REVISTA CON-CIENCIA Nº1/VOL. 9, JULIO 2021, ISSN: 2310-0265, ISSN ELECTRÓNICO: 2710-3609

Calidad microbiológica del agua del lago volcánico quilotoa. coto- paxi-

Microbiological quality of water of the quilotoa volcanic lake. -ecuador

GONZÁLEZ, MARCO1 ESCOBAR, SANDRA2 ACUÑA, JESSICA1 ARAQUE, JUDITH1,3 ESCOBAR, JESSICA1 ANDUEZA, FELIX1,3

FECHA DE RECEPCIÓN: 26 ABRIL 2021 FECHA DE ACEPTACIÓN: 6 JUNIO DE 2021

Resumen Abstract

Introducción. El agua de los lagos volcánicos Introduction. The water of volcanic lakes is no es estéril, en ella se ha adaptado a través de not sterile, native microbiota shows different met- milenios una microbiota con diversas capacida- abolic capabilities established over millennia. The des metabólicas. La diversidad microbiana de microbial diversity of volcanic lakes in Ecuador los lagos volcánicos en Ecuador ha sido poco have been little studied and their abundance and estudiada y aún se desconoce su abundancia y richness are still unknown. riqueza. Objetivo: Determinar la dinámica es- Objective. The objective of this study was to tructural entre las conformaciones abierta y know the microbiological quality of water of Lake cerrada del canal KATP en células pancreáticas. Quilotoa, located in the Province of Cotopaxi-Ec- Objetivo. El objetivo del presente es- uador. tudio fue conocer la calidad microbio- Materials and methods. Two samplings were lógica del agua del lago Quilotoa, situa- carried out during 2019, collecting a total of 32 do en la Provincia de Cotopaxi-Ecuador. samples. Microbiological quality was quantified Materiales y Metodos. Se realizaron dos using the membrane filtration technique on R2A muestreos durante el año 2019, recolectando agar for heterotrophic bacteria, eosin blue meth- un total 32 muestras. La calidad microbioló- ylene agar for coliforms, salty mannitol agar for

1. UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR. QUITO. ECUADOR 2. ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL . RIOBAMBA. ECUADOR 3. UNIVERSIDAD DE LOS . MÉRIDA. VENEZUELA E. MAIL DE CORRESPONDENCIA: [email protected] ORCID: HTTPS://ORCID.ORG/0000-0003-4415-6579 ORCID: HTTPS://ORCID.ORG/0000-0001-5821-3429 ORCID: HTTPS://ORCID.ORG/0000-0001-5935-9104 ORCID:HTTPS://ORCID.ORG/0000-0002-3347-0282 ORCID: HTTPS://ORCID.ORG/0000-0002-6423-9622 ORCID: HTTPS://ORCID.ORG/0000-0002-9046-8883 González, M. y Col gica se cuantifico utilizando la técnica de filtra- Staphylococcus, cetrimide agar for Pseudomo- ción por membrana en agar R2A para bacterias nas and Sabouraud agar with chloramphenicol heterótrofas, agar eosina azul de metileno para for fungi. coliformes, agar manitol salado para Staphylo- Results. The average results were for hetero- coccus, agar cetrimide para Pseudomonas y trophic bacteria 2.00 x 102 CFU/mL, Pseudomo- agar Sabouraud con cloranfenicol para hongos. nas 7.00 x 10 CFU/mL, Staphylococcus 3.80 x 10 Resultados. Los resultados promedios fueron CFU/mL and fungi 1.40 x 10 CFU/mL. The pres- para bacterias heterótrofas de 2,00 x 102 UFC/mL; ence of coliform was not detected. Pseudomonas 7,00 x 10 UFC/mL, Staphylococcus Conclusions. The microbial groups present 3,80 x 10 UFC/mL y hongos 1,40 x 10 UFC/mL. No in low numbers are indicative of a characteris- se detectó la presencia de bacterias coliformes. tic microbiota adapted to the physicochemical Conclusiones. Los grupos microbianos presentes conditions of this lake. It is concluded that it is en bajo número son indicativos de una microbiota a lake with a few microbial populations, which característica adaptada a las condiciones fisicoquí- might indicate a good microbiological quality. micas de este lago Se concluye que se trata de un lago con una población microbiana escasa lo que indicaría una buena calidad microbiológica.

PALABRAS CLAVE KEY WORDS QUILOTOA. LAGO VOLCÁNICO. CA- LIDAD. MICROBIOLOGIA QUILOTOA. VOLCANIC LAKE. QUALITY. MICROBIOLOGY..

INTRODUCCIÓN

Los lagos volcánicos son ecosistemas muy particulares, dado 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 fisicoquí- micas y químicas de estos ambientes y determinar cómo las mismas han influido en la biodiversidad microbiana que se ha adaptado a estas condi- ciones adversas a través de milenios, y que hoy pueden ser fuente de bio- moléculas con diversas aplicaciones biotecnológicas, industriales y medici- nales, 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 & Naselli-Flores, 2021).

Por otra parte, el estudio del agua de estos sistemas lacustres puede ayudar a comprender la dinámica geoquímica de los volcanes donde se encuen- tran asentadas, además de propiciar un medio para el análisis y monitoreo del cambio climático, así como de la contaminación que afecta a muchos de CALIDAD MICROBIOLÓGICA DEL AGUA DEL LAGO VOLCÁNICO QUILOTOA. COTOPAXI-ECUADOR 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 inves- tigaciones realizadas sobre su diversidad microbiana. Los principales estu- dios 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; et al., 2000; Coltorti & Ollier, 2000; Casallas & Gunkel, 2002; Cerón, 2002; Gunkel et al., 2007; Gunkel et al., 2008; Gunkel and Beulker, 2009; Orellana, 2009; Bustos & Serrano, 2014).

Se conoce muy poco acerca de las características de los microorganismos que habitan en estos ecosistemas acuáticos ecuatorianos. La falta de inves- tigación ha generado que muchos de los procesos metabólicos de los mi- croorganismos presentes no se conozcan, así como su posible utilidad en el campo de la biotecnología, ecología, farmacia y salud. Recientemente se han iniciado estudios fisicoquímicos y microbiológicos de manera de poder conocer la microbiota del agua de los principales lagos volcánicos cratéricos que existen en Ecuador, principalmente los lagos Cuicocha y Quilotoa, a fin de conocer por una lado, la biodiversidad microbiana, y por el otro, deter- minar las características biológicas, biotecnológicas, ecológicas, farmacoló- gicas y sanitarias de esta población (González et al., 2020; González et al., 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 no- roeste de la ciudad de 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 po- blaciones cercanas (ver figura 1). González, M. y Col

Figura 1. Ubicación geográfica de la laguna volcánica Quilatoa. Fuente: Google Maps, 2020.

El paisaje y los rasgos que se observan actualmente en el volcán son la consecuencia de una serie compleja de sucesivos eventos geológicos, vol- cánicos y eruptivos. El volcán Quilotoa comprende una 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 CO2, sobre la superficie del agua, se pueden observar en diferentes zonas lago. (Orellana, 2009). Este lago ha sido objeto de estudios 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 & Mothes, 2008; Orellana, 2009; Bustos & Serrano, 2014; González et al., 2020).

Figura 2. Vista aérea de la laguna craterica volcánica. Quilotoa. Cotopaxi. Ecuador. Fuente: Orellana, 2009.

Tomando en cuenta lo antes señalado, se realizó el presente estudio con CALIDAD MICROBIOLÓGICA DEL AGUA DEL LAGO VOLCÁNICO QUILOTOA. COTOPAXI-ECUADOR la finalidad de determinar la calidad microbiológica del agua del lago Qui- lotoa.

METODO

Materiales

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

Los muestreos se efectuaron 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 identifi- caron 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 emplearon 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 fueron preparados a partir de las formas deshidratadas suministradas por las casas comerciales. Se reconsti- tuyeron con agua destilada y posteriormente se esterilizaron en autoclave a 120 °C durante 20 minutos a 15 PSI de presión.

Metodología

1.Siembra y recuento de bacterias heterótrofas La cuantificación de bacterias heterótrofas se realizó por la técnica de filtra- ción por membrana de celulosa de 0.45 µm de tamaño de poro (Rice et al., 2017). Se utilizó el agar R2A incubando a 30 ° C durante 7 días (Andueza, 2007). El volumen de agua filtrada fue de 100 mL. Los resultados se expre- saron 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 membra- González, M. y Col na (ISO, 2000). Se filtraron 100 mL de las muestras a través de filtros de mem- brana de celulosa Milipore de 0.45 µm de tamaño de poro, que se transfirie- ron 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 de membrana de celulosa Milipore de 0.45 µm de tamaño de poro, los cuales se colocaron en agar cetrimida y se incubaron a 37 °C durante 48 horas (An- dueza, 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 filtros de membrana de celulosa Milipore de 0.45 µm de tamaño de poro (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 membra- na. Se filtraron 100 mL de la muestra de agua, empleando filtros de membra- na de celulosa Milipore de 0.45 µm de tamaño de poro, 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 microbio- lógicos evaluados

Al analizar los datos de la Tabla 1, se puede señalar la presencia en las mues- tras de aguas de diferentes tipos de microorganismos, pero en un bajo nú- mero de UFC/mL.

En referencia a las bacterias heterótrofas, parámetro microbiológico evalua- do, 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). CALIDAD MICROBIOLÓGICA DEL AGUA DEL LAGO VOLCÁNICO QUILOTOA. COTOPAXI-ECUADOR

Durante el desarrollo del trabajo en ningunas de las muestras estudiadas se pudo detectar la presencia de colonias 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 Pseudo- monas, también se investigó la presencia de bacterias del género Staphylo- coccus, obteniéndose valores en el recuento de este género bacteriano en- tre 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).

Tabla 1. Recuento promedio de grupos microbianos del agua del lago Quilotoa. Cotopaxi. Ecuador.

Nota: UFC/mL: Unidades Formadoras de colonias por mililitro

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 & Bartha, 2002).

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

La enumeración de las bacterias heterótrofas provee una estimación del González, M. y Col número total de bacterias viables y da información acerca de la calidad sa- nitaria del agua (Rodier, 1998; Allen et al., 2004). Los valores de bacterias heterótrofas superiores de 2.0 x 102 UFC/mL, indican que en el agua existe una concentración significativa de bacterias que pudiera suponer un riesgo para la salud de las personas que entren en contacto con ella (Bartram et al., 2003). La academia nacional de ciencias de los Estados Unidos de Norteamé- rica recomienda que el límite de bacterias heterótrofas viables en un agua para uso humano debe ser de un máximo de 3.0 x 102 UFC/mL (NAS, 1977).

Los resultados obtenidos en esta investigación, respecto al número de bac- terias heterótrofas, son bajos y aunque no existe normativa en Ecuador que indique los valores máximos permitidos para este tipo de microorganismos en aguas de uso recreativos, si se toma como referencia y se compara con lo indicado por la academia nacional de ciencia de los Estados Unidos de Norteamérica (NAS, 1977), quienes señalan que valores de microorganis- mos heterótrofos superiores a 300 UFC/mL, pueden representar un riesgo sanitario. En este sentido, 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 cratéricas constituyen ecosistemas oligo- tróficos 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 requeri- mientos nutricionales muy específicos y por ello sólo se detectan de un 5-10 % de las bacterias cuando se realizan cultivos (Rappe & 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 par- tes 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 microrganismos 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 utilizado desde hace muchos años como CALIDAD MICROBIOLÓGICA DEL AGUA DEL LAGO VOLCÁNICO QUILOTOA. COTOPAXI-ECUADOR indicador de la calidad sanitaria del agua. Su presencia señala contaminacion generalmente de origen antropogénico (Atlas & 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 contaminación microbiana por causa de animales y del hombre es escasa, y que la calidad sanitaria de este ecosistema acuático sería buena

En el trabajo también se cuantifico el número de bacterias del género Pseu- domonas. Las bacterias del género Pseudomonas intervienen en diversos procesos ecológicos y son esenciales en los hábitats acuáticos ya que degra- dan la materia orgánica, siendo, además, una bacteria muy ubicua. Así mis- mo, esta bacteria puede colonizar diversos ecosistemas acuáticos debido a su capacidad de sobrevivir en ambientes oligotróficos (Atlas & Bartha, 2002).

Miembros del género Pseudomonas se han aislados en diversos lagos craté- ricos volcánicos del mundo, coincidiendo con los resultados obtenidos en el presente trabajo (Gaidos et al., 2004; Demergasso et al., 2010; Rincón-Moli- na et al., 2019; Tapia-Vázquez et al., 2020; González 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 Staphylococ- cus. Los miembros del género Staphylococcus pueden vivir en ecosistemas con concentraciones más o menos elevadas de cloruro sódico, lo que hace posible 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 valo- res similares a los encontrado en el presente trabajo (Queck & Otto, 2008; Demergasso et al., 2010; Barranco et al., 2011; Bravo et al, 2014).

Otro de los parámetros microbiológicos evaluados fue la cuantificación de hongos. Existen muy pocos trabajos en donde se indique la presencia de hongos en ecosistemas de aguas naturales, como el agua de los lagos vol- cánicos. Estos microorganismos pueden vivir de la descomposición de re- siduos vegetales y su presencia, en número alto, indica contaminación del agua. Sin embargo, 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. & Staudigel, 2013). González, M. y Col

CONCLUSIONES

El agua del lago Quilotoa no es estéril, alberga una microbiota caracte- rística 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.

AGRADECIMIENTOS

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.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS

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