The role of a microbial biofilm on corrosion and copper and release in plumbing systems

Los sistemas de distribución de agua potable son considerados como ambientes extremos dadas las condiciones oligotróficas que existen en las tuberías. Al mismo tiempo, estos sistemas están diseñados para mantener una baja cantidad de microorganismos, pues el agua en su interior mantiene residuos de desinfectante, lo que reduce la carga microbiana, a la vez que se emplea un material biocida como el cobre para la construcción de estos sistemas. A pesar de ello, los microorganismos pueden sobrevivir en este ambiente, debido principalmente al desarrollo de biopelículas. Las biopelículas son uno de los modos de vida más ampliamente distribuidos en la Tierra, en el que una alta densidad celular está compuesta por muchas especies, y las células están frecuentemente incrustadas en una matriz autoproducida de sustancias poliméricas extracelulares (EPS). El EPS es uno de los componentes esenciales de las biopelículas porque ayuda a crear una barrera reactiva que controla los procesos difusivos y las reacciones químicas con el medio ambiente. La seguridad del agua potable puede ser afectada debido al asentamiento de microorganismos en la superficie interna de la tubería de cobre. Los procesos que modifican los microorganismos son diversos, como por ejemplo: i) el proceso de biocorrosión o fenómeno conocido como corrosión influenciada por microorganismos, el cual incrementa la liberación de partículas de cobre al agua en niveles perjudiciales para la salud de la población; ii) favorecer el crecimiento de otros microorganismos, ya que puede actuar como reservorio de nutrientes para ellos y ; iii) actuar como depósito de metales en su superficie debido a las capacidades de sorción en la superficie de la biopelícula. A pesar del grave impacto en la salud pública que estas situaciones pueden generar, este tema no ha sido investigado adecuadamente. Por lo anterior, en esta tesis se propone estudiar las características y cambios que genera la biopelícula sobre la liberación de cobre y su influencia en la calidad del agua potable. Para ello se trabajará en experimentos de campo y de laboratorio para: a) establecer el impacto de la comunidad formadora de biopelícula en la liberación de cobre al medio y en otros parámetros de calidad de agua; b) entregar nueva evidencia de cómo el desarrollo de una biopelícula modifica la biocorrosión; y c) saber cuánto potencial posee aislados bacterianos nativos como reservorio de metales potencialmente nocivos. La estrategia empleada para establecer el rol de la biopelícula en la corrosión y liberación de cobre en los sistemas de tuberías de cobre incluyó estudios de campo y en el laboratorio. El análisis de las tuberías de cobre recogidas en el estudio de campo no mostró una relación constante entre: el tiempo de exposición, la velocidad de corrosión y la cantidad de cobre liberado en el agua. Además, los resultados revelaron que la biocorrosión es un proceso biológico dinámico, el cual no puede caracterizarse por un único tiempo de envejecimiento o por la extrapolación de experimentos a corto plazo, especialmente en estudios sobre un sistema de tuberías real. Por otro lado, los estudios realizados en condiciones de laboratorio enfatizan la necesidad de establecer el contexto ambiental donde las bacterias están involucradas. Nuestros resultados indican que, la bacteria asilada, identificada como Variovorax sp, mostró una pérdida de capacidad de formación de biofilm al interactuar con el segundo aislado bacteriano, identificado como Ralstonia pickettii. Del mismo modo, la caracterización de los grupos funcionales del EPS implicados en la acumulación de cobre de los aislados bacterianos, expuso cómo las modificaciones de los grupos aminos (por metilación) en la superficie de los aislados bacterianos, aumentaban hasta un 30% la sorción de cobre, en comparación con el mismo aislado bacteriano sin modificación. Estos resultados apoyan de nuevo la necesidad de entender el contexto ambiental para predecir cómo pueda actuar cada microorganismo. Por último, esta tesis aporta pruebas que apoyan el potencial peligro de contaminación microbiana del agua potable debido a: i) desprendimiento de biopelículas y ii) la acumulación de metales y su posterior liberación debido a la capacidad de sorción microbiana. Este conocimiento será la base para generar un protocolo de monitoreo y acción sobre las biopelículas, con el fin de reducir el deterioro de la calidad de agua por contaminación con cobre y microorganismos, con el fin de evitar los efectos negativos en la salud pública.