El inesperado vínculo entre los nanoplásticos y la persistencia de virus y bacterias en el agua potable

El hallazgo de que los nanoplásticos en el agua fortalecen a las bacterias plantea un riesgo para la salud pública, pues estos microorganismos ganan resistencia a los desinfectantes empleados en los sistemas de tratamiento y distribución de agua.

En opinión de Jingqiu Liao, profesor adjunto de ingeniería civil y ambiental en Virginia Tech, esto implica desafíos adicionales en la protección de la salud humana, dado que la presencia de nanoplásticos no solo expone directamente a las personas a contaminantes tóxicos, sino que también fomenta la supervivencia de patógenos ambientales capaces de resistir procesos de desinfección convencional, lo que podría influir en la propagación de enfermedades.

La investigación, publicada en Water Research y desarrollada por un equipo internacional liderado por Liao, examina de forma específica el efecto de los nanoplásticos sobre la formación de biopelículas bacterianas en los sistemas de agua potable. El estudio resalta que la mayor resistencia mecánica de la biopelícula y su capacidad para soportar desinfectantes representan una amenaza para la eficacia de las plantas de tratamiento, pues facilita la persistencia de microbios patógenos en las conducciones de agua.

Como consecuencia, el desafío para el control sanitario recae no solo en la eliminación directa de los plásticos o patógenos, sino también en la tarea de abordar las resistencias inducidas por la interacción de estos materiales en el ambiente acuático, señaló el propio Liao en diálogo con Virginia Tech.

Los nanoplásticos, una diminuta fracción de los microplásticos, miden entre uno y mil nanómetros, siendo imposibles de detectar a simple vista. A diferencia de los microplásticos más grandes, estos fragmentos minúsculos pueden atravesar barreras físicas y químicas de los sistemas de tratamiento, facilitando su contacto con las comunidades biológicas que habitan las tuberías y superficies de los canales de agua potable.

Los investigadores estudiaron cómo estas partículas promueven la formación y el fortalecimiento de biopelículas, que son comunidades donde distintos tipos de bacterias sobreviven y colaboran, generando una matriz protectora que las resguarda del entorno hostil.

Las biopelículas, reconocidas por adherirse a las superficies internas de las tuberías, pueden ser útiles en ciertos contextos para eliminar contaminantes. Sin embargo, cuando contienen bacterias patógenas, como en el caso de la E. coli o la Pseudomonas aeruginosa, representan una amenaza directa para el consumo humano. Además, estos agregados bacterianos sirven de refugio para virus conocidos como bacteriófagos, cuya interacción con nanoplásticos no se había explorado en profundidad hasta este trabajo.

Los resultados del estudio evidencian una serie de respuestas complejas dentro de las biopelículas expuestas a nanoplásticos. Por un lado, las bacterias incrementan la comunicación entre especies y secretan compuestos que refuerzan la integridad y la densidad de la biopelícula.

Por otro, se observa que “los profagos se activan, destruyendo las células bacterianas en las que residen y originando nuevas partículas virales”, tal como describe el informe principal. Este ciclo viral incrementa el dinamismo genético y la adaptabilidad de la comunidad bacteriana.

Simultáneamente, las bacterias activan sistemas de defensa como el de repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas (CRISPR), que les permite atacar a los bacteriófagos mediante cortes precisos en su material genético de ADN o ARN. Este tipo de defensa antiviral contribuye a la robustez de la biopelícula, dificultando aún más su erradicación.

La interacción entre nanoplásticos y microorganismos amplía considerablemente los riesgos microbianos, ya que, según Liao, “los nanoplásticos pueden aumentar la formación de biopelículas difíciles de erradicar en la superficie de algunos sistemas de tratamiento y distribución de agua”. Para las plantas de tratamiento, esto supone que los métodos convencionales de desinfección basados en cloración u ozonificación pueden no ser suficientes, obligando a repensar los protocolos de purificación.

Según expone Liao al medio Virginia Tech, aún queda camino por recorrer para entender los mecanismos moleculares precisos que impulsan estas respuestas ecológicas en biopelículas multispecie cuando interactúan con nanoplásticos. En ese sentido, destaca una diferencia relevante con los microplásticos, de tamaño mayor, cuyos efectos sobre los microorganismos y virus embebidos en biopelículas pueden variar sustancialmente respecto a los de los nanoplásticos. “El tamaño de las partículas plásticas puede determinar el tipo y la magnitud de las consecuencias en la dinámica de las comunidades bacterianas y de virus en el agua”, apuntó Liao.

En el plano científico, la trayectoria de Liao en el campo de la ecología microbiana y el análisis metagenómico le aporta experiencia para abordar estas problemáticas emergentes. Recientemente recibió una Beca de Escalamiento en la Facultad de Ingeniería, que respalda su línea de investigación sobre la influencia de los procesos deterministas y estocásticos en la estructuración de ecotipos bacterianos del suelo, como expuso en su publicación en Nature Communications.

Las conclusiones principales del nuevo estudio, según el grupo autor en Water Research, subrayan la urgencia de considerar los riesgos microbianos asociados con los nanoplásticos transportados por el agua, más allá del ya conocido peligro directo de estas sustancias para la salud humana.

En particular, el refuerzo de biopelículas resistentes a los desinfectantes complica el objetivo de suministrar agua potable libre de patógenos y plantea la necesidad de investigar tecnologías de tratamiento más avanzadas o específicas.

“Nuestros hallazgos brindan nuevos conocimientos sobre la interacción entre los nanoplásticos y la dinámica bacteria-fago, destacando los mayores riesgos microbianos asociados con los nanoplásticos transportados por el agua”, resumió Liao.

El equipo de investigación concluye que una mejor comprensión de los mecanismos moleculares permitirá diseñar estrategias más eficaces tanto para la descontaminación del agua como para la contención de microorganismos peligrosos.

Al mismo tiempo, recuerdan que la persistencia y acumulación de nanoplásticos en los ecosistemas acuáticos aparece como uno de los desafíos ambientales más inquietantes ya que su interacción con la microbiota podría tener consecuencias aún no completamente cuantificadas tanto para la salud como para los sistemas tecnológicos de distribución de agua.