ESTUDIO INTEGRAL DE LA “AEROBIOTA” ESTUDIO INTEGRAL DE LA “AEROBIOTA” EN LA COMUNIDAD DE

(PROGRAMA AIRBIOTAM. Gutiérrez1, Z. Ferencova1, A. Alcamí2, P. Campoy

1Departamento de Biología Vegetal II, Universidad Complutense de Madrid2Centro de Biología Molecular Severo Ochoa, Consejo Superior de Investigaciones Científicas2Centro de Biología Molecular Severo Ochoa, Consejo Superior de Investigaciones Científicas3Computer 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), Autónoma de Madrid5Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Universidad Politécnica de Madrid (ETSII

ESTUDIO INTEGRAL DE LA “AEROBIOTA” ESTUDIO INTEGRAL DE LA “AEROBIOTA” EN LA COMUNIDAD DE MADRID

(PROGRAMA AIRBIOTA -CM), P. Campoy3, R. Guantes4, y D. A. Moreno5

Centro de Biología Molecular Severo Ochoa, Consejo Superior de Investigaciones Científicas-Universidad Autónoma de Madrid (CSIC-UAM)Centro de Biología Molecular Severo Ochoa, Consejo Superior de Investigaciones Científicas-Universidad Autónoma de Madrid (CSIC-UAM)

Cabrera” and Institute for Condensed Matter Physics (IFIMAC), Facultad de Ciencias, Universidad

Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Universidad Politécnica de Madrid (ETSII-UPM)

¿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 ”CONVOCATORIA DE PROGRAMAS DE I+D EN TECNOLOGÍAS 2013

Objetivos: El principal objetivo de AIRBIOTAla “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

¿Qué es 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

” , en la comunidad de Madrid.DE PROGRAMAS DE I+D EN TECNOLOGÍAS 2013

El principal objetivo de AIRBIOTA-CM, es conocer y modelizar de la atmosféra urbana en la Comunidad de Madrid, desde

un planteamiento: pluridisciplinar, innovador e integrador.

Innovador Integrador

En metodología de muestreo y análisis

Necesario para conocer la biodiversidad y funcionamiento de la “aerobiota” urbana .

Pluridisciplinar

1. microbiología (BIO-MAT)

2. virología (INMUNOVIR)

3. polen y esporas atmosféricos (AER3. polen y esporas atmosféricos (AER

4. vehículos aéreos no tripulados (CVG

5. modelos matemáticos de sistemas biológicos (

Proponemos una aproximación multidisciplinar a los objetivoslíneas principales de actuación:1. Definir de forma global la aerobiota1. Definir de forma global la aerobiota

microbianas)2. Desarrollar nuevos sistemas de

no tripulados3. Establecer modelos matemáticos de distribución geográfica y temporal

de los componentes de la biota del aire.

polen y esporas atmosféricos (AER -MAD)U N I V E R S I D A D

COMPLUTENSEpolen y esporas atmosféricos (AER -MAD)

vehículos aéreos no tripulados (CVG -UPM)

modelos matemáticos de sistemas biológicos ( BioSysBio)

COMPLUTENSEM A D R I D

Proponemos una aproximación multidisciplinar a los objetivos, con tres

aerobiota (polen, esporas, comunidades aerobiota (polen, esporas, comunidades

Desarrollar nuevos sistemas de muestreadores de aire para aviones

Establecer modelos matemáticos de distribución geográfica y temporal de los componentes de la biota del aire.

Innovador

Metodología para el estudio del polen

Lasmicroscópicas,microscopiocontando

Captadores volumétricos tipo

Hirst (Marca Burkard o Lanzoni)� Diseñado para polen y

esporas de hongos� Volumen de succión: 10 L/min

muestra

� 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� La

esporaspoco

� No se

polen y las esporas atmosféricas

muestras diarias son preparacionesmicroscópicas, que un técnico analiza almicroscopio óptico (M.O.), identificando ycontando los granos de polen presentes en lamuestra

Principales desventajas:La identificacion morfológica de las esporas fúngicas, en ocasiones, espoco precisaNo se evalúa la viabilidad

Captación e identificación de esporas

Captador

� Diseñado para bacterias y “aire interior”

� Volumen de succión: 140 L/min� Tiempo de muestreo: 7 minutos� 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

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/minTiempo de muestreo: 7 minutosTiempo de muestreo: 7 minutosPeso del equipo: 2 KgEl aire impacta sobre medio de cultivo o filtro de membrana en Placa Petri.

La identificación es por cultivo o por técnicas independientes de cultivo

partículas muestreadas no son viables

Captación e identificación de partículas

Captador SKC � 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� Tiempo de muestreo: de 1� Peso del equipo: 6 Kg� La aerobiota

mineral

Principal limitación:� El máximo volumen de aire succionado

muestreo de virus en el aire.

partículas virales del aire

Captador SKC BioSamplerDiseñado inicialmente para polen y esporas de hongos en “aire interior”Se ha sugerido su utilización para virusVolumen de succión: 12,5 L/minTiempo de muestreo: de 1-8 hTiempo de muestreo: de 1-8 hPeso del equipo: 6 Kg

aerobiota es atrapada en agua o aceite mineral

succionado, no es suficiente para el

Innovador

1. Metodología de análisis de la “La propuesta es analizar la biodiversidadutilizando tecnologías emergentessecuenciación masiva. Esta tecnologíade las ciencias genómicas y en concretode las ciencias genómicas y en concreto

2003-3 mil millones bases/10 años/2.047 millones de euros

2014-HiSeqXmenos de un día

La metagenómicagenomas(metagenomamuestrasaislar

“Aerobiota”biodiversidad atmosférica de cada muestra,

emergentes de biología molecular como latecnología está permitiendo el rápido desarrollo

concreto de la “metagenómica”concreto de la “metagenómica”

-Secuencia completa genoma humano:3 mil millones bases/10 años/2.047 millones de euros

-Secuenciación masiva de tercera generaciónHiSeqX, Ion Proton: Genoma humano por 760€ en menos de un día

metagenómica es el estudio del conjunto degenomas de un determinado entornometagenoma) directamente a partir de

muestras de ese ambiente, sin necesidad deaislar y cultivar esas especies.

Innovador

2. Desarrollo de nuevos muestreadores� En los últimos años el uso de vehículos aéreos no tripulados

(Unmanned Aerial Vehicle, UAVsmanera exponencial.

� En el muestreo aerobiológico� En el muestreo aerobiológicotienen un gran coste de instalación, y la toma de muestra se hace a una altura fija.

� Los sistemas UAVs pueden segura para muestrear la aerobiota

Ala fijaCubre mayores áreasMayor autonomía > 30 minMayor capacidad de carga > 1,5 kg

muestreadores de aire para aviones no tripuladosEn los últimos años el uso de vehículos aéreos no tripulados

UAVs) en ámbitos civiles está creciendo de

aerobiológico, las redes de sensores estacionarios aerobiológico, las redes de sensores estacionarios tienen un gran coste de instalación, y la toma de muestra se hace a una

pueden representar una alternativa económica y aerobiota a diferentes alturas.

Ala rotativaVuelo estacionarioDespegue y aterrizaje verticalAutonomía < 30 minBaja carga < 1kg

> 1,5 kg

Retos para un dron muestreador

biológica del aire

� Tiempo de vuelo� Altura de vuelo� Altura de vuelo� Carga máxima� Control remoto

muestreador de la contaminación

vuelovuelovuelo

máximaremoto del muestreador

Integrador

� Conocer la biodiversidad del aire

� Entender las interacciones entre microorganismos y entre � 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

� Determinar la calidad del aire en términos biológicos e � Determinar la calidad del aire en términos biológicos e identificar parámetros genéticos para monitorizar su calidad

Conocer la biodiversidad del aire

Entender las interacciones entre microorganismos y entre Entender las interacciones entre microorganismos y entre ellos y el ambiente (Conocer el funcionamiento del

modelos matemáticos de distribución geográfica y los componentes de la biota del aire

Determinar la calidad del aire en términos biológicos e Determinar la calidad del aire en términos biológicos e identificar parámetros genéticos para monitorizar su calidad

¿Qué hemos hecho?

Captación de partículas sólidas seleccionadas

Filtro de nitrocelulosa (0,22 bomba de vacío, 50 L/min durante tiempo 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 (propágulosbacterias).

seleccionadas por tamaño

Filtro de nitrocelulosa (0,22 µm) acoplado a una bomba de vacío, 50 L/min durante tiempo bomba de vacío, 50 L/min durante tiempo seleccionable. Peso del equipo 4 kg. Procedimiento de retención de partículas/microorganismos mayores del tamaño

propágulos fungícos, granos de polen y

Comprobación del prototipo en tierra

� Lugar: Leganés (Madrid)� Duración: 1 hora� Velocidad: 30-60 km/h� Velocidad: 30-60 km/h� Fecha: 17-mayo-2015 � Peso: 1 kg

Comprobación del prototipo en tierra

Eficiencia de los captadores

Marcador tamaño ADN

BurkardBurkard

Bomba 50 L/min 5 h (15 m

MAT 150 L/min 2 h (20 m

Coche 30

* Terraza de la ETS de Ingenieros Industriales ( UPM), Mar

Eficiencia de los captadores

Burkard 10 L/min 1 semana (50 m3) Abril-2015*Burkard 10 L/min 1 semana (50 m3) Abril-2015*

Bomba 50 L/min 5 h (15 m3) Abril-2015*

MAT 150 L/min 2 h (20 m3) Abril-2015 *

Coche 30-60 Km/h 1 h (15 m3 - 30 m3 ) Mayo-2015

* Terraza de la ETS de Ingenieros Industriales ( UPM), Mar-Jun 2015

¿A quien interesan los resultados?

Enfermedades transmitidas

por el aire

Alergias(Hipersensibilidad)

Agentes

responsables

POLEN

Hipersensibilidad

Neumonías

Micosis sistémicas

Micotoxicosis

Amigdalitis, Faringitis

Bronquitis, Escarlatina

Difteria, Neumonía

Meningitis, Tosferina

Tuberculosis,

Legionelosis

Carbunco pulmonar

HONGOS

BACTERIAS

Resfriado

Gripe, Bronquitis

Sarampión,

Poliomielitis

Varicela, Rubeola

Gastroenteritis

VIRUS

¿A quien interesan los resultados?

Enfermedades transmitidas

por el aireAfectados

Alergias(Hipersensibilidad)

HUMANOS

Hipersensibilidad

Neumonías

Micosis sistémicas

Micotoxicosis

Amigdalitis, Faringitis

Bronquitis, Escarlatina

Difteria, Neumonía

Meningitis, Tosferina

Tuberculosis,

Legionelosis

Carbunco pulmonar

AIREANIMALES

(Granjas)

Resfriado común

Bronquitis

, Paperas

Poliomielitis,

Rubeola,

Gastroenteritis

PLANTAS

(Cosechas)

Consorcio AIRBIOTA/

Dirección General de Universidades e InvestigaciónCONSEJERÍA DE EDUCACIÓN, JUVENTUD Y DEPORTE

FINANCIACIÓN CENTROS DE INVESTIGACIÓN

EMPRESAS ASOCIADAS

UNIÓN EUROPEAFondos Estructurales

DEPORTE

Empresas innovadoras

Consorcio AIRBIOTA/ www.airbiota.com

CENTROS DE INVESTIGACIÓN

U N I V E R S I D A D

COMPLUTENSEM A D R I D

EMPRESAS ASOCIADAS

innovadoras son bienvenidas !!!

Agradecimientos: Al Programa de Tecnología 2013 de la Comunidad de Madrid (S2013/MAE -2874

UNIÓN EUROPEAFondos Estructurales

Y a ustedes por su atenciónmontseg@ucm.es

Programa de Tecnología 2013 de la Comunidad 2874).

U N I V E R S I D A DCOMPLUTENSE

M A D R I D

Y a ustedes por su atención