ES2244193T5

ES2244193T5 - Método para evitar la replicación en cryptosporidium parvum utilizando luz ultravioleta

Info

Publication number: ES2244193T5
Application number: ES99921674T
Authority: ES
Inventors: James R. Bolton; R. D. Samuel Stevens; Bertrand Dussert
Original assignee: Calgon Carbon Corp
Current assignee: Calgon Carbon Corp
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1999-05-05
Publication date: 2012-06-12
Anticipated expiration: 2019-05-05
Also published as: AU3881999A; EP1084080B1; DE69927020D1; NL1012059C2; NZ508008A; ES2244193T3; JP2002514504A; DK1084080T3; US6129893A; WO1999058454A1; CA2331525A1; ATE303346T1; AU745173B2; NL1012059A1; DE69927020T3; IL139556A0; KR20010071249A; BR9911778A; CA2331525C; PT1084080E

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

CAMPO DE LA INVENCIÓN

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.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

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/cm2 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/cm2. 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/cm2. 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/cm2 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/cm2. 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/cm2 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.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

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

5 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.

10 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

15 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/cm2. Dosis superiores a 30 mJ/cm2 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

20 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.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

25 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.

30 REALIZACIÓN PREFERIDA EN LA ACTUALIDAD

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

35 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.

40 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.

Sumario de los resultados

Ensayos in vitro

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 50 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.

55 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.

Factores de viabilidad (porcentaje) para las pruebas in vitro

Cryptosporidium parvum: Giardia muris

Dosis de UV (mJ/cm2): Colorantes vitales Exquistación Exquistación

20: 113 ± 36 145 ± 38 174 ± 14

69: 110 ± 34 176 ± 38 103 ± 48

137: 37 ± 17 83 ± 21 68 ± 32

continuación

Factores de viabilidad (porcentaje) para las pruebas in vitro

Cryptosporidium parvum: Giardia muris

152: 13 ± 14 29 ± 31 31 ± 13

167: 8 ± 7 33 ± 10 33 ± 8

Obsérvese que cualquiera valor por encima del 100% debe considerarse que es del 100%.

Log de las reducciones para las pruebas de capacidad de infección en ratón de Cryptosporidium parvum

Dosis de UV (mJ/cm2): Exquistación

20: 3,9

69: > 4,5

167: > 4,5

Análisis detallado de los datos

Tabla 1

Pruebas in vitro de la exposición UV sobre la viabilidad de Cryptosporidium parvum y Giardia muris

Parámetros de las pruebas: Viabilidad de Cryptosporidium parvum (n = 3) Viabilidad de Giardia muris (n = 3)

Dosis de UV (mJ/cm2): Colorantes vitales Exquistación Dosis de UV (mJ/cm2) Exquistación

Prueba 30/3/98

Turno Control 1: 82,0 ± 4,0 81,4 ± 8,1 90 ± 7,1

Control del proceso sin UV: 71,7 ± 15,4 61,7 ± 4,9 29,7 ± 1,1 45 ± 7* 53,2 ± 21,5

Prueba 31/3/98

Turno Control 2: 90,4,6± 1,2 79,8 ± 4,3 97,3 ± 2,5

Prueba UV: 167 4,9 ± 4,5 13,7 ± 3,1 167 19,9 ± 2,7

Prueba 01/04/98

Turno Control 3: 88,7 ± 1,0 56 ± 9,8 89 ± 2,7* 100 ± 0

Prueba UV: 69 73,6 ± 4,1 72,7 ± 2,3 67 55 ± 13

Prueba 06/04/98

Turno Control 4: 76,6 ± 4,4 80,4 ± 1,7 99 ± 1

Prueba UV: 152 8,5 ± 1,4 12,1 ± 1,5 152 23 ± 9,6

Prueba 07/04/98

Control del proceso 2 sin UV: 45,3 ± 16,8 49,3 ± 4,0 96,7 ± 1,2

Prueba 30/3/98

Prueba UV: 137 25 ± 8,9 34,3 ± 4,0 137 36,4 ± 9,1

Prueba 08/04/98

Turno Control 5: 79,7 ± 5,1 77,3 ± 4,2 94,7 ± 3,1

Prueba UV: 20 75,3 ± 6,8 47 ± 7,8 72,7 ± 1* 21 92,7 ± 1,2

Tabla 2

Efectos de la exposición UV sobre la capacidad de infección de Cryptosporidium parvum

Parámetros de las pruebas: Dosis de UV (mJ/cm2) Capacidad de infección de Cryptosporidium parvum

Inóculo 1: Inóculo 2 Inóculo 3

Turno Control 1

Inóculos administrados por ratón: 25 75 150

% Infectados (nº total): 5,3% (2/28) 35% (14/40) 62,5%(15/23)

Control del proceso 1

Inóculos administrados por ratón: 50 500 5.000

% Infectados (nº total): 44% (11/15) 100%(20/20) 100% (23/23)

Prueba UV 31/03/98

Inóculos administrados por ratón: 1.000 10.000 100.000

% Infectados (nº total): 191 0% (0/24) 0% (0/12) 0% (0/24)

Prueba UV 01/04/98

Inóculos administrados por ratón: 1.000 10.000 100.000

% Infectados (nº total): 79 0% (0/22) 0% (0/26) 0% (0/25)

Prueba UV 08/04/98

Inóculos administrados por ratón: 1.000 10.000 100.000

% 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

REIVINDICACIONES

1. Uso de un banda ancha de tiempo continuo de luz ultravioleta de una lámpara de mercurio UV de presión

media en dosis de 10 mJ/cm2 hasta 175 mJ/cm2 y con un intervalo de longitud de onda de 200 a 300 nm para 5 tratar agua potable para eliminar el potencial de infección de los oocistos de Cryptosporidium.
2. Uso según la reivindicación 1, en el que dicha dosis es de 20 mJ/cm2 hasta 30 mJ/cm2.