Seasonal influence on the presence and persistence of enteric viruses in water and sediments

Abstract

A ocorrência de vírus entéricos no ambiente (água, solo) e em alimentos é bem documentada e tem sido associada a diversos surtos de gastroenterite de origem não bacteriana. Diversos patógenos virais foram identificados nestes surtos, incluindo norovírus (NV), vírus das hepatites A e E (HAV e HEV, respectivamente), astrovírus (AstV), poliovírus (PV), poliomavírus (PyV), adenovírus (AdV) e rotavírus (RV). Padrões de qualidade da água, tanto para consumo quanto para recreação, ainda se referem aos coliformes totais e termotolerantes e esse fato tem sido cada vez mais questionado pela comunidade científica e autoridades sanitárias no mundo todo.Este estudo teve como objetivo avaliar o nível de contaminação por vírus em amostras de água e sedimento coletadas em duas regiões da ilha de Florianópolis em Santa Catarina, sul do Brasil: Rio Sangradouro (amostras de água de superfície e sedimento) e Lagoa do Peri (água de superfície, distintas profundidades de coluna de água- 0.9, 5.5 e 8.0 metros e sedimentos). Os vírus avaliados foram: adenovírus humano (HAdV), vírus da hepatite A (HAV), rotavírus grupo A (RVA), e colifagos somáticos. Para mimetizar a influência da radiação solar na estabilidade dos vírus montou-se um microcosmo em condições naturais de claro/escuro (dia e noite) e totalmente no escuro ambos em escala laboratorial e utilizamos AdV recombinante (rAdV) e norovirus murino (MNV-1) como modelos de vírus de genoma DNA e RNA (Capítulo III da tese). Os ensaios envolveram técnicas moleculares de PCR em tempo real (HAdV, HAV, RVA) para quantificação de genomas e técnicas de infecção celular in vitro (HAdV, rHAdV e MNV-1), além de técnicas microbiológicas clássicas (colifagos) para estudos de infecciosidade viral . Capítulo I: No ano de 2013 foram coletadas e analisadas um total de 96 amostras de água e sedimento. Para as amostras de água, HAdV foi detectado em 70,8% das amostras de verão, sendo que 82,4% dessas continham vírus infecciosos; a frequência do HAdV no inverno foi de 62,5% e nenhum deles continham vírus infecciosos. Para as amostras de sedimento, a frequência de HAdV foi de 37,5% nas amostras de verão, com 66,7% desses contendo HAdV infeccioso; a frequência HAdV no inverno foi de 37,5%, e nenhuma amostra continha vírus infecciosos. RVA foram detectados em 20,8 e 45,8% das amostras de águas superficiais coletadas no verão e inverno, respectivamente, e em 8,3 e 12,5% das amostras de sedimentos coletados no verão e inverno, respectivamente. Genomas de HAV foram detectados apenas em águas de superfície, com 54,8 e 12,5% de positividade em amostras de verão e inverno, respectivamente. Capítulo II: No ano de 2014 foi avaliada adistribuição espacial de vírus em diferentes profundidades da coluna de água bem como sedimento. Um total de 84 amostras de água e 48 amostras de sedimentos foi analisado. Foi observado que, 64% e 48% das amostras de água e sedimento foram positivas para HAdV, respectivamente, sendo que 76% e 83% dos amostras respectivamente, continham vírus infecciosos. RVA estava presente em 33% e 18,75% das amostras de água e sedimento respectivamente e 25% das amostras de água foram positivas para HAV. Colifagos somáticos puderam ser detectados em 42% e 18,75% das amostras de água e sedimento, respectivamente. Os dados apontaram para uma variação de prevalência vírus de acordo com as diferentes profundidades da coluna de água. Capítulo III: As taxas de decaimento (K) e T90 para rHAdV e MNV-1 na água e sedimentos foram calculadas usando um microcosmo em escala de laboratório. Foram calculadas as unidades infecciosas de rHAdV e MNV-1 por microscopia de fluorescência e ensaio de placa de lise, respectivamente ao longo de um período de 85 dias. O curso do decaimento natural de rHAdV e MNV-1 foi similar sob luz solar natural nos microcosmos onde o T90 para rHAdV foi de 7,7 e 7 dias em água e sedimentos, respectivamente. O T90 para MNV-1 foi de 6,7 e 6,4 dias na água e sedimento, respectivamente. Nos microcosmos mantidos completamente no escuro observou-se uma estabilidade maior tanto para o rHAdV em água (T90 = 20,9 dias), quanto em sedimentos (T90 = 22 dias) sendo que para MNV-1 a estabilidade foi T90 = 12 dias e T90 = 18 dias em água e em sedimento, respectivamente. Estes resultados demonstraram a presença dos vírus entéricos potenciais causadores de doenças no principal manancial de água doce da Ilha de Santa Catarina e no Rio que corta muitos bairros dessa região e desemboca na Praia do Matadeiro, muito frequentada por banhistas e surfistas durante todo o ano e também a adsorção e estabilidade dos vírus aos sedimentos que são ressuspendidos pela ação dos ventos e chuvas, voltando às colunas de água. Esperemos que, no futuro, essas áreas sejam mais protegidas pelas autoridades e que a população se conscientize de seu papel na proteção dos recursos hídricos, fundamentais à manutenção da vida no planeta terra.<br>

Abstract : The presence of enteric viruses in the environment (water, soil) and in foods is well documented and has been associated with several gastroenteritis outbreaks of non-bacterial origin. Several viral pathogens were identified in these outbreaks, including Norovirus (NV), hepatitis A and E viruses (HAV and HEV respectively), astrovirus (AstV), poliovirus (PV), polyomavirus (PyV), adenovirus (AdV) and rotavirus (RV). Water quality standards, both for consumption and for recreation, still refer to the total and fecal coliforms and this fact has been increasingly questioned by the scientific community and health authorities worldwide.This study aimed to assess the level of viral contamination in water and sediment samples collected from two regions: Rio Sangradouro (surface water and sediment samples) and Peri Lagoon, representing the main freshwater reservoir of the island of Florianopolis in Santa Catarina, southern Brazil, (surface water, different depths of water-column: 0.9, 5.5 and 8.0 meters and sediment). Evaluated virus were: human adenovirus (HAdV), hepatitis A virus (HAV), rotavirus group A (RVA), and somatic coliphages (Chapters I and II of this thesis). To mimic the influence of solar radiation on the stability of the virus it was set up a microcosm in natural conditions of light/dark (day and night) and totally in the dark both at laboratory scale and used recombinant AdV (rAdV) and murine norovirus (MNV -1) as models for DNA and RNA genome viruses (Chapter III of this thesis). The assays involved molecular PCR techniques in real time (HAdV, HAV, RVA) for quantification of genomes and cell culture techniques in vitro (HAdV, rHAdV and MNV-1) in addition to classical microbiological techniques (coliphages) for studies of viral infectivity. Chapter I: We collected a total of 96 samples of water and sediment during the summer and winter of 2013. For water samples, HAdV was detected in 70.8% of the summer samples, 82.4% of those with infectious virus; the incidence of HAdV in winter was 62.5% and none were infectious. For sediment samples, the incidence of HAdV was 37.5% in the summer samples, with 66.7% containing infectious HAdV; the incidence HAdV in winter was 37.5% and none were infectious. Genomes of RVA were detected in 20.8 and 45.8% of surface water samples collected in summer and winter, respectively, and 8.3 and 12.5% of the samples of sediment collected in summer and winter, respectively. Genomes of HAV were detected only in surface waters, with 54.8 and 12.5% positivity in summer and winter samples, respectively. Chapter II: The spatial distribution of theevaluated viruses in different depths of the water column was evaluated. A total of 84 samples of water and 48 samples of sediment were analyzed. After analysis, 64% and 48% of water and sediment samples were positive for HAdV, respectively 76% and 83% respectively infectious. RVA was present in 33% and 18.75% of the samples of water and sediment respectively and 25% of water samples were positive for HAV. Somatic coliphages could be detected in 42% and 18.75% of water and sediment samples, respectively. The data indicated a variation in the virus prevalence according to the different depths of the water column. Chapter III: The decay rates (K) and T90 were calculated for rHAdV and MNV-1 in water and sediments using a microcosm in a laboratory scale. The infectivity was measured by infectious units of rHAdV and MNV-1 by fluorescence microscopy and plaque assay, respectively, over a period of 85 days. The course of natural decay of rHAdV and MNV-1 was similar under natural condition in microcosms where T90 to rAdV was 7.7 and 7 days in water and sediment, respectively. The T90 in NVM-1 was 6.7 and 6.4 days in the water and sediment respectively. In microcosms completely in the dark condition it was observed an increased stability for rHAdV in water (T90 = 20.9 days) and in sediment (T90 = 22 days) as well as for MNV-1 with T90 = 12 days and T90 = 18 days in water and sediment respectively. These results demonstrate the real presence of enteric viruses which cause diseases, in the main fresh water source of the island of Santa Catarina and the Sangradouro River that crosses many districts of this region and flow into Matadeiro Beach, which is used by swimmers and surfers throughout the year. Also we realize the adsorption and stability of the viruses to the sediments that are subsequently resuspended by wind and rain, returning to the water columns. Hopefully, in the future, these areas will be more protected by the authorities and the population will be aware of its role in the protection of water resources, essential to the maintenance of life on planet earth.