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ESTUDIO INTEGRAL DE LA “AEROBIOTA”
EN LA COMUNIDAD DE MADRID
(PROGRAMA AIRBIOTA-CM)
AIRBIOTA
M. Gutiérrez1, Z. Ferencova1, A. Alcamí2, P. Campoy3, R. Guantes4, y D. A. Moreno5
1Departamento
de Biología Vegetal II, Universidad Complutense de Madrid
de Biología Molecular Severo Ochoa, Consejo Superior de Investigaciones Científicas-Universidad
Científicas
Autónoma de Madrid (CSIC-UAM)
3Computer Vision Group, Centre for Automation and Robotics (CSIC-UPM)
4Department of Condensed Matter Physics, Material Science Institute “Nicolás Cabrera” and Institute for Condensed Matter Physics (IFIMAC), Facultad de Ciencias, Universidad
Autónoma de Madrid
5Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Universidad Politécnica de Madrid (ETSII-UPM)
(ETSII
2Centro
¿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,
AIRBIOTA
es conocer y modelizar
la “aerobiota” de la atmosféra urbana en la Comunidad de Madrid, desde
un planteamiento: pluridisciplinar, innovador e integrador.
Pluridisciplinar
Innovador
5 grupos de investigación,
de áreas muy diferentes
En metodología de
muestreo y análisis
Integrador
Necesario para conocer la
biodiversidad y funcionamiento
de la “aerobiota” urbana .
Pluridisciplinar
1. microbiología (BIO-MAT)
2. virología (INMUNOVIR)
UNIVERSIDAD
3. polen y esporas atmosféricos (AER-MAD)
(AER
COMPLUTENSE
MADRID
4. vehículos aéreos no tripulados (CVG-UPM)
(CVG
5. modelos matemáticos de sistemas biológicos (BioSysBio)
(
Proponemos una aproximación multidisciplinar a los objetivos,
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.
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
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
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
1 h
Peso del equipo: 6 Kg
La aerobiota es atrapada en agua o aceite
mineral
Principal limitación:
El máximo volumen de aire succionado,
succionado no es suficiente para el
muestreo de virus en el aire.
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
HiSeqX,
menos de un día
La metagenómica es el estudio del conjunto de
genomas
de
un
determinado
entorno
(metagenoma
metagenoma) directamente a partir de
muestras de ese ambiente, sin necesidad de
aislar y cultivar esas especies.
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)
UAVs en ámbitos civiles está creciendo de
manera exponencial.
En el muestreo aerobiológico,
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
Retos para un dron muestreador de la contaminación
biológica del aire
Tiempo de vuelo
Altura de vuelo
Carga máxima
Control remoto del muestreador
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
¿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
propágulos fungícos, granos de polen y
bacterias).
Comprobación del prototipo en tierra
Lugar: Leganés (Madrid)
Duración: 1 hora
Velocidad: 30-60 km/h
Fecha: 17-mayo-2015
Peso: 1 kg
Eficiencia de los captadores
Marcador
tamaño
ADN
Burkard 10 L/min 1 semana (50 m3) Abril-2015*
MAT 150 L/min 2 h (20 m3) Abril-2015 *
Bomba 50 L/min 5 h (15 m3) Abril-2015*
Coche 30-60
30
Km/h 1 h (15 m3 - 30 m3 ) Mayo-2015
* Terraza de la ETS de Ingenieros Industriales ( UPM), Mar-Jun
Mar
2015
¿A quien interesan los resultados?
Agentes
responsables
Enfermedades transmitidas
por el aire
Afectados
POLEN
Alergias
HUMANOS
HONGOS
BACTERIAS
VIRUS
(Hipersensibilidad)
Hipersensibilidad
Neumonías
Micosis sistémicas
Micotoxicosis
Amigdalitis, Faringitis
Bronquitis, Escarlatina
Difteria, Neumonía
Meningitis, Tosferina
Tuberculosis,
Legionelosis
Carbunco pulmonar
Resfriado común
Gripe, Bronquitis
Sarampión,, Paperas
Poliomielitis
Poliomielitis,
Varicela, Rubeola,
Rubeola
Gastroenteritis
AIRE
ANIMALES
(Granjas)
PLANTAS
(Cosechas)
Consorcio AIRBIOTA/ www.airbiota.com
FINANCIACIÓN
Dirección General de
Universidades e
Investigación
CONSEJERÍA DE
EDUCACIÓN, JUVENTUD Y
DEPORTE
CENTROS DE INVESTIGACIÓN
UNIVERSIDAD
COMPLUTENSE
MADRID
UNIÓN EUROPEA
Fondos Estructurales
EMPRESAS ASOCIADAS
Empresas innovadoras son bienvenidas!!!
Agradecimientos:
Al Programa de Tecnología 2013 de la Comunidad
de Madrid (S2013/MAE-2874
2874).
Y a ustedes por su atención
[email protected]
UNIÓN EUROPEA
Fondos Estructurales
UNIVERSIDAD
COMPLUTENSE
MADRID