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AEROBIOLOGIA: La ciencia de los microorganismos del aire y su ambiente.

REYNA LOURDES FOCIL MONTERRUBIO ALEJANDRA CID MARTINEZ, EDMUNDO ROSIQUE GIL

Divisin Acadmica de Ciencias Biolgicas-UJAT

En los ltimos aos ha tomado gran relevancia hablar de la calidad del aire, en especial de la concentracin de gases y partculas que lo componen. Entre las partculas presentes en la atmsfera se encuentran tambin bacterias, virus, esporas , al gas y granos de pol en, las cuales genricamente se denominan part culas viables. Aunque el aire no representa un hbitat normal para stas si afectan su calidad.

Ante rio rmente, al estudiar los microorganismo del aire solo se buscaba identificarlos, lo que dio lugar a la disciplina ll amada microbiologa del aire. Pero saber cuales eran no fue suficiente para ex pli car c ie rtos fenmenos (p.e., a le rgias estacionales). Se empezaron a hacer estudios donde adems de identificar qu microorganismos estaban en el aire se buscaron re laciones con ciertos parmetros meteorolgicos. Esta unin dio lugar a una nueva discipLina cientfica: La Aerobiologa.

La Aerobiologa es una disciplina cienlfica que fue establ ci da como tal en los afos 30's, en parte porque antes de estos aos no siempre se aceptaba que las enfennedades pudieran transmitirse por va area. Esta situacin, a su vez, se deba a la falta de tcnicas apropiadas para muestrear y almacenar mic roorgan ismos a reos. Pero los orgenes de la Aerobiologa pueden remontarse a los estudios realizados por Louis Pasteur en el siglo XIX.

La Aerobiologa se define tradicionalmente como el estudio del transporte de organismos en .las masas de ai re, tan to en am bientes ex teriores (ex t ramu ros ) como en ambien tes in teriores (intramuros).

Actualmente la Aerobiologa se ha extendido a parti r del rea tradic ional de transmisin de enfermedades va sistema respiratorio, hasta incluir no solamente patgenos humanos sino tambin f itopatgenos, organismos oportun istas y no patgenos y productos microbi anos aerosolizados. Ahora tambin e incluyen, adems de los granos de polen y las esporas de los hongos, bacterias cult ivables y no cultivables, hongos saprfitos, pars itos de vida libre , virus y algas que pueden producir efectos adversos en la salud o un impacto ambiental.

Tambin son de jnters fragmentos de microorgan ismos (p.e., fragmentos de pared celuJar, flagel os y material gentico) , metabolitos microbianos (p.e., compuestos voltiles orgnicos , endotoxjnas, micotoxinas) y partculas de materia. La Aerobiologa comprende e l estudio de la presencia, las caracters ticas, la liberacin, el desplazamiento, la depos icin o absorcin, la relacin con el bienestar humano, la accin como patgenos y el contro l de las partculas biolgicas antes mencionadas.

Debido a esto, la Aerobiologa se relaciona con muchos campos de estudio: patologa vegetal y animal , pal inologa, meteorologa, contaminacin del ai re y biogeografa, entre olras.

Las partcu las viables generalmente se mueven en la masa de aire en fOIDlas de bioaerosoles; stos son generados como gotas polidispersadas o como partculas de diferentes tamaos que varan de 0.5 a 100 micrmetros de dimetro (tabla 1). Tale partculas biolgicas pueden presentarse, adems, como organismos individuales o como agregados de

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organismos, e incluso, pueden adherirse a partcul as de polvo.

Tabla 1.- Tipos y tamaos de partculas areas TIPO DIMETRO ~nCRMETROS)

Humo Virus Bacterias Esporas de hongos Esporas de helechos Granos de polen

0.0001-0.1 0.015-0.45 0.3-10.0 1.0-100 20.0-60.0 lOO-lOO

Fragmentos de plantas, semillas >100 diminutas, insectos , etc.

PRINCIPIOS DEL TRANSPORTE ATMOSFERICO

El aire sirve como medio de transporte para la dispersin de las partculas biolgicas de un lugar a otro. Ya sea que los microorganismos sean transportados solos o en grupo, stos son ms pesado s que el ai re , por lo que ten de ran a sedimentarse rpidamente, pero no sucede esto debido a que dos procesos atmosfricos lo impiden: los procesos turbulentos y las corrientes de conveccin trmica.

El transporte de material en la atmsfera es llevado a cabo por el intercambio de energa entre Jos e lementos que se dispersan y el medi o en movimiento en el cual entran; esto es, se extrae energa de la atmsfera y es proporcionada a los elementos en dispersin como energa cintica que es uti lizada para mover un elemento de una posicin a otra.

La caracterst ica ms importante de la atmsfera con miras a la dispersin es su estructura turbulenta. Esta es el cambio abrupto e impredecible en la direccin y velocidad del viento.

El poder dispersivo de la atmsfera est relacionado con la intensidad turbulenta, una medida de energa de Jos remolinos que existen en un tiempo dado, que, en general depende de tres factores: El primero es la rugosidad del terreno sobr el cual sopla el viento. El segu ndo factor es el corte vertical del

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viento; esto es, el cambio de la velocidad del viento en relacin con la altura. El tercer factor, y quiz el ms importante, es el pelf il de temperatura vertical o, el cambio de temperatura con respecto a la altura.

La atmsfera puede ser clasificada corno inestable o estable en funcin de su capacidad disp rs iva. U na atmsfera inestable es aquella en que un p queo desplazamiento vertical de una parcela de ai re resulta en fuerzas que actan sobre la parcela y aumentan o refuerzan su movimiento vertical' , como resultado, los movimientos turbulentos son fcilmente inducidos . Por 10 tanto , una atmsfera estable es aque ll a en la que un peque o desplazamiento vertical resulta en fuerzas que actan sobre la parcela que suprime su movimiento y la restablece a su posicin in icial; la turbulencia no es favorecida en esta situacin. La intensidad de la turbulencia, y consecuentemente la habilidad dispersiva, es mayor en una atmsfera inestable, en l cual se presentan movimientos convectivos, n comparacin con una atmsfera estable.

FUENTES DE MICROORGANISMOS A LA ATMOSFERA

Tanto el hombre como los animales y las plantas li beran microorganismos patgenos y no patgenos a travs de sus actividades . Los aspectos cuantitativos de estas fuentes han sido investigados, prindpalm nte, en ambientes intramuros.

El medio terrestre y el acutico representan otras fuentes de microorganismos, sin que el hombre intervenga . El primero, representa la fue nte de microorganismos degradadores, importantes en el reciclaje de la materia orgnica en los suelos, y de microorganismos epif1icos . El segundo, introduce microorganismo s a la atm sfera mediante la inyeccin de gotas de agua, lo cual sucede durante la lluvia o las corrientes de aire, pero posiblemente lo ms significativo son las burbujas subsuperficiales que surgen a travs de la. columna de agua y que revientan en la superficie.

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Todo lo mencionado anteriormente puede construccin, las plantas de tratamiento, los depsitos verse modificado si se trata de un ambiente urbano de basura y los procesos industriales incluyendo o uno mral. En un medio urbano los principales rastros e industrias procesadoras de productos de contribuyentes, son la actividad vehicular, la origen animal.

FOTO 1.- Bacterias aisladas del aire en medio de cultivo general (TSA).

FOTO 2.- Equipo para el aisl amiento de microorganismos del aire (Impactor de Cascada).

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LA IMPORTANCIA DE LA AEROBIOLOGA

La mayora de las enfennedades areas de los cultivos agrcolas y forestales son causadas por hongos, bacterias y virus. Las prdidas con frecuencia han tenido efectos sociales que son extremadamente difci les de evaluar. Esto es de particular importancia en los pases en desarroJlo.

Las prdidas agrcolas por enfermedades pueden ser comparadas con las prdidas por contaminantes del aire. Por 10 cual debera de drsele mayor impo rtancia a la Aerobiologa de las en fermedades vegetales.

Pero el inters de los sistemas vegetales no solo se limita a las enfermedades, sino tambin, los estudios de la dispersin moderna de los granos de polen y otros propg u los rep rodu ct ivos en combinacin con los datos del pasado, permi ten monitorear la produccin y la variacin de la

vegetacin, y predecir las tendencias de cambio en los ecosistemas natu rales .

L a importancia de la transm isin de enfennedades humanas por aerosoles biolgicos ha sido, en parte, resultado de la urbanizacin, debido a que la transmisin area de las enfennedades humanas es especialmente comn en espacios intramu ros (habla, tos, estornudos , clu las descamadas de la piel, etc.).

Los principales responsables de producir enfermedades humanas son bacterias hongos y virus. La informacin acumulada sobre contaminacin del aire ha vuelto aparente el hecho de que las particulas no-biolgicas y los gases que se encuentran en la at msfera pueden agravar los efectos de las enfermedades o de los agentes ale rgenos. Hay evidencias de que el viento puede dispersar agentes infecciosos por varios cientos de kilmetros bajo ciertas circunstancias (tabla 2).

Tabla 2.- principales enfermedades vegetales, animales y humanas

TIPO DE ENFERMEDAD AGENTE CAUSAL

ENFERMrnDADES DE PLANTAS Enfermedades fngicas Roya de manzano Pudricin de los tallos del lamo y del abedul Sigatoca Roya del tejocote Tizn de la corona de la avena Moho polvoriento Moho fusiforme de los pinos Prdida del tallo del trigo Aublo de las hojas del maz Moho del tallo del trigo y centeno

Gymnosporangium juniperi-virginianae Fomes igniarlus Mycosphaerella musicola Gymnosporagium spp. Puccinia coranata Pseudoperonospora humuli Cronarlium fusiforme Ustilago trilici He/milllhosporium maydis Puccillia graminis

ENFERMEDADES DE ANIMALES DOMESTICOS

Enfermedades Bacterianas Tuberculosis Galnders E nfermedades Fngicas Aspergilosis

Cryptococcosis Coccidioldomycosis Enfe rmedades Virales Influenza equina Bronquitis infecciosa Fiebre efemeral Enfermedad de Ncwcaslle Moquillo Felino Moquillo canino

Mycobacteriwn bovis Acrinobaci/ius mallel

Aspergillus spp. Cryolococcul Ileoformalls Coccidioides spp.

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ENFERMEDADES HUMANAS Enfermedades Bacterianas Tuberculosis pulmonar Mycobacterium tuberculosis Anthrax pulmonar Bacilius anthracis Infeccin respiratoria estafilococal Slaphylococcus aureus Difteria Corynebacleriwn diphleriae Neumona neumococal Diplococcus meumolliae Enfermedades Fngicas Aspergillosis Aspergillus fumigatus Blastomicosis Blaslomyces dermalitidis Esporotricosis Nocardia asteroides Coccidioidomicosis Sporotrichum schenckii Enfermedades virales Influenza Faringitis febril Neumona Bronquitis Resfriado comn

Los aeroalergenos tienen un cons iderable impacto en la salud; solo en los Estados Unidos 31 millones de personas sufren algn tipo de enfermedad alrgica y 86 millones padecen de asma. Debido a estas enfermedades, se pierden millones de das de trabajo y escuela. (tabla 3).

Tabla 3.- Aeroalergenos comunes . Aeroalergeno Fuente Granos de polen Plantas anemfilas; pastos, malezas y rboles. Mohos (principalmente alternari a, Aspergillus, Botryts, Cladosporiwn, Curvulara, Epicoccium y otras.

Usualmente saprfitos ; su presencia depende de la humedad, temperatura y la distribuicin del sustrato.

Polvo

F ibras vegetales Cosmticos Insecticida

Composicin del polvo acumulado en diferentes partes de Ia.o;; casas Algodn, talcos, paja Lociones, talcos, perfumes Insecticidas que contienen piretro como ingrediente comn.

. Se puede atribuir pocas enfermedades que afectan a animales comerciales y domsticos que sean producidas por aerosoles areos. Aunque la mayor a de las e nfermedades anim al es son transmitidas por contacto, por mordedura de insectos y a travs de la ingestin de alimentos yagua contaminada, hay algunas enfermedades que, como la fiebre efemeral en el ganado y la laringotraqueitis en las aves de corral, se ha comprobado que son transmitidas por va area.

Los materiales biogenticos en la atmsfera modifican activamente los procesos de formacin de nube y de precipitacin . Tales materiales intervienen en a).- condensacin de ncleos, b)ncleos de hi lo, c).-centros de coalescencia, y d).superficie de agentes activos. No obstante no hay certeza con respecto a su conLribucin real a los procesos atmosfricos.

La importancia de los estudjos Aerobio-ID DIVISiN ACADMICA DE C IENCIAS B IOLGI AS

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lgicos radica, principalmente, en la posibiHdad de prediccin para establecer programas de control y prevencin de ciertas enfermedades, tanto vegetales, corno animales y humanas, asoc iadas con las partculas biolgicas en las masas de aire. Para estos estudios es necesario conocer los patrones de liberacin , los ritmos circadianos, la periodicidad y la influencia de las condiciones atmosfricas en la frecuencia de aparicin y concentracin de las partculas biolgicas. Esto puede lograrse mediante un monitoreo constante de las concentraciones de partculas biolgicas en lugares estratgicos y de inters para e l rea que se desee (p.e, alergologa o fitopatologa).

En la Divisin Acadmica de Ciencias Biolgica de la UJ.A.T. se estn llevando a cabo algunos proyectos aerobiolgicos, entre los cuales se pueden mencionar estudios de la presencia de bacterias, granos de polen y esporas de hongos en el aire de la ciudad de Villahermosa. La infonnacin obtenida en estos estudios puede ser utilizada, princ ipalmente, para evaluar la calidad del aire que s.e respira en esta ciudad y determinar posibles fuentes de enfermedades, con el objetivo de prevenir y disminuir la incidencia de enfermedades cau adas por dichos agentes biolgicos.

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