“AEROBIOLOGÍA: CONCEPTOS Y APLICACIONES

CALDERÓN EZQUERRO MARÍA DEL CARMEN

FORO AMBIENTAL FEBRERO, 2011

• El hombre y el ambiente que lo rodea están expuestos a la acción de una gran diversidad de partículas de origen orgánico e inorgánico y a sus efectos causados por contacto y/o inhalación, los cuales pueden resultar perjudiciales tanto para la salud de los individuos como para la ecología ambiental.

DISPERSIÓN DE AEROPARTÍCULAS

DÍA FRIODÍA NUBLADO

CON SOL

•Es una ciencia multidisciplinaria que comprende los diversos procesos por los que pasan los organismos y partículas biológicas en la atmósfera, así como su repercusión en el entorno (Edmons y Benninghoff 1973; Isard y Gage 2001).. •Actualmente, se incluye dentro de esta disciplina a las partículas o los gases abióticos que afectan a los organismos vivos, como el mercurio, plomo, asbestos, cadmio, monóxido de carbono, dióxido sulfúrico, ozono, etc. (Nilsson, 1992).

AEROBIOLOGÍA

La AEROBIOLOGIA investiga la dinámica y los procesos biológicos que están involucrados en el movimiento atmosférico de los

organismos.

Área de fuente Área destino

Modelo conceptual de las interacciones biológicas y meteorológicas que gobiernan el movimiento de los organismos y las biopartículas en la atmósfera

Edmons y Benninghoff 1973 Isard y Gage 2001

PROCESO AEROBIOLÓGICO

PARTÍCULAS BIOLÓGICAS DISPERSAS EN E AIRE

Esporas de Alternaria sp- Esporas de Aspergillus sp.

BacteriasGram +

Algas

MicrococosChlorela sp.

BacteriasGram -

Escherichia coli

PARTÍCULAS BIOLÓGICAS DISPERSAS EN E AIRE

Grano de polenAcaro y sus excretas

Quistes deAcanthameba sp.

Impactos negativos o positivos por exposición y/o contacto a esta diversidad de aeropartículas

Insectos

Diaphorina citri

Impacto en los diversos sistemas biológicos expuestos a partículas del aire en ambientes extramuros: urbanos, suburbanos, forestales, agrícolas, etc.

BOSQUES ÁREAS RURALES

ÁREAS URBANAS

AMBIENTES OCUPACIONALESSUBURBANOS

Penicillium claviforme

Impactos en la salud por exposición a partículas del aire en ambientes intramuros: casas habitación, hospitales, escuelas, ambientes ocupacionales, etc.

Penicillium

Hongos patógenos BACTERIAS DEL AIRE

AEROBIOLOGÍA

SALUD

ECOLOGÍA

BIODETERIOROAGRICULTURA

VARIABILIDADCLIMÁTICA

AEROPALINOLOGÍAAEROMICOLOGÍA

AEROBACTERIOLOGÍA

BIOTERRORISMO

INVESTIGACIONES FORENSES

MICROBIOLOGÍA METEOROLOGÍA

FÍSICA DE AEROSOLES QUÍMICA ATMOSFÉRICA

GENÉTICA AMBIENTAL

AEROENTOMOLOGÍA

Muestreadores para colectar biopartículas y partículas del aire

Aeropartículas cultivables

Aeropartículas no cultivables

Trampa de esporas Hirst (Burkard)

Muestreador de aeropartículas

AMBIENTES INTRAMUROS

Muestreadores aeropartículas

Muestreador partículas viables Andersen

EJEMPLOS DE

ESTUDIOS AEROBIOLÓGICOS APLICADOS

APLICACIONES EN AGRICULTURA

Detección de ascosporas de Sclerotinia sclerotiorum dispersas en el aire antes de que las plantas presentes los primeros síntomas de la enfermedad

Sclerotinia sclerotiorum

Entre los cultivos afectados destacan lechuga, col, brócoli, frijol, soya, girasol, chícharo, calabaza, canola, alfalfa, jitomate, pepino, zanahoria, plantas de ornato, malezas y arbustos.

Amplia distribución geográfica y destructiva. Ataca a más de 400 especies de plantas, causando pérdidas hasta del 100% de la cosecha.

Cultivo de Brassica napus: Infectado con S. sclerotiorum

Rothamsted Research, UK

Producción de ascosporasAscosporas de S. sclerotiorum

Detección de ascosporas de Sclerotinia sclerotiorum colectadas del aire de campos infectados

Cultivo de frijol infectado con S. sclerotiorumen México

PALMARITO, QUECHOLAC, PUEBLA

Coles infectadas

Lechugas Coles

Esclerocios

APOTECIOS DESARROLLADOS

Producción de apotecios con ascosporas

Cinta expuesta, se corta en segmentosde 24 mm (12 h)Cada segmento se corta en dosSegmento 1 se utiliza para PCRSegmento 2 se utiliza para contar lasesporas

Muestreo en mini-túnel de viento y en campo: Trampa de esporas tipo Hirst

AIRE

Trampa de esporas Hirst en cultivos de frijol en Cuautla ,Morelos

Sclerotinia sclerotiorum

CUANTIFICACIÓN E IDENTIFICACIÓN DE BIO-PARTÍCULAS POR MÉTODOS TRADICIONALES

•Los métodos convencionales para la detección, identificación y cuantificación de esporas de hongos han dependido del uso del microscopio y/o de técnicas de cultivo. Ambos métodos consumen tiempo, son laboriosos y requieren de personal con experiencia.

Metarhizium anisopliae var. acridum

Toma del producto del PCR

Una hora enGel de agarosa

Gel en proceso

Cámara de electroforesis

300 pb 278 pb

1 2 3 4 5 6 7 8 9

T+ T-M 1 10 100

1000

1000

0

1000

00

Curva de ADN de ascosporas de Sclerotinia sclerotiorum

RESULTADOS

DETECCIÓN DE ADN DE ESPORAS COLECTADAS DEL AIRE

Rompimiento de esporas, Purificación de ADN y PCR

Detección de ADN de ascosporas de S. sclerotiorum colectadas del aire A) del mini túnel de viento y B) de campos de cultivo de fríjol.

1) Marcador molecular, 2) testigo positivo, 3) No ADN, 4 – 8) ADN de esporas colectadas en el mini-túnel de viento.

NO

AD

N

+1 2 3 4 5 6 7 8

A)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1) Marcador molecular, 2-12) ADN de esporas colectadas del aire de campos de cultivo de fríjol.

B)

278 pb

278 pb

Detección de ADN de ascosporas de S. sclerotiorum colectadas del aire en el minitúnel de viento,

mediante PCR en tiempo real

Detección y concentración de muestras de Sclerotinia sclerotiorum colectadasdel aire de zonas agrícolas del Reino Unido en espacio y tiempo

West y Atkins 2008

CONCLUSIONES

Con la detección temprana de hongos patógenos dispersos en el ambiente, es posible llevar a cabo medidas de vigilancia, prevención y control de enfermedades, evitando epidemias que terminen con cientos de hectáreas cultivadas.

CON ESTE MÉTODO SE ESTA CREANDO LA RED MEXICANA DE AEROBIOLOGÍA PARA LA VIGILANCIA EPIDEMIOLÓGICA FITOSANITARIA (REMAVEF)

Actualmente, estamos detectando las uredosporas y teliosporas de la roya Asiática de la soya (Tamaulipas), la roya anaranjada de la caña de azúcar (Quintana Roo), la roya del fríjol (Guanajuato)entre otras. Así como, se iniciará el monitoreo aerobiológico de insectos.

Estudios aerobiológicos para determinarel impacto de hongos utilizados en control biológico

Mosca blanca (Bemisia sp., B. tabaci, Trialeurodes sp., T. vaporiaroum)

Chapulines (Sphenarium purpurascens)

Langostas(Schistocerca piceifrons piceifrons

Entre los productos químicos recomendados para el control de langostas y chapulines están los organofosforados como el fenitrotión y el malatión, reguladores del crecimiento como diflubenzuron/dimilin y recientemente el pyrazol y fipronil.

El uso del control químico conlleva riesgos muy elevados, ya que además de no ser selectivos (matan a la mayoría de los insectos presentes, alterando los ecosistemas) tiene efectos perjudiciales para la salud humana (SAGARPA, 2005).

CONTROL QUÍMICO

Sin embargo, se desconoce la persistencia y la viabilidad de las esporas a largo plazo, después de ser asperjadas en el ambiente.

CONTROL BIOLÓGICO

Langosta infectada con Metarhizium anisopliae var. acridum

Actualmente, el protocolo para el control microbiano de la langosta en campo se lleva a cabo asperjando formulado de esporas de M. anisopliae var. acridum cada dos semanas, durante los meses de septiembre a noviembre y de mayo a julio. Y para los chapulines la aplicación es solo de mayo a julio.

Chapulin

Métodos

Se estandarizó el método para la detección molecular de esporas del hongo Metarhizium anisopliae var. acridum obtenidas del aire, suelo y vegetación.

Por lo tanto, el objetivo de estos estudios fue determinar la persistencia y la viabilidad de Metarhizium anisopliae var. acridum en el ambiente de zonas rurales a lo largo de un ciclo anual, después de ser aplicado como agente microbiano para el control biológico de la langosta Schistocerca piceifrons piceifrons y el chapulin Sphenarium purpuracens.

OBJETIVO

Colecta de muestras de campo

TÍZIMIN, YUCATÁN

SAN MATEO COATEPEC,PUEBLA

Carril Descripción

1 Marcador 100 pb

2 Testigo positivo

3 Testigo negativo

4 100 000 esporas

5 10 000 esporas

6 1000 esporas

7 100 esporas

8 10 esporas

9 1 espora

10 0 esporas

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Limites de detección de ADN en muestras de aire, suelo y vegetación

AIRE SUELO

VEGETACIÓN

Concentración de UFC/g de SUELO encontradas durante las fechas de muestreo

**

0

42000

84000

126000

168000

210000

17-0

8-0

724-0

8-0

731-0

8-0

706-0

9-0

713-0

9-0

720-0

9-0

727-0

9-0

704-1

0-0

711

-10-0

718-1

0-0

726-1

0-0

711

-12-0

718-0

1-0

805-0

2-0

822-0

2-0

807-0

3-0

828-0

3-0

811

-04-0

825-0

4-0

809-0

5-0

826-0

5-0

827-0

6-0

813-0

8-0

810-0

9-0

801-1

0-0

803-1

2-0

8

UF

C/g

su

elo

0

60000

120000

180000

240000

300000

17/0

8/0

7

24/0

8/0

7

31/0

8/0

7

06/0

9/0

7

13/0

9/0

7

20/0

9/0

7

27/0

9/0

7

04/1

0/0

7

11/1

0/0

7

18/1

0/0

7

26/1

0/0

7

11/1

2/0

7

18/0

1/0

8

05/0

2/0

8

22/0

2/0

8

07/0

3/0

8

28/0

3/0

8

11/0

4/0

8

25/0

4/0

8

09/0

5/0

8

26/0

5/0

8

27/0

6/0

8

13/0

8/0

8

10/0

9/0

8

01/1

0/0

8

03/1

2/0

8

UF

C/g

ve

ge

tació

n

Concentración de UFC/g de VEGETACIÓN encontradas durante las fechas de muestreo

0

280

560

840

1120

1400

17-0

8-0

7

24-0

8-0

7

31-0

8-0

7

06-0

9-0

7

13-0

9-0

7

20-0

9-0

7

27-0

9-0

7

04-1

0-0

7

11-1

0-0

7

18-1

0-0

7

26-1

0-0

7

11-1

2-0

7

18-0

1-0

8

05-0

2-0

8

22-0

2-0

8

07-0

3-0

8

28-0

3-0

8

11-0

4-0

8

25-0

4-0

8

09-0

5-0

8

26-0

5-0

8

27-0

6-0

8

13-0

8-0

8

10-0

9-0

8

01-1

0-0

8

03-1

2-0

8

UF

C/m

3 a

ire

Concentración de UFC/m3 de AIRE encontradas durante las fechas de muestreo.

Estimación de viabilidad y persistencia de Metarhizium anisopliae var. acridum en muestras colectadas de la zona de estudio

TIPIFICACIÓN DE HONGOS PATÓGENOS Y OBTENCIÓN DE MARCADORES

MOLECULARES

Estudios aerobiológicos para determinarel impacto de partículas biológicas

patógenas en el hombre.

Aspergillus fumigatus

Granos de polenCoccidioides

MIcroconidias.

Histoplasma capsulatum

Artrosporas

Aspergillus fumigatus

ASPERGILOSIS

Considera a un grupo de enfermedades que causan desde alergia a colonización, enfermedad invasiva o intoxicación y que tiene en común el ser causada por miembros del género Aspergillus o sus metabolitos:A. fumigatus A. flavus A. niger

AMBIENTES INTRA HOSPITALARIOSRESERVAS ECOLÓGICAS

Fuentes de Infección:Suelo

Aire; esporas pueden ser inahaladasAgua / tanques de almacenamiento en hospitales, etc.ComidaComposta y vegetación en descomposiciónCamas, almohadasSistemas de ventilación y aire acondicionadoVentiladores de las computadoras

El tamaño de los conidios es de 2-3 m de diámetro, lo que permite su entrada a los alvéolos pulmonares en los hospederos que se encuentran en contacto con el hongo

Exposición a la microbiota patógena del aire, suelo, y materiales utilizados en medicina

La inhalación de esporas por huéspedes inmunocompetentes rara vez muestra efectos adversos, debido a que su sistema inmune es capaz de eliminar de manera eficiente al hongo sin embargo, la asociación del hongo con huéspedes inmunodeprimidos puede llegar a ser causa de muerte.

Evaluación de la calidad del aire de la Ciudad de México y su efecto en la salud de la población expuesta a biopartículas aeroalergénicas (granos de polen) y su relación con el cambio climático.

En las ciudades industrializadas, la incidencia y exposición a aeroalergenos impactan significativamente la salud de más del 20% de la población, dicho porcentaje corresponde a individuos susceptibles de desarrollar cuadros alérgicos al interactuar con el ambiente (Emberlin, 1998; de Weed et al., 2002; Allakhverdi et al., 2005; Okuyama et al., 2007).

Los granos de polen suspendidos en la atmósfera, constituyen el principal tipo de aeroalergeno, conociéndose el efecto de algunos tipos polínicos sobre la salud. Su presencia y concentración dependen del tipo de vegetación, factores meteorológicos (temperatura, humedad, precipitación, dirección y velocidad del viento), así como de las variaciones en el clima que repercuten en los tiempos de floración y de las plantas, de aquí la importancia del efecto en la vegetación, producido por el cambio climático.

El polen atmosférico se utiliza como modelo experimental para evaluar la calidad del aire y es considerado como un bioindicador de contaminación ambiental, debido a que partículas suspendidas en el aire pueden adherirse a la exina de los granos.

POLEN EN EL AIRE

Monitorear y detectar alérgenos polínicos (granos de polen)

dispersos en la atmósfera de la Ciudad de México, mediante la

creación de la Red Mexicana de Aerobiología (REMA), con el fin de

ALERTAR a la población del tipo y concentración de los pólenes

presentes en la atmósfera, así como para

generar estimaciones de los efectos de cambio climático en la

distribución y concentración de polen atmosférico y de sus impactos

potenciales en la salud humana, y determinar su potencial como

bioindicadores de contaminación ambiental.

OBJETIVO GENERAL

RED MEXICANA DE AEROBIOLOGÍAREMA

Zonas de monitoreo de la Red Mexicana de Aerobiológia (REMA) de la Ciudad de México

Monitoreo, identificación y cuantificación de pólenes del aire. Se está realizando de manera continua el monitoreo, la identificación y la cuantificación de los diversos tipos polínicos colectados del aire de las 4 estaciones de monitoreo aerobiológico, con el fin de determinar la variación en tiempo y espacio de los principales alérgenos polínicos presentes en la atmósfera de la Ciudad de México.

Por consenso internacional en estudios aerobiológicos se ha establecido una clasificación general para dividir a los tipos polínicos de árboles, herbáceas (malezas - arbustos) y pastos. En algunos casos, es posible identificarlos a nivel de género (por ej. Fraxinus, Alnus), familia (por ej. Poaceae) o grupos de familias (por ej. Chenopodiaceae-Amaranthaceae).

Fraxinus (fresno) Alnus (aile) Poaceae (pastos)

Chenopodiaceae-Amaranthaceae)

BAJA Solamente individuos en extremo sensibles podrán experimentar síntomas.

MODERADA Muchas de las personas sensibles experimentarán síntomas

ALTACasi todos los individuos, con diversos grados de sensibilidad, experimentarán síntomas.

MUY ALTATodos los individuos con diversos grados de sensibilidad experimentarán síntomas y los extremadamente sensibles tendrán síntomas de gran severidad.

La importancia de la concentración polínica radica en que está estrechamente correlacionada con la probabilidad de presentar

síntomas

TIPOS POLÍNICOS COLECTADOS DEL AIRE DELA CIUDAD DE MÉXICO

Coyoacán (40 tipospolínicos)

Miguel Hidalgo (39 tipos polínicos)

Iztapalapa (31 tipos polínicos)

Cuajimalpa Hidalgo (21 tipos polínicos)

Fraxinus (A) Fraxinus (A) Cupressaceae (A) Fraxinus (A)

Cupressaceae (A) Cupressaceae (A) Fraxinus (A) Cupressaceae (A)

Alnus (A) Alnus (A) Poaceae (A) Fagus (B)

Poaceae (A) Poaceae (A) Pinus (B) Poaceae (A)

Casuarina (B) Pinus (B) Morus Pinus (B)

Pinus (B) Quercus Chenopodiaceae-Amaranthaceae (A)

Ambrosia (A)

Ambrosia (A) Casuarina (B) Alnus (A) Casuarina (B)

Myrtaceae (B) Myrtaceae (B) Asteraceae (A) Salix (A)

Liquidambar (B) Urticaceae (A) Casuarina (B) Urticaceae (A)

Quercus (A) Ligustrum (A) Quercus (A) Chenopodiaceae-Amaranthaceae (A)

Urticaceae (A) Morus (A) Myrtaceae (B) Asteraceae (A)

Schinus (B) Schinus (B) Urticaceae (A) Morus (A)

ÁRBOLES, HERBACEAS:arbustos, PASTOS; Alergenicidad : Alta (A), Moderada (M), Baja (B)

Concentraciones de polen atmosférico total en la Delegación Coyoacán

ATLAS POLÍNICO DE LA CIUDAD DE MÉXICO

TIPOS POLÍNICOS AEROVAGANTES DE ÁRBOLES DE LA CIUDAD DE MÉXICO

MALEZAS Y PASTOS

Porcentaje de ingresos al INER por enfermedades alérgicas.

Observándose el incremento en los meses de enero, febrero y marzo y posteriormente en junio y julio. Lo que coincide con las concentraciones de pólenes más altas registradas en el aire de la Ciudad de México según la ReMA.

Variación estacional de pólenes totalesdel aire

CENTRO DE CIENCIAS DE LA ATMOSFERA

RED MEXICANA DE AEROBIOLOGÍA

6285 VISITASAL 09/02/2011

Semáforo de alerta, niveles de gr/m3 de aire y calidad del aire

• ACADÉMICOS• Dra. María del Mar Trigo (Universidad de Málaga, España)• Dra. Leonor Quiroz García (Laboratorio de Palinología, Escuela Nacional Ciencias

Biológicas, IPN)• MAR. Francisco Estrada Porrúa (Centro de Ciencias de la Atmósfera)• Dra. Guillermina González Mancera (Facultad de Química, UNAM)• Dr. Francisco Arenas Huertero (Hospital Rojo Gómez)• Dra. María del Carmen Jiménez (Hospital Oftalmológico Conde de la Valenciana)• Dr. Luis Terán (Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias)• Dr. Guillermo Arturo Guidos Fogelbach (Servicio de Alergia, Centro Médico Nacional

Siglo XXI)

• ALUMNOS:• Pas. M. en C. Amb. Fidel Fuentes Rojas (CVCC)• Biol. Ana Vianey Rivera Santamaría (CVCC)• Pas. Biol. Virginia Patricia Andrade Zavala (CVCC)• QBP. Mario Solís Paredes (CVCC)• Biol. Tania Robledo Retana (PEMBU)• Biol. Ivonne Santiago López (PEMBU)• Pas. Biol. Alberto Díaz (UNAM)

COLABORADORES DE LA REMA

www.atmosfera.unam.mx/rema