| Data: |
2025 |
| Resum: |
L'epidemiologia basada en aigües residuals (WBE) analitza contaminants i biomarcadors per obtenir dades qualitatives i quantitatives sobre la salut i les activitats d'una població. Un cop excretats, els biomarcadors, juntament amb altres compostos, entren al sistema de clavegueram. Des dels seus inicis, la WBE s'ha utilitzat per monitoritzar el consum de substàncies com drogues il·lícites o terapèutiques, productes farmacèutics, de cura personal, cafeïna, tabac i alcohol. Durant la pandèmia de COVID-19, la detecció de SARS-CoV-2 mitjançant RT-PCR va demostrar el seu valor com a eina d'alerta primerenca per identificar focus d'infecció. L'any 2019 es va proposar ampliar aquest enfocament incloent-hi proteïnes com a biomarcadors, complementant les molècules petites en el biomonitoreig de malalties humanes. Alguns biomarcadors proteics ja aprovats per la FDA, especialment en l'àmbit oncològic, poden detectar-se a l'orina, fet que permet expandir l'epidemiologia molecular a través de la petjada hídrica urbana. Entre les proteïnes suggerides com a biomarcadors per a aigües residuals es troben l'antigen prostàtic específic, la proteïna C reactiva, les interleucines 6 i 8, la podocina, la proteïna de gradient anterior 2 i la uromodulina. El primer estudi pràctic reeixit del proteoma en aigües residuals es va fer el 2020. Es van detectar nombroses proteïnes humanes, a més de bacterianes, algunes ja proposades com a indicadors de salut. Com a pas inicial, es va desenvolupar un protocol per monitoritzar proteïnes als fluxos d'entrada i sortida de depuradores, clau per al disseny de sistemes de prova per a la vigilància sanitària i ambiental. Aquest mètode fa ús d'una base de dades revisada per identificar totes les fonts biològiques possibles. A continuació, es van analitzar mostres de 10 depuradores que donen servei a poblacions i activitats industrials diverses. Es va observar que les fraccions solubles eren riques en proteïnes eucariotes. Les amilases es van proposar com a marcadors de presència humana i les albúmines com a indicadors d'activitat industrial. Això confirma que les proteïnes presents a les aigües residuals reflecteixen les activitats de les zones analitzades. Tot i que les plantes de tractament eliminen molts contaminants, el comportament de les proteïnes durant aquest procés encara és poc conegut. Per això, es van estudiar tres depuradores amb característiques diferents, analitzant mostres de l'aigua d'entrada, de sortida i de les aigües receptores. Es va comprovar que la majoria de les proteïnes es van eliminar de manera eficient, excepte algunes recalcitrants, que tampoc van aparèixer a les aigües receptores. A diferència dels estudis convencionals centrats en compostos específics, aquest treball va utilitzar mètodes no dirigits per augmentar el nombre de compostos identificats. Aquests es van classificar segons les seves propietats fisicoquímiques en superclasses, la qual cosa va permetre identificar patrons entre diferents ubicacions. Es va trobar que les zones amb més població presentaven concentracions més altes d'àcids grassos de cadena llarga, compostos organoheterocíclics i bencenoides, així com d'amilases humanes, la qual cosa suggereix una sinergia potencial entre les dades metabolòmiques i proteòmiques. Fins ara, la proteòmica aplicada a aigües se centrava en organismes concrets. Aquest estudi representa el primer intent exhaustiu d'identificar el proteoma complet en diferents matrius hídriques, incloent-hi totes les fonts biològiques possibles. Això va permetre detectar proteïnes provinents de bestiar i altres espècies, així com establir perfils per zones i correlacionar-los amb perfils de metabòlits. Encara que cal superar reptes com la manca d'una quantificació estandarditzada, aquest projecte obre noves vies per a la vigilància ambiental mitjançant el proteoma d'aigües residuals, com el monitoratge de plagues, l'estimació de la mida poblacional, la detecció d'abocaments il·legals i l'avaluació de biomarcadors relacionats amb hàbits i salut. |
| Resum: |
La epidemiología basada en aguas residuales (WBE) analiza contaminantes y biomarcadores para obtener datos cualitativos y cuantitativos sobre la salud y las actividades de los habitantes de una zona. Tras su excreción, los biomarcadores, junto con otros compuestos, ingresan al sistema de alcantarillado. Desde su origen, la WBE ha sido útil para monitorear el consumo de sustancias a nivel poblacional, incluyendo drogas ilícitas o terapéuticas, productos farmacéuticos, de cuidado personal, cafeína, tabaco y alcohol. Durante la pandemia de COVID-19, el uso de RT-PCR para detectar SARS-CoV-2 reafirmó su potencial como sistema de alerta temprana para identificar focos de infección. En 2019 se propuso el uso de proteínas como biomarcadores complementarios a moléculas pequeñas para el biomonitoreo poblacional de enfermedades humanas. Algunos de estos biomarcadores proteicos, aprobados por la FDA, principalmente en cáncer, pueden detectarse en la orina, lo que permite expandir la epidemiología molecular a través de la huella hídrica urbana. Entre las proteínas sugeridas como biomarcadores prometedores para aguas residuales se encuentran el antígeno prostático específico, la proteína C reactiva, interleucinas 6 y 8, podocina, proteína de gradiente anterior 2 y uromodulina. El primer estudio práctico exitoso sobre el proteoma en aguas residuales se llevó a cabo en 2020. Además de proteínas bacterianas, se identificó una cantidad significativa de proteínas humanas, algunas ya propuestas como indicadores de salud. Como primer paso, se desarrolló un protocolo para monitorear proteínas en los flujos de entrada y salida de depuradoras. Este avance es clave para diseñar dispositivos de prueba basados en proteínas para la vigilancia sanitaria y ambiental. El método se apoya en una base de datos revisada de proteínas para identificar todos los posibles contribuyentes biológicos. Posteriormente, se analizaron muestras de entrada de 10 depuradoras con diferentes tamaños poblacionales y actividades industriales. Se encontró que las fracciones solubles son ricas en proteínas eucariotas. Las amilasas y albúminas se propusieron como marcadores de presencia humana y de actividad industrial, respectivamente. Por tanto, las proteínas presentes en las aguas residuales aportan información sobre las actividades en cada zona. Aunque las plantas de tratamiento eliminan contaminantes, el destino de las proteínas sigue poco explorado. Se seleccionaron tres depuradoras con distintas características demográficas e industriales y se analizaron muestras de entrada, salida y agua receptora. Los resultados mostraron que la mayoría de las proteínas se eliminaron eficazmente durante el tratamiento, salvo algunas recalcitrantes que, sin embargo, tampoco se encontraron en las aguas receptoras. A diferencia de los estudios tradicionales con moléculas pequeñas que se enfocan en compuestos específicos, en este estudio se emplearon métodos no dirigidos para aumentar la cantidad de compuestos identificables. Se agruparon según sus características fisicoquímicas en superclases, lo que permitió detectar patrones entre distintos sitios. Se observó que los lugares con mayor población presentaban niveles más altos de ácidos grasos de cadena larga, compuestos organoheterocíclicos y bencenoides, además de mayores concentraciones de amilasas humanas, lo que sugiere una posible sinergia entre datos metabolómicos y proteómicos en la vigilancia ambiental. Hasta ahora, los estudios proteómicos en aguas se centraban en organismos específicos. Este trabajo representa un esfuerzo integral para identificar el proteoma completo en múltiples matrices hídricas, incluyendo todas las posibles fuentes biológicas. Esto permitió identificar proteínas provenientes de ganado y otras especies, establecer perfiles proteicos por zona y tratar de correlacionarlos con perfiles de metabolitos. Aunque aún existen retos como la cuantificación estandarizada, este proyecto abre nuevas posibilidades para la vigilancia ambiental basada en el proteoma de aguas residuales, incluyendo el monitoreo de plagas, la estimación de tamaño poblacional, la detección de vertidos ilegales y la evaluación de biomarcadores asociados a hábitos y salud. |
| Resum: |
Wastewater-based epidemiology (WBE) involves the analysis of pollutants and biomarkers to obtain qualitative and quantitative data on the activities and health of inhabitants within a given wastewater catchment. After excretion from the human body, biomarkers, together with many other compounds, enter the sewer system. Since its emergence, WBE has been used as a tool for monitoring population-level substance use, including illicit or therapeutic drugs, pharmaceuticals, personal care products, caffeine, tobacco or alcohol, among others. Recently, during the COVID-19 pandemic, SARS-CoV-2 monitoring using RT-PCR reaffirmed early-warning capabilities and the potential to reveal hotspots of infection. In 2019 proteins were proposed as complementary biomarkers to small molecules for population wide, human biomonitoring of disease. Some protein biomarkers are already approved by the food and drug administration mainly for the study of cancer. Two of them are detected in urine, which would expand the molecular epidemiology to provide information on the health of a community through the use of urban water fingerprinting. Proteins such as prostate specific antigen, C-reactive protein, interleukin-6, interleukin-8, podocin, anterior gradient protein 2 and uromodulin were theoretically suggested as promising biomarkers for wastewater. Nevertheless, the first study to successfully assess the wastewater proteome in practice was carried out in 2020. Apart from bacterial proteins, a significant number of human proteins were detected, some of them previously proposed as human health markers. We first developed a protocol to monitor proteins on both influent and effluent streams at wastewater treatment plants (WWTPs). This is the first step for the creation of test devices for the health and environmental monitoring based on proteins. A key advantage of the method is the use of the whole reviewed protein database to elucidate all potential biological contributors. Next, we studied influent samples from 10 WWTPs serving different population sizes and industrial activities. Our results showed that the soluble fractions are rich in Eukaryotic proteins. Amylases and albumins were proposed as markers of human populations and industrial activities, respectively. Thus, proteins present in wastewater carry information about the activities in the catchment areas. The objective of the treatment plants is the removal of the contaminants. However, the fate of proteins remains underexplored. We selected three WWTPs based on demographic and industrial characteristics. Samples from inlet, outlet and receiving waters were analyzed. Findings revealed that most proteins were effectively removed during treatment, with the exception of some recalcitrant proteins. In the receiving waters even those proteins were absent. Most of the studies in small molecules are carried out in a targeted way for a few interesting compounds. In contrast, we employed non-targeted methods to broaden the number of compounds to annotate. Annotated compounds were classified by physicochemical characteristics in superclasses, allowing cross-site comparisons for pattern detection. We found that sites with larger human populations present higher levels of long-chain fatty acyls, organoheterocyclic compounds and benzenoids. These sites also had higher levels of human amylases, reinforcing the potential synergy between metabolomic and proteomic data in environmental surveillance. Most proteomics studies in water matrices have concentrated on specific organisms. These studies represent the first comprehensive effort to elucidate the complete proteome across multiple water matrices, encompassing all possible biological sources. This led to the identification of proteins from livestock and other species. Protein profiles were found across the different catchment areas and we attempted to correlate these with the metabolite's profiles. This is a challenging task that has yet to overcome some obstacles, for example the lack of standardized quantification. This project opens new possibilities for the environmental surveillance using the wastewater proteome, such as pest monitoring, population size estimation, detection of illegal discharges, and assessment of habit- and health-related biomarkers. |
| Resum: |
Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Ciència i Tecnologia Ambientals. |
| Drets: |
Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, sempre i quan aquestes es distribueixin sota la mateixa llicència que regula l'obra original i es reconegui l'autoria.  |
| Llengua: |
Anglès |
| Col·lecció: |
Programa de Doctorat en Ciència i Tecnologia Ambientals |
| Document: |
Tesi doctoral ; Text ; Versió publicada |
| Matèria: |
Proteòmica ;
Proteomics ;
Proteómica ;
Epidemiologia aigües residuals ;
Wastewater epidemiology ;
Epidemiología aguas residuales ;
Vigilància mediambiental ;
Environmental surveilllance ;
Vigilancia medioambiental ;
Ciències Experimentals |
visitant ::
identificació
dir.
