ARTÍCULOS ORIGINALES

Calidad microbiológica del agua del lago volcánico Quilotoa. Cotopaxi-Ecuador

Microbiological quality of the water of the Quilotoa volcanic lake. Cotopaxi-Ecuador

González, Marco ¹.; Acuña, Jessica ¹.; Escobar, Jessica ¹; Escobar, Sandra ²; Araque, Judith ^1,3; Andueza, Felix ^1,3
1Universidad Central del Ecuador. Quito. Ecuador ]]> ²Escuela Superior Politecnica del Chimborazo. Riobamba. Ecuador
³Universidad de los Andes. Mérida. Venezuela
E. mail de correspondencia: fdandueza@uce.edu.ec
Fecha de Recepción: 06 Mayo 2021 Fecha de Aceptación: 15 Junio de 2021

Resumen

Introducción: El agua de los lagos volcánicos no es estéril, en ella se ha adaptado a través de milenios una microbiota con diversas capacidades metabólicas. Los microorganismos de los lagos volcánicos en Ecuador han sido poco estudiados y aún se desconoce su cantidad y su diversidad. Objetivo del trabajo fue conocer la calidad microbiológica del agua del lago Quilotoa, situado en la Provincia de Cotopaxi-Ecuador.

Metodología: Se realizaron dos muestreos durante el año 2019, recolectando un total 32 muestras. La calidad microbiológica se cuantifico utilizando la técnica de filtración por membrana en agar R₂A para bacterias heterótrofas, agar eosina azul de metileno para coliformes, agar manitol salado para Staphylococcus, agar cetrimide para Pseudomonas y agar Sabouraud con cloranfenicol para hongos.

Resultados: Resultados promedios fueron para bacterias heterótrofas de 2,00 x 10² UFC/mL; Pseudomonas 7,00 x 10 UFC/mL, Staphylococcus 3,80 x 10 UFC/mL y hongos 1,40 x 10 UFC/mL. No se detectó la presencia de bacterias coliformes.

Palabras Claves: Quilotoa. Lago Volcánico. Calidad. Microbiologia.

Abstract

Introduction: The water of volcanic lakes is not sterile, in it a microbiota with different metabolic capacities has adapted over millennia. The microorganisms of volcanic lakes in Ecuador have been little studied and their quantity and diversity are still unknown. Objective of the work was to know the microbiological quality of the water of Lake Quilotoa, located in the Province of Cotopaxi-Ecuador.

Methodology: Two samplings were carried out during 2019, collecting a total of 32 samples. Microbiological quality was quantified using the membrane filtration technique on R2A agar for heterotrophic bacteria, eosin blue methylene agar for coliforms, salty mannitol agar for Staphylococcus, cetrimide agar for Pseudomonas and Sabouraud agar with chloramphenicol for fungi.

Results: Average results were for heterotrophic bacteria of 2.00 x 102 CFU / mL; Pseudomonas 7.00 x 10 CFU / mL, Staphylococcus 3.80 x 10 CFU / mL and fungi 1.40 x 10 CFU / mL. The presence of coliform bacteria was not detected.

Discussion: The microbial groups present in low numbers are indicative of a characteristic microbiota adapted to the physicochemical conditions of this lake. It is concluded that it is a lake with a scarce microbial population, which would indicate a good microbiological quality.

Keywords: Quilotoa. Volcanic Lake. Quality. Microbiology.

Los  lagos  volcánicos son ecosistemas muy particulares, dado a que muchos de ellos  presentan características  ambientales, fisicoquímicas  y químicas  extremas. En los  últimos  años se han venido desarrollando investigaciones en diversas regiones del mundo para determinar las condiciones fisicoquímicas y químicas de estos ambientes y  ver como las mismas han influido en la biodiversidad microbiana que se ha adaptado a estas condiciones adversas a través de milenios, y que hoy pueden ser fuente de sustancias con diversas  aplicaciones biotecnológicas, industriales y medicinales, así como de servir de modelo para el  estudio del origen de la vida en la tierra (Cole, 1968; Mapelli et al., 2015; Arce et al., 2017; Rasuk et al., 2017; Albarracín et al., 2020; Aszalós et al., 2020; Padisák and Naselli-Flores, 2020).

Por otra parte, el estudio del agua de estos sistemas lacustres puede ayudar a comprender la dinámica geoquímica de los volcanes donde se  encuentran asentadas, además de propiciar un medio para el análisis y monitoreo del cambio  climático, así como de la contaminación que afecta a muchos de estos cuerpos de agua, producto del  turismo a que se han expuesto muchos de ellos (Heegaard et al., 2006; Christenson et al., 2015; Holmes et al., 2016; Ventura, 2018; Farias, 2020).

En Ecuador existen alrededor de 4 lagos volcánicos y son escasas las investigaciones realizadas sobre su microbiología. Los principales estudios que se han realizado se han enfocado en los aspectos geomorfológicos, geoquímicos y vulcanológicos, la mayoría de los cuales se realizaron ya hace más de 10 años (Steinitz-Kannan et al., 1983; Barberi  et al., 1988; Aguilera et al., 2000; Coltorti and Ollier, 2000; Casallas and Gunkel, 2002; Cerón, 2002; Gunkel et al., 2007; Gunkel et al., 2008; Gunkel and Beulker, 2009; Orellana, 2009; Bustos and Serrano, 2014).

En Ecuador se conoce muy poco de las características de los microorganismos que habitan en estos ecosistemas acuáticos. La falta de investigación ha generado que muchos de los procesos metabólicos de los microorganismos presentes no se conozcan, así como su posible utilidad en los campo de la biotecnología, ecología, farmacia y la salud. Recientemente se han iniciado estudios fisicoquímicos y microbiológicos de manera de poder conocer la microbiota del agua de los principales lagos volcánicos cratericos que existen en Ecuador, principalmente los lagos Cuicocha y Quilotoa, a fin de conocer por una lado, la biodiversidad microbiana, y por el otro, determinar las características biológicas, biotecnológicas, ecológicas, farmacológicas y sanitarias de esta población (González y col., 2020; González y col., 2021)

El lago volcánico Quilotoa está ubicado a 3914 msnm, forma parte de la cordillera occidental. Está ubicado en la Provincia de Cotopaxi, a 32 km oeste-noroeste de la ciudad de Latacunga y a 83 km al suroeste de Quito, en una zona montañosa entre las parroquias de Zumbahua (12.5 Km. Al Sur del cráter) y Sigchos (17 Km. Al Norte del cráter). Forma parte de la reserva ecológica “Los Ilinizas” (Orellana, 2009). Guangaje, Chugchilán e Isinliví son otras poblaciones cercanas (ver figura 1).

El paisaje y los rasgos que se observan actualmente en el volcán son la consecuencia de una serie compleja de sucesivos eventos geológicos, volcánicos y eruptivos. El volcán Quilotoa comprende una caldera sub-circular con una laguna de 3,6 Km² (ver figura 2), que tiene una profundidad de 256 m aproximadamente y un volumen de agua estimado de 0,35 Km³. La caldera se encuentra asentada sobre un viejo edificio volcánico basal de 6 Km de diámetro. Emisiones de gas CO₂, sobre la superficie del agua_, se pueden observar en diferentes zonas lago. (Orellana, 2009).                                 

El lago volcánico Quilotoa ha sido objeto de pocos estudio en diferentes campos del conocimiento, entre ellos el químico, pero no se han desarrollado estudios microbiológicos (Aguilera et al., 2000; Cerón, 2002; Gunkel et al., 2007; Gunkel et al., 2008; Hall and Mothes, 2008; Orellana, 2009; Bustos and Serrano, 2014; González et al., 2020).

Tomando en cuenta lo antes señalado, se realizó el presente trabajo de manera de conocer la presencia de microorganismos y la  calidad microbiológica del agua del lago Quilotoa.

Materiales

1.               Muestras

Para realizar el presente trabajo se realizaron dos campañas de muestreos en el lago volcánica Quilotoa, situado a 3914 msnm en la reserva ecológica de los Ilinizas en la Provincia de Cotopaxi-Ecuador.

Los muestreos se realizaron durante el año 2019. Se tomaron 32 muestras de agua del lago Quilotoa. Las muestras de agua se recolectaron en 8 sitios seleccionados a lo largo y ancho del lago a nivel de la superficie. Se identificaron las coordenadas geográficas de los sitios de recolección mediante un GPS (Garmin eTrex20).

En cada ocasión de muestreo, se recolectaron dos muestras de agua de un volumen de 1 litro en cada uno de los sitios de muestreos seleccionados. Para la recolección de las muestras se utilizaron frascos esterilizados y un muestreador de agua Van Dorn (Wildco Instruments y modelo: 3-1120-G45). Las muestras se trasladaron bajo refrigeración en una cava, hasta el laboratorio, realizándose los análisis microbiológicos dentro de las 24 horas luego de la toma (NTE INEN 2169, 2013, NTE INEN 2176, 2013).

2.               Medios de cultivo

Los medios de cultivo que se utilizaron se prepararon a partir de las formas deshidratadas suministradas por las casas comerciales. Se reconstituyeron con agua destilada y posteriormente se esterilizaron en autoclave a 120 °C durante 20 minutos a 15 PSI de presión.

1.               Siembra y recuento de bacterias heterótrofas

La cuantificación de bacterias heterótrofas se realizó por la técnica de filtración por membrana (Rice et al., 2017). Se utilizo el agar R₂A  incubando a 30 ° C durante de 7 días (Andueza, 2007). El volumen de agua filtrada fue de 100 mL. Los resultados se expresaron como medias aritméticas de las unidades formadoras de colonias por mililitro (UFC/mL).

2.               Siembra y recuento de coliformes

El recuento de coliformes se realizó por la técnica de filtración de membrana (ISO, 2000). Se filtraron 100 mL de las muestras a través de filtros Milipore que se transfirieron al agar azul eosina de metileno. Las placas se incubaron a 37 °C durante 48 horas. Finalizado el tiempo de incubación se contaron las colonias típicas  y se expresó el resultado en UFC por 100 mL de agua.

3.               Siembra y recuento de Pseudomonas.

Para estudiar la presencia de Pseudomonas se utilizó la técnica de filtración, filtrando un volumen de 100 mL de muestra de agua y utilizando filtros Millipor los cuales se colocaron en agar cetrimida y se incubaron a 37 °C durante 48 horas (Andueza, 2020). Finalizado el tiempo de incubación se contaron las colonias y se expresó el resultado en UFC/mL.

4.              Siembra y  recuento de Staphylococcus

Para la investigación de Staphylococcus se filtraron 100 mL de agua de la laguna, a través de un filtros Millipor (UNEP/WHO, 1995). El filtro se colocó sobre la superficie de una caja de Petri con agar manitol salado, el cual se incubo a 37 °C durante 48 horas. Finalizado el tiempo de incubación se contaron las colonias y se expresó el resultado en UFC/100 mL.

]]> 5.              Siembra y  recuento de hongos

Para el estudio de los hongos se empleó la técnica de filtración en membrana. Se filtraron 100 mL de la muestra de agua, empleando filtros Millipor que se depositaron en placas con agar Sabouraud con cloranfenicol, las cuales se incubaron a 24 °C por 15 días (Andueza, 2007). Al finalizar el período de incubación se contaron las colonias de hongos y se expresó el resultado en UFC por 100 mL de muestra.

Resultados

En la Tabla 1 se resumen los valores promedios obtenidos durante los dos muestreos efectuados en el año 2019, respecto a los parámetros microbiológicos evaluados

Al analizar los datos de la Tabla 1, se puede indicar que de manera general se está en la presencia de un agua con una baja cantidad de microorganismos

En referencia a la bacterias heterótrofas, parámetro microbiológico evaluado, los valores obtenidos estuvieron en el rango de 1,60 x 10² a  2,0 x 10² UFC/mL, con un valor promedio de 2,00 x 10² UFC/mL (Ver Tabla 1).

Durante el desarrollo del trabajo en ningunas de las muestras estudiadas se pudo detectar la presencia de células pertenecientes al grupo de bacterias coliformes (Ver Tabla 1).

Las bacterias del género Pseudomonas fue otro de los grupos microbianos que se estudiaron en el presente trabajo. Los valores del contaje obtenido variaron entre 3,00 x 10 a 8,50 x 10 UFC/mL, con un valor promedio para el agua del lago de 7,0 x 10 UFC/mL (Ver Tabla 1).

Dentro del presente trabajo, además de las bacterias  del género Pseudomonas, también se investigó la presencia de bacterias del género Staphylococcus, obteniéndose valores en el recuento de este género bacteriano entre 0 y 7,8 x 10 UFC/mL, con un valor promedio para el agua del lago de 3,8 x 10 UFC/mL (Ver Tabla 1).

DISCUSIÓN

La calidad microbiológica del agua está controlada por procesos naturales; sin embargo, las actividades antropogénicas alteran su calidad y pueden limitar su uso para el consumo humano (Atlas and Bartha, 2002).

Uno de los parámetros necesario para entender la dinámica de los ecosistemas acuáticos es conocer el número de microorganismos que lo habitan, entre ellos las bacterias heterótrofas, que son aquellas que no pueden realizar fotosíntesis y debe obtener la energía y nutrientes de material orgánico (Atlas and Bartha, 2002).

La enumeración de las bacterias heterótrofas  provee una estimación del número total de bacterias viables y da información acerca de la calidad sanitaria del agua (Rodier, 1998; Allen et al., 2004). Se interpreta que cuando el resultado del número de bacterias heterótrofas viables es superior a 200 UFC/mL, se ha desarrollado algún problema bacteriano (Bartram et al., 2004). La academia nacional de ciencias de los Estados Unidos de Norteamérica recomienda que el límite de bacterias heterótrofas viables en un agua para uso humano debe ser de un máximo de 300 UFC/mL (NAS, 1977).

Los resultados obtenidos en esta investigación, respecto al número de bacterias heterótrofas, son bajos y aunque no existe normativa en Ecuador que indique los valores máximos permitidos para este tipo de microorganismo en aguas de uso recreativos, si se toma en referencia y se compara con lo indicado por la academia nacional de ciencia de los Estados Unidos de Norteamérica (NAS, 1977),  quienes señala que valores de microorganismos heterótrofos superiores a 300 UFC/mL, pueden representar un riesgo sanitario, se podría indicar que las aguas del lago Quilotoa tienen una buena calidad microbiológica por lo que no representaría un riesgo sanitario.

Las aguas de las lagunas volcánicas cratericas constituyen ecosistemas oligotróficos donde los niveles de materia orgánica son bajos y con una limitada biodisponibilidad. La población microbiana de estos ecosistemas son en su mayoría bacterias heterótrofas, que, debido a los problemas en la carencia de nutrientes, entran en un estado de sobrevivencia denominado “viables no cultivables” (Morita, 1982; Byrd et al., 1991; Mukamolova et al., 2003; Su et al., 2013) y por ello se consiguen valores muy bajos cuando se intenta aislarlas en medios de cultivos apropiados. Un gran número de las bacterias que se encuentran en estas aguas presentan un crecimiento lento y requerimientos nutricionales muy específicos y por ello sólo se detectan de un 5-10 % de las bacterias cuando se realizan cultivos (Rappe y Giovannoni, 2003; Farias, 2020).

Al comparar los resultados obtenidos en el presente trabajo con relación a las bacterias heterótrofas, con los señalados por otros autores en diferentes tipos de lagos de alta montaña, entre ellos lagos volcánicos, en otras partes del mundo, se observan que son similares, ya que se señalan que este tipo de ecosistema son de naturaleza oligotrófica y el número y variedad de microrganismo es bajo (Ordoñez, 2009; Barranco et al., 2011; Bravo et al., 2014; Albarracin et al., 2015; Mapelli et al., 2015; Albarracin et al., 2016; Albarracin et al., 2020; Farias, 2020).

Dentro de las bacterias heterótrofas se encuentra un subgrupo bacteriano denominado coliforme que se ha utilizados desde hace mucho año como indicador de la calidad sanitaria del agua, su presencia señala contaminacion generalmente de origen antropogénico (Atlas and Bartha, 2002). En ninguna de las muestras analizadas se pudo encontrar bacterias del grupo coliformes, lo cual estaría dado por la escasa cantidad de materia orgánica presente en lago Quilotoa que ha sido clasificado como una ecosistema de naturaleza oligotrófica (González et al., 2020) y además sustentaría la idea de que la contaminacion microbiana por causa de animales y del hombre es escasa, y que la calidad sanitaria de este ecosistema acuático sería buena

Miembros del género Pseudomonas se han aislados en diversos lagos cratericos volcánicos del mundo, coincidiendo con los resultados obtenidos en el presente trabajo (Gaidos et al., 2004; Demergasso et al., 2010; Rincón-Molina et al., 2019; Tapia-Vázquez et al., 2020; Gonzalez et al., 2021), así como en el agua de lagos de alta montaña (Barranco et al., 20111; Bravo et al., 2014).

Otro grupo bacteriano investigado en el estudio fue el género Staphylococcus.  Los miembros del género Staphylococcus pueden vivir en ecosistemas con concentraciones más o menos elevadas de cloruro sódico, lo que hace posibles que se encuentren en aguas con altos valores de concentración de sales, como es el caso del agua del  lago Quilotoa (González et al., 2020). La presencia de estos microorganismos ya ha sido indicada por otros autores en muestras de aguas de lagos de alta montaña y lagos volcánicos con valores similares a los encontrado en el presente trabajo (Queck and Otto, 2008; Demergasso  et al., 2010; Barranco et al., 2011; Bravo et al, 2014).

Otro de los parámetros microbiológicos evaluados fue la cuantificacion de células de hongos. Existen muy pocos trabajos en donde se indique la presencia de células de hongos en ecosistemas de aguas naturales, como el agua de los lagos volcánicos. Estos microorganismos pueden vivir de la descomposición de residuos vegetales y su presencia, en número alto, indica una contaminación del agua. Sin embrago, se ha señalado que para poder desarrollarse necesitan grandes cantidades de materia orgánica, situación que no se presenta en el lago Quilotoa, razón del bajo número observado (Niemi et al., 1982; Connell et al., 2009; Wurzbacher, et al., 2010; Connell. and Staudigel, 2013).

Conclusiones

El agua del lago Quilotoa no es estéril, alberga una microbiota característica en función de sus condiciones fisicoquímicas extremas. Los valores obtenidos en la cuantificación de la  carga microbiana señalan la presencia de una microbiota escasa, lo cual indica que la calidad sanitaria de estas aguas es buena.

Agradecimiento

El agradecimiento a la Dirección de Investigaciones de la Universidad Central del Ecuador por facilitar los fondos económicos para el desarrollo del presente trabajo a través del proyecto senior 045.

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