EN LA COMUNIDAD DE MADRID (PROGRAMA AIRBIOTA-CM)

Transcripción

1 ESTUDIO INTEGRAL DE LA AEROBIOTA EN LA COMUNIDAD DE MADRID (PROGRAMA AIRBIOTA-CM) M. Gutiérrez 1, Z. Ferencova 1, A. Alcamí 2, P. Campoy 3, R. Guantes 4, y D. A. Moreno 5 1 Departamento de Biología Vegetal II, Universidad Complutense de Madrid 2 Centro de Biología Molecular Severo Ochoa, Consejo Superior de Investigaciones Científicas-Universidad Autónoma de Madrid (CSIC-UAM) 3 Computer Vision Group, Centre for Automation and Robotics (CSIC-UPM) 4 Department of Condensed Matter Physics, Material Science Institute Nicolás Cabrera and Institute for Condensed Matter Physics (IFIMAC), Facultad de Ciencias, Universidad Autónoma de Madrid 5 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Universidad Politécnica de Madrid (ETSII-UPM)

2 Qué es AIRBIOTA? AIRBIOTA es el acrónimo elegido para el Consorcio formado por Cinco Grupos de Investigación de la Comunidad de Madrid, que en 2013 se unen y solicitan financiación para abordar el estudio integral del componente biológico atmosférico, aerobiota, en la comunidad de Madrid. CONVOCATORIA DE PROGRAMAS DE I+D EN TECNOLOGÍAS 2013 Objetivos: El principal objetivo de AIRBIOTA-CM, es conocer y modelizar la aerobiota de la atmosféra urbana en la Comunidad de Madrid, desde un planteamiento: pluridisciplinar, innovador e integrador. Pluridisciplinar Innovador Integrador 5 grupos de investigación, de áreas muy diferentes En metodología de muestreo y análisis Necesario para conocer la biodiversidad y funcionamiento de la aerobiota urbana.

3 Pluridisciplinar 1. microbiología (BIO-MAT) 2. virología (INMUNOVIR) 3. polen y esporas atmosféricos (AER-MAD) U N I V E R S I D A D COMPLUTENSE M A D R I D 4. vehículos aéreos no tripulados (CVG-UPM) 5. modelos matemáticos de sistemas biológicos (BioSysBio) Proponemos una aproximación multidisciplinar a los objetivos, con tres líneas principales de actuación: 1. Definir de forma global la aerobiota (polen, esporas, comunidades microbianas) 2. Desarrollar nuevos sistemas de muestreadores de aire para aviones no tripulados 3. Establecer modelos matemáticos de distribución geográfica y temporal de los componentes de la biota del aire.

4 Innovador Metodología para el estudio del polen y las esporas atmosféricas Las muestras diarias son preparaciones microscópicas, que un técnico analiza al microscopio óptico (M.O.), identificando y contando los granos de polen presentes en la muestra Captadores volumétricos tipo Hirst (Marca Burkard o Lanzoni) Diseñado para polen y esporas de hongos Volumen de succión: 10 L/min Tiempo máx. de muestreo: 1 semana Peso del equipo > 10Kg El aire impacta sobre una cinta adhesiva, que retiene las partículas Principales desventajas: La identificacion morfológica de las esporas fúngicas, en ocasiones, es poco precisa No se evalúa la viabilidad

5 Captación e identificación de esporas de hongos y bacterias del aire Captador Millipore M Air T Diseñado para bacterias y propágulos fúngicos en aire interior Volumen de succión: 140 L/min Tiempo de muestreo: 7 minutos Peso del equipo: 2 Kg El aire impacta sobre medio de cultivo o filtro de membrana en Placa Petri. La identificación es por cultivo o por técnicas independientes de cultivo (genómica) Principal limitación: Un alto porcentaje de las partículas muestreadas no son viables

6 Captación e identificación de partículas virales del aire Captador SKC BioSampler Diseñado inicialmente para polen y esporas de hongos en aire interior Se ha sugerido su utilización para virus Volumen de succión: 12,5 L/min Tiempo de muestreo: de 1-8 h Peso del equipo: 6 Kg La aerobiota es atrapada en agua o aceite mineral Principal limitación: El máximo volumen de aire succionado, no es suficiente para el muestreo de virus en el aire.

7 Innovador 1. Metodología de análisis de la Aerobiota La propuesta es analizar la biodiversidad atmosférica de cada muestra, utilizando tecnologías emergentes de biología molecular como la secuenciación masiva. Esta tecnología está permitiendo el rápido desarrollo de las ciencias genómicas y en concreto de la metagenómica 2003-Secuencia completa genoma humano: 3 mil millones bases/10 años/2.047 millones de euros 2014-Secuenciación masiva de tercera generación HiSeqX, Ion Proton: Genoma humano por 760 en menos de un día La metagenómica es el estudio del conjunto de genomas de un determinado entorno (metagenoma) directamente a partir de muestras de ese ambiente, sin necesidad de aislar y cultivar esas especies.

8 Innovador 2. Desarrollo de nuevos muestreadores de aire para aviones no tripulados En los últimos años el uso de vehículos aéreos no tripulados (Unmanned Aerial Vehicle, UAVs) en ámbitos civiles está creciendo de manera exponencial. En el muestreo aerobiológico, las redes de sensores estacionarios tienen un gran coste de instalación, y la toma de muestra se hace a una altura fija. Los sistemas UAVs pueden representar una alternativa económica y segura para muestrear la aerobiota a diferentes alturas. Ala fija Cubre mayores áreas Mayor autonomía > 30 min Mayor capacidad de carga > 1,5 kg Ala rotativa Vuelo estacionario Despegue y aterrizaje vertical Autonomía < 30 min Baja carga < 1kg

9 Retos para un dron muestreador de la contaminación biológica del aire Tiempo de vuelo Altura de vuelo Carga máxima Control remoto del muestreador

10 Integrador Conocer la biodiversidad del aire Entender las interacciones entre microorganismos y entre ellos y el ambiente (Conocer el funcionamiento del ecosistema) Establecer modelos matemáticos de distribución geográfica y temporal de los componentes de la biota del aire Determinar la calidad del aire en términos biológicos e identificar parámetros genéticos para monitorizar su calidad

11 Qué hemos hecho? Captación de partículas sólidas seleccionadas por tamaño Filtro de nitrocelulosa (0,22 µm) acoplado a una bomba de vacío, 50 L/min durante tiempo seleccionable. Peso del equipo 4 kg. Procedimiento de retención de partículas/microorganismos mayores del tamaño de poro (propágulos fungícos, granos de polen y bacterias).

12 Comprobación del prototipo en tierra Lugar: Leganés (Madrid) Duración: 1 hora Velocidad: km/h Fecha: 17-mayo-2015 Peso: 1 kg

13 Eficiencia de los captadores Marcador tamaño ADN Burkard 10 L/min 1 semana (50 m 3 ) Abril-2015* MAT 150 L/min 2 h (20 m 3 ) Abril-2015 * Bomba 50 L/min 5 h (15 m 3 ) Abril-2015* Coche Km/h 1 h (15 m 3-30 m 3 ) Mayo-2015 * Terraza de la ETS de Ingenieros Industriales ( UPM), Mar-Jun 2015

14 A quien interesan los resultados? Agentes responsables Enfermedades transmitidas por el aire Afectados POLEN Alergias (Hipersensibilidad) HUMANOS HONGOS Hipersensibilidad Neumonías Micosis sistémicas Micotoxicosis BACTERIAS Amigdalitis, Faringitis Bronquitis, Escarlatina Difteria, Neumonía Meningitis, Tosferina Tuberculosis, Legionelosis Carbunco pulmonar AIRE ANIMALES (Granjas) VIRUS Resfriado común Gripe, Bronquitis Sarampión, Paperas Poliomielitis, Varicela, Rubeola, Gastroenteritis PLANTAS (Cosechas)

15 Consorcio AIRBIOTA/ FINANCIACIÓN CENTROS DE INVESTIGACIÓN Dirección General de Universidades e Investigación CONSEJERÍA DE EDUCACIÓN, JUVENTUD Y DEPORTE U N I V E R S I D A D COMPLUTENSE M A D R I D UNIÓN EUROPEA Fondos Estructurales EMPRESAS ASOCIADAS Empresas innovadoras son bienvenidas!!!

16 Agradecimientos: Al Programa de Tecnología 2013 de la Comunidad de Madrid (S2013/MAE-2874). Y a ustedes por su atención montseg@ucm.es UNIÓN EUROPEA Fondos Estructurales U N I V E R S I D A D COMPLUTENSE M A D R I D