Desinfeção de águas residuais na mitigação do SARS-CoV-2 por tratamento fotodinâmico antimicrobiano (aPDT)

Abstract

A pandemia de COVID-19, provocada pelo vírus SARS-CoV-2, teve um impacto severo na saúde pública, causando milhões de mortes a nível mundial. Alguns estudos referem a presença deste vírus em águas residuais, podendo permanecer viável por vários dias, o que pode levar a potenciais riscos para a saúde pública. As águas residuais quando sujeitas a tratamentos convencionais de descontaminação microbiana por aplicação de luz ultravioleta, de cloro e ozono, reduzem a concentração microbiana. No entanto, estes tratamentos, nomeadamente o cloro, levam à formação de subprodutos tóxicos, prejudiciais para o homem e o para o meio ambiente. Desta forma, é necessário o desenvolvimento de novas técnicas de desinfeção alternativas aos métodos convencionais. A terapia fotodinâmica antimicrobiana (aPDT), através do uso de fotossensibilizadores (PS), de uma fonte de luz e do oxigénio presente no meio, é uma abordagem promissora na inativação de vírus, sem contribuir para a geração de subprodutos tóxicos. O objetivo deste estudo foi avaliar a eficiência da aPDT na inativação do bacteriófago phi6, selecionado como um modelo do vírus SARS-CoV-2 em águas residuais. Os ensaios de aPDT foram realizados numa solução tampão (PBS) e em água residual tratada secundariamente filtrada e não filtrada, na presença da azul de metileno (AM) como PS e a uma fonte de luz branca com uma irradiância de 50 mW cm-2. Os resultados obtidos indicam que a aplicação da aPDT com AM inativou o bacteriófago phi6 em PBS e na água residual de forma eficiente. Considerando que os efluentes tratados são libertados no meio ambiente, neste trabalho foi também avaliada a toxicidade da solução gerada (efluente após tratamento por aPDT) no organismo modelo Daphnia magna. Estes ensaios foram desenvolvidos de acordo com o protocolo da OCDE 2004, na qual as dáfnias foram expostas à água residual e a vários PSs à concentração de 10 μM por um período de 48 horas. Quando estes organismos foram expostos a aPDT usando o AM como PS foi possível observar uma taxa de sobrevivência de 20%. No entanto, quando este tratamento foi realizado com outros PSs, tais como uma porfirina tetracatiónica e uma ftalocianina, foi possível verificar que as taxas de sobrevivência das dáfnias foram mais baixas do que a obtida com o AM. Os resultados da inativação do vírus modelo phi6 sugerem que metodologia aPDT com o AM é capaz de fotoinativar eficientemente o modelo do SARS-CoV-2. Os resultados mostram ainda que a solução que resulta após a aplicação de aPDT provavelmente não apresentará toxicidade para os organismos presentes no meio recetor, dada a diluição a que este será sujeito aquando da sua descarga no meio ambiente.

The COVID-19 pandemic caused by the SARS-CoV-2 virus had promoted a severe impact on public health, causing millions of deaths worldwide. Several studies reported the presence of this virus in wastewater, which may be viable for several days, leading to potential public health risks. Wastewater, when treated with conventional methods for microbial decontamination by applying ultraviolet light, chlorine and ozone, reduce the microbial concentration. However, these treatments lead to the formation of toxic by-products, namely the chlorine, harmful to humans and to the environment. In this regard, it is necessary to develop alternative disinfection techniques to the conventional ones. Antimicrobial Photodynamic Therapy (aPDT), through the use of photosensitizers (PS), a light source and oxygen present in the medium, is a promising approach to virus inactivation, without contributing to the generation of toxic by-products. Thus, the aim of the study was to evaluate the efficiency of aPDT in the inactivation of phi6 bacteriophage, selected as a model of the SARS-CoV-2 virus, in wastewater. The aPDT assays were carried out in a buffer solution (PBS) and in secondarily treated wastewater filtered and unfiltered, in the presence of methylene blue (AM) as PS and a white light source with an irradiance of 50 mW cm-2. The results showed that the use of aPDT with AM efficiently inactivated the phi6 bacteriophage in PBS and in wastewater. Considering that treated effluents are released into the environment, this work also evaluated the toxicity of the generated solution (effluent after treatment by aPDT) in the model organism Daphnia magna. This study was developed according to the 2004 OECD protocol, in which daphnia were exposed to wastewater and several PSs at a concentration of 10 μM during 48 hours. When these organisms were submitted to the aPDT protocol using AM as PS it was possible to observe a daphnia´s survival rate of 20%. However, when this treatment was carried out with other PSs, such as a tetra-cationic porphyrin and a phthalocyanine, it was possible to verify that survival rates of daphnia were lower than the ones achieved with AM. The results of the aPDT inactivation of the phi6 model virus suggests that this methodology is capable to efficiently photoinactivate the SARS-CoV-2 model. Moreover, the solution that results of the application of aPDT probably will not present toxicity to the organisms present in the medium receptor, due to the dilution that it will be subjected to upon discharge in the environment.