Description
Método para evitar la replicación en
Cryptosporidium parvum utilizando luz ultravioleta.
La presente invención se refiere a un método para
evitar la replicación de Cryptosporidium parvum en agua y, en
particular, a un método para evitar el oocisto de
Cryptosporidium e infecciones de microorganismos similares en
agua, utilizando bajos niveles de luz ultravioleta.
En general, está bien reconocido que es necesario
matar o inactivar los oocistos de manera que no infecten. Esto es
especialmente importante en el agua potable. Uno de tales métodos es
el uso de luz ultravioleta ("UV"). La técnica anterior enseña
que se requiere una dosis de UV de al menos 3000 mJ/cm^{2} para
inactivar Cryptosporidium parvum
(Lorenzo-Lorenzo et al., J. Parasitol,
1993, 79, 67-70) y Giardia
muris (E. L. Jarol, "Effect of disinfectants on Giardia
Cysts", CRC Critical Reviews in Environmental Control,
1988, 18, 1-28.). Snowball y
colaboradores (solicitud de patente del Reino Unido número
9416287.2, 8 de noviembre de 1984; Wot. Res., 1995,
29, 2583-2586) desarrollaron un aparato que
primero eliminaba por filtración los oocistos de
Cryptosporidium y luego los exponía a dosis de UV de
350-400 mJ/cm^{2}. La patente ensaña el uso de
filtros de membrana para atrapar oocistos de Crysptosporidium
que luego se irradian con una hilera de lámparas de Hg de baja
presión para una dosis de UV de 350-400 mJ/cm^{2}.
El filtro se lava entonces a contracorriente en un segundo filtro y
se repite la irradiación. La patente describe que el tratamiento
"mata" los microorganismos.
M. J. Lorenzo-Lorenzo, M. E.
Area-Mazea, I. Villacorta-Martínez
de Maturana y D. Durán-Oreiro, "Effect of
Ultraviolet Disinfection of Drinking Water on the Viability of
Cryptosporidium parvum Oocysts", J. Parasitol.
1993, 79(l), 67-70. El
documento informa de la prevención de la infección en ratones tras
la exposición al menos a 150 min de UV a partir de una lámpara de Hg
de baja presión (presumiblemente). Aunque el documento no es claro,
puede deducirse que la dosis de UV aplicada fue superior a 5000
mJ/cm^{2} para obtener una reducción mejor que 2 log en la
capacidad de infección. Los autores reivindican que la exposición a
UV durante 150 min o más "elimina" la capacidad de infección,
pero no facilitan ningún mecanismo aparte de decir que la
``irradiación UV rompe el ADN produciendo la formación de dímeros de
t[i]amina y los niveles elevados pueden conducir a la
muerte celular. A las dosis de UV que aplican, es casi seguro que
los efectos observados se produjeron por la muerte celular.
En un documento de A. Bushnell, W. Clark, J. Dunn
y K. Salisbury, "Pulsed Light Sterilization of Products Packaged
by Blow-Fill-Seal
Techniques",Pharm. Engin. 1997, septiembre /
octubre, 74-83, se describe una técnica de UV
pulsada para "esterilizar" superficies que contienen bacterias,
hongos, esporas, virus, protozoos y oocistos. Se informó de que las
dosis de UV preferidas eran superiores a 1000 mJ/cm^{2}. La
efectividad del método se sometió a ensayo utilizando capacidad de
infección en ratones. A las dosis de UV notificadas, se creyó que
los efectos se debían a la muerte celular.
En un documento de R. LaFrenz, "High Intensity
Pulsed UV for Drinking Water Treatment", Proc. AWWA WQT
Conference, Denver, CO, noviembre de 1997, se describieron
sistemas pulsados similares. Aunque se describieron muy pocos
detalles, parece que se utilizó un ensayo de capacidad de infección
en ratones y con una "inactivación" de Cryptosporidium
reivindicada del 100% hasta un nivel de 6 log a niveles de energía
de aproximadamente 200 mJ/cm^{2} y superiores. El documento
reivindica que la UV pulsada supera al "mecanismo de reparación
del ADN"; sin embargo, las dosis de UV aplicadas son mucho
mayores que las requeridas con una lámpara de Hg de presión media en
el estado estacionario.
En consecuencia, es un objeto de la invención
proporcionar un método para tratar agua de una forma efectiva de
manera que los oocistos de Cryptosporidium no puedan
infectar. Es otro objeto de la invención proporcionar un método que
utiliza luz ultravioleta para hacer que los oocistos de
Cryptosporidium sean ineficaces para infectar. Todavía es
otro objeto de la presente invención proporcionar un método que
utilice luz ultravioleta que sea rentable en el tratamiento del agua
potable para eliminar el potencial de infección de los oocistos de
Cryptosporidium.
En general se ha descubierto que no es necesario
"matar" o "inactivar" patógenos, tales como
Cryptosporidium parvum o Giardia muris con luz
ultravioleta con el fin de evitar la infección; sólo se necesita
aplicar suficiente luz ultravioleta para evitar que los
microorganismos se "repliquen". El método de la presente
invención evita la replicación (mitosis celular) mediante el
entrecruzamiento del ADN para evitar la infección. Las dosis de UV
requeridas para evitar la replicación son órdenes de magnitud
inferiores a las requeridas para "matar" o "inactivar" los
oocistos. Esto significa que el coste del tratamiento con UV para
evitar la infección por oocistos de Cryptosporidium será
notablemente inferior.
Se ha encontrado que cuando los microorganismos
biológicos se exponen a la luz ultravioleta (UV) en el intervalo de
200-300 nm, la UV puede absorberse por el ADN, el
ARN y las proteínas. La absorción por las proteínas puede conducir a
la ruptura de las paredes celulares y a la muerte del
microorganismo. Se sabe que la absorción por el ADN o el ARN
(específicamente por las bases de timina) produce el
entrecruzamiento de las cadenas de doble hélice del ADN o el ARN
mediante la formación de dímeros de timina. Si se crean suficientes
de estos entrecruzamientos en el ADN, no puede separarse en dos
hebras y, por tanto, en la mitosis, la célula no puede replicarse.
Las células que no pueden replicarse no pueden infectar. La presente
invención utiliza dosis de UV sustancialmente inferiores para lograr
que el estado de replicación dificultada sea mucho menores (en
órdenes de magnitud) que las requeridas para producir la destrucción
del oocisto celular.
La presente invención utiliza una lámpara UV de
presión media de banda ancha (200-300 nm) para
lograr la prevención. Las lámparas de UV de presión media
proporcionan un espectro ultravioleta continuo. Las lámparas de
mercurio de presión media contienen una presión de vapor de mercurio
de aproximadamente 1000 mm Hg cuando están activadas (las lámparas
de mercurio de presión baja contienen presión de vapor de mercurio
de aproximadamente 0,001 a aproximadamente 10 mm Hg cuando están
activadas). A.M. Braun, M.T. Maurette y E. Oliveros; Photochemical
Technology; págs. 109-114; John Wiley & Sons;
1991. La dosis requerida puede ser de tan solo 10 mJ/cm^{2}.
Dosis superiores a 30 mJ/cm^{2} proporcionan más de 4,5 log de
eliminación medido por la capacidad de infección en ratones. Por
tanto, los niveles de dosis son significativamente inferiores a los
utilizados antes, lo que da como resultado que se necesiten niveles
de potencia significativamente inferiores para lograr los
resultados. En consecuencia, el método proporciona un aumento
sustancial en la rentabilidad de la reducción de UV en la infección
por oocistos de Cryptosporidium en el agua potable. Otras
ventajas se harán evidentes a partir de un examen de la siguiente
descripción detallada de una realización de la invención preferida
en la actualidad.
La figura 1 es gráfico que muestra la diferencia
entre el ensayo de capacidad de infección y los ensayos in
vitro (exquistación y colorantes vitales), y
la figura 2 es un gráfico que muestra la
correlación entre las pruebas piloto y a escala de laboratorio.
Las exposiciones de la prueba piloto de
Cryptosporidium parvum y Giardia muris se llevaron a
cabo en un reactor UV de 111 L (29,4 gal) que contenía 6 lámparas UV
de presión media Rayox de 1 kW montadas horizontalmente a través de
un reactor de tipo torre. Los microorganismos se introdujeron aguas
arriba de una mezcladora estática delante del reactor y se
recogieron sobre filtros de 1 micra tras el reactor. La velocidad de
flujo global durante la prueba fue de aproximadamente 215 gpm (814
L/min). Los microorganismos se extrajeron del filtro y se
concentraron. Cuatro de las muestras de Cryptosporidium se
administraron a ratones. Parte del concentrado se conservó para las
pruebas
in vitro.
in vitro.
Las dosis de UV se calcularon a partir de la
irradiación promedio (determinada a partir de un complicado modelo
matemático del reactor), los tiempos de permanencia, el tiempo en el
reactor (aproximadamente 8,3 s). La dosis se varió encendiendo una o
dos lámparas y con alta o baja potencia.
Se utilizaron dos ensayos in vitro:
colorantes vitales y exquistación. Se determinó que los valores de
viabilidad medios del control del proceso eran del 71,7% mediante el
ensayo de los colorantes vitales. El factor necesario para
normalizar estos valores de viabilidad hasta el 100% se calculó
dividiendo 100 entre 71,7 = 1,39. Tras la exposición del oocisto a
diversas dosis de UV, se determinaron sus valores reales de
viabilidad (tabla 1) y después se normalizaron multiplicando cada
valor de viabilidad por el factor calculado (1,39). De manera
similar, se normalizaron al 100% los valores de exquistación del
control del proceso de Cryptosporidium y Giardia y se
utilizó su factor de normalización respectivo para ajustar los
valores reales de exquistación para los microorganismos expuestos a
UV. Estos resultados se calculan como la viabilidad en porcentaje
para una prueba con UV dividida por la viabilidad en porcentaje para
el control del proceso. Al hacer lo anterior, los factores de la
viabilidad (porcentaje) para las pruebas in vitro cambian a
los presentados en la siguiente tabla.
\newpage
| Factores de viabilidad (porcentaje) para las pruebas in vitro | |||
| Cryptosporidium parvum | Giardia muris | ||
| Dosis de UV (mJ/cm^{2}) | Colorantes vitales | Exquistación | Exquistación |
| 20 | 113 \pm 36 | 145 \pm 38 | 174 \pm 14 |
| 69 | 110 \pm 34 | 176 \pm 38 | 103 \pm 48 |
| 137 | 37 \pm 17 | 83 \pm 21 | 68 \pm 32 |
| 152 | 13 \pm 14 | 29 \pm 31 | 31 \pm 13 |
| 167 | 8 \pm 7 | 33 \pm 10 | 33 \pm 8 |
| Obsérvese que cualquiera valor por encima del 100% debe considerarse que es del 100%. |
\vskip1.000000\baselineskip
| Log de las reducciones para las pruebas de capacidad de infección en ratón de Cryptosporidium parvum | |
| Dosis de UV (mJ/cm^{2}) | Exquistación |
| 20 | 3,9 |
| 69 | > 4,5 |
| 167 | > 4,5 |
| Pruebas in vitro de la exposición UV sobre la viabilidad de Cryptosporidium parvum y Giardia muris | |||||
| Parámetros de | Viabilidad de Cryptosporidium parvum | Viabilidad de Giarda muris | |||
| las pruebas | (n = 3) | (n = 3) | |||
| Dosis de UV | Colorantes | Exquistación | Dosis de UV | Exquistación | |
| (mJ/cm^{2}) | vitales | (mJ/cm^{2}) | |||
| Prueba 30/3/98 | |||||
| Turno | 82,0 \pm 4,0 | 81,4 \pm 8,1 | 90 \pm 7,1 | ||
| Control 1 | |||||
| Control del | 71,7 \pm 15,4 | 29,7 \pm 1,1 | 53,2 \pm 21,5 | ||
| proceso sin UV | 61,7 \pm 4,9 | 45 \pm 7* | |||
| Prueba 31/3/98 | |||||
| Turno | 90,4,6 \pm 1,2 | 79,8 \pm 4,3 | 97,3 \pm 2,5 | ||
| Control 2 |
| Parámetros de | Viabilidad de Cryptosporidium parvum | Viabilidad de Giarda muris | |||
| las pruebas | (n = 3) | (n = 3) | |||
| Dosis de UV | Colorantes | Exquistación | Dosis de UV | Exquistación | |
| (mJ/cm^{2}) | vitales | (mJ/cm^{2}) | |||
| Prueba UV | 167 | 4,9 \pm 4,5 | 13,7 \pm 3,1 | 167 | 19,9 \pm 2,7 |
| Prueba 01/04/98 | |||||
| Turno | 88,7 \pm1,0 | 56 \pm 9,8 | 100 \pm 0 | ||
| Control 3 | 89 \pm 2,7* | ||||
| Prueba UV | 69 | 73,6 \pm4,1 | 72,7 \pm 2,3 | 67 | 55 \pm 13 |
| Prueba 06/04/98 | |||||
| Turno | 76,6 \pm4,4 | 80,4 \pm 1,7 | 99 \pm 1 | ||
| Control 4 | |||||
| Prueba UV | 152 | 8,5 \pm1,4 | 12,1 \pm 1,5 | 152 | 23 \pm 9,6 |
| Prueba 07/04/98 | |||||
| Prueba 30/3/98 | |||||
| Control del | 45,3 \pm16,8 | 49,3 \pm 4,0 | 96,7\pm1,2 | ||
| proceso 2 sin UV | |||||
| Prueba UV | 137 | 25 \pm 8,9 | 34,3 \pm 4,0 | 137 | 36,4 \pm9,1 |
| Prueba 08/04/98 | |||||
| Turno | 79,7 \pm5,1 | 77,3 \pm 4,2 | 94,7 \pm 3,1 | ||
| Control 5 | |||||
| Prueba UV | 20 | 75,3 \pm6,8 | 47 \pm 7,8 | 21 | 92,7 \pm 1,2 |
| 72,7 \pm 1* |
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
| Efectos de la exposición UV sobre la capacidad de infección de Cryptosporidium parvum | ||||
| Parámetros de las | Dosis de | Capacidad de infección de | ||
| pruebas | V (mJ/cm^{2}) | Cryptosporidium parvum | ||
| Inóculo 1 | Inóculo 2 | Inóculo 3 | ||
| Turno Control 1 | ||||
| Inóculos administrados | 25 | 75 | 150 | |
| por ratón | ||||
| % Infectados (nº total) | 5,3% (2/28) | 35% (14/40) | 62,5%(15/23) | |
| Parámetros de las | Dosis de | Capacidad de infección de | ||
| pruebas | V (mJ/cm^{2}) | Cryptosporidium parvum | ||
| Inóculo 1 | Inóculo 2 | Inóculo 3 | ||
| Control del proceso 1 | ||||
| Inóculos administrados | 50 | 500 | 5.000 | |
| por ratón | ||||
| % Infectados (nº total) | 44% (11/15) | 100%(20/20) | 100% (23/23) | |
| Prueba UV 31/03/98 | ||||
| Inóculos administrados | 1.000 | 10.000 | 100.000 | |
| por ratón | ||||
| % Infectados (nº total) | 191 | 0% (0/24) | 0% (0/12) | 0% (0/24) |
| Prueba UV 01/04/98 | ||||
| Inóculos administrados | 1.000 | 10.000 | 100.000 | |
| por ratón | ||||
| % Infectados (nº total) | 79 | 0% (0/22) | 0% (0/26) | 0% (0/25) |
| Prueba UV 08/04/98 | ||||
| Inóculos administrados | 1.000 | 10.000 | 100.000 | |
| por ratón | ||||
| % Infectados (nº total) | 23 | 0% (0/18) | 0% (0/18) | 4,5% (1/22) |
Aunque se ha descrito en particularidad una
realización de la invención preferida en la actualidad, la invención
puede realizarse de otro modo dentro del alcance de las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (3)
1. Uso de un banda ancha continua de luz
ultravioleta en dosis de desde 10 mJ/cm^{2} hasta 175 mJ/cm^{2}
y con un intervalo de longitud de onda de 200 a 300 nm para tratar
agua potable para eliminar el potencial de infección de los oocistos
de Cryptosporidium.
2. Uso según la reivindicación 1, en el que dicha
banda ancha continua de luz ultravioleta se aplica mediante una
lámpara UV de presión media.
3. Uso según la reivindicación 1 ó 2, en el que
dicha dosis es de desde 20 mJ/cm^{2} hasta 30 mJ/cm^{2}.
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