Corso di formazione ACQUE SOTTERRANEE E CONTAMINANTI PRIORITARI

Corso di formazione ACQUE SOTTERRANEE E CONTAMINANTI PRIORITARI LA MICROBIOLOGIA DELLE ACQUE SOTTERRANEE ED ASPETTI SANITARI Francesca Anna Aulicino Istituto Superiore di Sanità ROMA

FATTORI CHE INFLUENZANO LA PERSISTENZA DEI PATOGENI NEL SUOLO • Fattori fisici • Temperatura • Tipo di suolo • Tasso del flusso • Fattori chimici • p. H • Cationi • Sostanze organiche • Fattori biologici • Microflora del suolo

FATTORI CHE REGOLANO IL TRASPORTO DI PATOGENI ATTRAVERSO IL SUOLO -1 • Tipo di suolo • Tasso del flusso • Suoli a fine tessitura hanno una buona ritenzione dei microrganismi. Gli ossidi di ferro aumentano il tasso di ritenzione. Suoli ricchi di sostanze minerali hanno scarso effetto di adsorbimento. • L’adsorbimento è in funzione inversa al tasso del flusso

FATTORI CHE REGOLANO IL TRASPORTO DI PATOGENI ATTRAVERSO IL SUOLO - 2 • Cationi • I cationi aumentano l’adsorbimento poiché riducono le forze repulsive tra i microbi e le particelle del suolo • Sostanze organiche solubili • Riducono la ritenzione nel suolo perché competono con i microrganismi sui siti di adsorbimento delle particelle • p. H • L’adsorbimento dei microrganismi aumenta in funzione inversa ai valori di p. H

Permanenza microbica nei suoli I microrganismi permangono nel suolo poichè possono adsorbirsi sul materiale particellato ivi presente. I patogeni hanno capacità di persistenza nei suoli. I principali fattori che influenzano la persistenza sono: • • • luce solare e temperatura (per gli strati più superficiali dei suoli) umidità p. H sostanze organiche tipo di microrganismo (es. Epatite A Virus molto persistente) microflora antagonista, che è rappresentata da batteri autoctoni e da protozoi predatori

Trasporto microbico nelle acque sotterranee Lo spostamento dei microrganismi nel suolo dipende da diversi fattori: • • • Natura del suolo Stato di saturazione e Flusso dell’acqua Suoli porosi ostacolano lo spostamento di microrganismi, al contrario di suoli non porosi Terreni porosi assicurano una qualità dell’acqua migliore di quelli non porosi (es. carsici), in quanto operano una vera e propria depurazione sulle acque, in funzione dello spessore, granulometria e composizione chimica dei terreni attraversati, ma anche del tipo e quantità degli inquinanti, della velocità del percolamento dell’acqua attraverso il suolo e del grado di saturazione dell’ambiente insaturo. Forti piogge promuovono il trasporto batterico attraverso i suoli

I microrganismi nelle acque sotterranee In ambienti come le acque sotterranee, i batteri non sono facilitati a sopravvivere, infatti elaborano particolari strategie di sopravvivenza (es. forme vitali non coltivabili). Nel suolo i generi di batteri più frequenti sono: Arthrobacter, Streptomyces, Pseudomonas, Bacillus, Acinetobacter, Xanthomonas, Proteus, Clostridium, Micrococcus. Negli acquiferi i batteri dominanti sono: Pseudomonas (il genere più diffuso), Arthrobacter, e Bacillus, ma anche Aeromonas e Caulobacter. Pseudomonas è il batterio più versatile in richieste nutrizionali ed esigenze ambientali.

Fonti potenziali di contaminazione delle acque sotterranee POTENZIALI FONTI DI CONTAMINAZIONE ORIGINE DELLA CONTAMINAZIONE URBANE INDUSTRIALI AGRICOLE Sulla superficie del suolo Rifiuti urbani Sostanze chimiche impropriamente gestite e/o sversate Pesticidi, fertilizzanti e rifiuti di allevamenti impropriamente gestiti e/o smaltiti Sotto la superficie del suolo Discariche. Perdite da condutture fognarie. Vasche settiche Pozzi mal costruiti o abbandonati Pesticidi, fertilizzanti e rifiuti di allevamenti impropriamente gestiti e/o smaltiti Perdite da serbatoi sotterranei. Pozzi mal costruiti o abbandonati

MALATTIE INDOTTE DA BATTERI PATOGENI PRESENTI NELLE ACQUE • • Salmonella spp Shigella spp Vibrio cholerae Campylobacter spp E. coli enterotossica E. coli enteroemorr. O 157: H 7 Yersinia enterocol. • Legionella sp • Mycobacterum sp. Tifo, gastroenteriti, setticemia Dissenteria emorragica Colera Gastroenteriti Diarrea profusa Dissenteria emorragica Gastroenteriti acute, setticemia, adeniti acute nei bambini, ecc. Polmoniti, febbre di Pontiac, infezioni di ferite

MALATTIE INDOTTE DA VIRUS PATOGENI PRESENTI NELLE ACQUE • Adenovirus • Enterovirus • • • Virus epatite A ed E Norwalk virus Rotavirus Small Round virus Astrovirus Calicivirus Faringiti, congiuntiviti, vomito, diarrea Poliomielite, diarree, meningiti, malattie respiratorie, miocarditi Epatiti Enteriti Enteriti

MALATTIE INDOTTE DA PROTOZOI PATOGENI PRESENTI NELLE ACQUE • Cryptosporidium parvum Diarree anche per settimane • Giardia duodenalis Diarree • Entamoeba histolytica Diarree, dissenteria • Balantidium coli Balantidiasi • Isospora spp Coccidiosi • Cyclospora cayetanensis Diarree, anoressia • Toxoplasma gondii Febbre, aborto, danni al feto

MALATTIE INDOTTE DA BATTERI OPPORTUNISTI PRESENTI NELLE ACQUE • Aeromonas hydrophila, sobria, caviae • Pseudomonas aeruginosa • Pseudomonas cepacia • Acinetobacter sp Gastroenteriti, endocarditi, setticemie, infezioni di ferite Gastroenteriti, infezioni ferite- ustioni, ecc Infezioni della pelle, endocarditi, ecc Setticemie, meningiti, infezioni urinarie, ecc • Providencia, Proteus Gastroenteriti • Flavobacterium • Mycobacterium kansasii Infezioni ferite-ustioni, meningiti Infezioni polmonari • Citrobacter freundii Gastroenteriti

Epidemie di origine idrica e individui coinvolti - Stati Uniti 1991 -2000 ANNI 91 -92 93 -94 95 -96 97 -98 99 -00 91 -00 EPIDEMIE 34 29+1* 23 19 39 145 *Epidemia di Milwaukee (440 ospedalizzati-100 morti) INDIVIDUI 17. 464 2. 366 + 403. 000* 2. 654 3. 495 2. 068 26. 103 (429. 103*)

% Epidemie associate con acqua sotterranea Stati Uniti 1991 -2000 • ANNI • % EPIDEMIE ASSOCIATE CON ACQUE SOTTERRANEE 91 -92 93 -94 95 -96 97 -98 99 -00 28/34 epidemie 20/30 epidemie 13/23 epidemie 16/19 epidemie 29/39 epidemie 91 -00 82% 67% 56% 84% 74% • 73%

EPIDEMIE e TRATTAMENTO ACQUE SOTTERRANEE Le epidemie derivate dall’utilizzo di acque sotterranee sono connesse a: • Assenza di trattamento delle acque • Trattamenti impropri delle acque • Problemi nella distribuzione

EPIDEMIE DA ACQUA SOTTERRANEA: AGI – Infection - Chemical ANNI 91 -92 93 -94 95 -96 97 -98 99 -00 Valori più elevati Valori più bassi AGI (%) Infection (%) 68 25 54 27 47 25 55 31 60 46 Chemical(%) 7 20 15 13 7

MICRORGANISMI COINVOLTI NELLE EPIDEMIE INFETTIVE Su 46 epidemie di origine infettiva accertate in USA dal 1991 al 2000 • 21 = 46% sono state imputate a Batteri • 6 = 13% sono state imputate a Virus • 20= 43% sono state imputate a Protozoi

Batteri responsabili di epidemie derivate dall’uso di acqua sotterranea (1991 -2000) Su 21 epidemie batteriche le specie più frequentemente rilevate sono state Escherichia coli enteroemorragica, Campylobacter e Shigella. • • Escherichia coli O 157: H 7 (6 volte) Campylobacter jejuni (5 volte) Shigella sonnei (5 volte) Shigella flexneri (1 volta) Salmonella typhimurium (2 volte) Vibrio cholerae non- 01 (1 volta) Plesiomonas shigelloides (1 volta)

Virus responsabili di epidemie derivate dall’uso di acqua sotterranea (1991 -2000) Su 6 epidemie virali i virus rilevati: • Norwalk Virus (4 volte) • Small Round Virus (1 volta) • Virus dell’Epatite A (1 volta)

Protozoi responsabili di epidemie derivate dall’uso di acqua sotterranea (1991 -2000) Su 20 epidemie di natura protozoaria i protozoi rilevati: • Giardia intestinalis (8 volte) • Cryptosporidium parvum (7 volte) • Giardia lamblia (5 volte)

Protozoi patogeni nella acque sotterranee • Possono essere presenti per contaminazione da liquami. • Non è stato ben studiato il trasporto di questi microrganismi negli acquiferi. • E’ stato verificato (1995) che protozoi flagellati iniettati in un acquifero si riducono di 10 volte in numero e dopo circa 4 metri non sono più rilevati. • I protozoi patogeni possono essere trasportati in acquiferi, ma è improbabile che si estendano a distanze >di 10 metri dalla fonte inquinante

LE EPIDEMIE IN INGHILTERRA ed USA DAL 1911 AL 1998 • Fino agli anni 70 gli episodi epidemici sono imputabili soprattutto a tifo e paratifo. • Nel corso degli anni si nota il declino delle infezioni tifoidi a vantaggio di malattie di natura virale e protozoaria • L’incremento dei casi di infezioni, imputabili a Cryptosporidium, registrate nel trentennio 1970 al 1998 è conseguente all’acquisita capacità di diagnosticare infezioni, in precedenza non diagnosticabili. La prevalenza di Cryptosporidium può essere conseguente alla resistenza di questo protozoo ai trattamenti di disinfezione • Si nota, comunque, incremento dei casi di infezioni di origine idrica imputabili a patogeni batterici emergenti (Campylobacter, Yersinia, E. coli O 152: H 7)

L’ACQUA POTABILE E LA PREVENZIONE DELLE MALATTIE EPIDEMICHE • L’obiettivo primario della microbiologia delle acque potabili è la prevenzione delle epidemie di origine idrica, che si raggiunge fornendo acqua salubre • L’acqua può essere definita salubre quando risulta immune dalla presenza di microrganismi patogeni • In un sistema che raccoglie e distribuisce acque destinate ad essere utilizzate dalla popolazione la probabilità del verificarsi di epidemie può essere minimizzata applicando appropriati trattamenti dell’acqua e monitorando la loro efficacia in relazione alla presenza di patogeni

L’ACQUA POTABILE E LA PREVENZIONE DELLE MALATTIE EPIDEMICHE • Controlli mirati alla verifica diretta dell’assenza dei microrganismi patogeni non possono essere realizzati perchè: • i metodi per rilevare i microrganismi patogeni (batteri, virus e protozoi) prevedono tempi lunghi, spese elevate e difficoltà tecniche • dovrebbero essere rilevati numerosi gruppi di patogeni, cosa improponibile nell’ambito di un sistema di monitoraggio, • l’assenza accertata di un patogeno non esclude l’assenza di altri patogeni • DI CONSEGUENZA OCCORRE UTILIZZARE INDICATORI DI CONTAMINAZIONE FECALE

Gli indicatori di contaminazione fecale dovrebbero soddisfare i seguenti criteri • Essere presenti (in numero elevato) nelle feci umane ed animali • Essere in rapporti numerici costanti rispetto ai patogeni (meglio in eccesso) • Avere resistenza ambientale (anche ai biocidi) simile a quella dei patogeni • Non essere capaci di replicarsi nell’acqua • Essere rilevati con metodi semplici, rapidi e poco costosi • Non essere patogeni • Non essere presenti in acque non contaminate

MICRORGANISMI INDICATORI DI CONTAMINAZIONE FECALE E DERIVAZIONE • Escherichia coli Feci umane ed animali • Coliformi fecali Feci umane ed animali Effluenti industriali - Suolo - Ambienti ad elevato carico organico • Coliformi totali Suolo - Acque contaminate e pulite • Enterococchi • Clostridi solfito riduttori Feci umane ed animali Derivazione fecale e ambientale

Direttiva 98/83/CE 1998 E DPR 2001 n° 31 Acque potabili: Parametri PARAMETRI INDICATORI • Escherichia coli • Enterococchi • Clostridium perfringens* • CBT 22°C • Batteri coliformi 37°C *Solo per le acque superficiali o di derivazione superficiale

NUOVI E VECCHI MICROBI EMERGONO SULLA SCENA DELLE MALATTIE DI ORIGINE IDRICA • INFEZIONI EMERGENTI sono quelle la cui incidenza risulta aumentata nelle due decadi precedenti o per le quali si prevede un aumento nel futuro prossimo • L’EMERGENZA può essere conseguente alla diffusione di nuovi agenti, al riconoscimento di un’infezione prima non identificata, al riconoscimento dell’origine infettiva di una malattia, alla presenza di batteri resistenti agli antibiotici • INFEZIONI EMERGENTI sono anche quelle che riappaiono o riemergono dopo un declino della loro incidenza

ALCUNI MICRORGANISMI EMERGENTI E AFFEZIONI CORRELATE • Legionella pneumophila (1977) 4 Malattia del legionario • Escherichia coli O 157: H 17 (1982) 4 Coliti e sindrome uremiche emorragiche • Vibrio cholerae O 139 (1992) 4 Colera epidemico • Helicobacter pilory (1983) 4 Ulcera peptica • Campylobacter jejuni (1977) 4 Enteriti emorragiche • Hepatitis E virus (1986) 4 Epatiti • Cryptosporidium parvum (1976) 4 Diarree croniche ed acute • Cyclospora caytanensis (1986) 4 Diarree persistenti

MICRORGANISMI E AFFEZIONI EMERGENTI: ESCHERICHIA COLI O 157: H 17 (enteroemorragica • E. coli O 157 fa parte del gruppo di E. coli, costituito da batteri, per lo più innocui, che vivono nell’ambito della normale flora intestinale umana ed animale. • E. coli O 157 è una specie tossigena che causa pericolose affezioni. E’ causa di gastroenteriti emorragiche che, nel 15% dei casi, evolvono in sindromi uremiche emolitiche, anche fatali. • E’ stata isolata per la prima volta nel 1982, nell’ambito di una epidemia di diarrea emorragica causata dal consumo di carne di manzo poco cotta.

MICRORGANISMI E AFFEZIONI EMERGENTI: ESCHERICHIA COLI O 157: H 17 (enteroemorragica) • Le epidemie sono connesse al consumo di cibi contaminati (carni, succhi di frutta, prodotti freschi), ma anche al contagio interpersonale e al consumo di acqua. • Nell’epidemia avvenuta a Walkerton, in Ontario (Canada) nel 2000 sono state coinvolte 1. 338 persone con 7 morti. La causa dell’epidemia è stata il consumo di acqua contaminata da liquami animali allevati vicino alla risorsa idrica da cui si approvvigionava la popolazione.

IL PROBLEMA DEI MICRORGANISMI INJURED • Una percentuale di microrganismi enterici riesce a sopravvivere ai trattamenti di disinfezione • Sono microrganismi danneggiati che non riescono a svilupparsi sui terreni di coltura usati per l’isolamento • Microrganismi indicatori injured non sono validi indicatori di contaminazione • Microrganismi enterici patogeni possono sopravvivere in reti idriche e creare problemi circa l’utilizzo delle acque