El proyecto ERAGUA se estructura en torno a tres grandes áreas de actuación: la validación de técnicas analíticas a escala de laboratorio para la detección de parámetros microbiológicos y contaminantes emergentes; el estudio de la presencia y eliminación de estos parámetros en aguas regeneradas tratadas mediante distintos procesos secundarios, terciarios y cuaternarios en EDAR reales; y el diseño e implementación de herramientas tecnológicas de vigilancia, incluyendo un biosensor para detección de protozoos, un sensor fotónico para detección de CE y una plataforma digital con capacidades geoespaciales.​​

PURAGUA pretende combinar nuevas tecnologías para la monitorización ‘in situ’ con tecnologías disruptivas para la eliminación eficiente y sostenible de contaminantes emergentes tanto de tipo químico (p.ej. plaguicidas, antibióticos, hidrocarburos, etc..) como agentes biológicos (bacterias, virus y resistencia a antibióticos).

Integra tecnologías biotecnológicas y fisicoquímicas de última generación, capaces de abordar una amplia variedad de contaminantes presentes en el agua, incluidos contaminantes químicos (xenobióticos) y microbiológicos. El sistema combina biocatálisis enzimática mediante enzimas inmovilizadas, adsorción avanzada con carbones activos de origen biogénico, filtración, desinfección y oxidación in situ mediante tecnologías electroquímicas, permitiendo una depuración eficaz incluso en condiciones reales complejas.

El objetivo principal del proyecto AQUASERS es la investigación y desarrollo en cooperación de nuevas soluciones biotecnológicas integradas en un dispositivo autómata para la monitorización de la calidad del agua, a través de la monitorización de Legionella pneumophila y parámetros fisicoquímicos, para la prevención y vigilancia de la legionelosis en ambientes industriales y hospitalarios, sector ocio y turismo, así como puntos de abastecimiento de aguas de red.​​

COLABORACIÓN PÚBLICO-PRIVADA

Proyecto CPP2021-008579

En general, las floraciones de cianobacterias son episodios frecuentes relacionados con la eutrofización de las masas de agua. Por lo tanto, constituyen un peligro relevante para la salud pública y la ecología, debido a su producción de metabolitos tóxicos. Puesto que las cianobacterias (CB) y las cianotoxinas pueden llegar a la población a través de las plantas de tratamiento de agua. Debido a esto deben controlarse en los análisis de rutina en los embalses de agua potable. Generalmente, esto se hace en conformidad con la normativa nacional para algunas de las cianotoxinas. En concreto, con el proyecto CYANOA de control de cianobacterias desarrollaremos:

El objetivo de este proyecto es el desarrollo de un protocolo para la monitorización rápida y fiable de la calidad del agua en sistemas lénticos. Estos incluyen grandes ejes de ríos, lagos naturales, lagunas salobres costeras y embalses en diversas cuencas hidrográficas de España. Entre ellas, lagunas de Andalucía, lagunas y embalses del Segura, Miño y Guadiana. También abarca aguas de transición de Andalucía y Galicia.

Esto implica un ámbito geográfico más amplio que en el que se desarrolla el proyecto.  El nombre del mismo es «Investigación y desarrollo de protocolos mediante técnicas de metabarcoding para la definición y adaptación de índices biológicos de calidad de aguas basados en diatomeas y crustáceos bentónicos». Un proyecto concedido a Eurofins Cavendish, S.L. que se desarrolla en un mayor número de tipos de masas de agua.

Para ello, nos basaremos en índices de diversidad desarrollados con organismos que funcionan como indicadores ecológicos de calidad ambiental. Este enfoque tiene finalidades pragmáticas. La documentación directa de los cambios en los ecosistemas en relación con la actividad humana sería costosa y requeriría mucho tiempo.

Se han desarrollado varios protocolos de biomonitoreo que se han integrado en la legislación española. Sin embargo, no son del todo adecuados para ecosistemas lénticos debido a los déficits que el estudio de estos organismos conlleva. De hecho, el fitoplancton, los macroinvertebrados, la flora acuática y la fauna ictícola sirven de base al desarrollo de índices de calidad ambiental. El problema es que no se encuentran sistemáticamente en todas las tipologías de cuerpos de agua o bien (2) su sensibilidad a las alteraciones es discutible.

Además, los procesos de muestreo suelen ser tediosos. Por tanto, en este proyecto se pretende crear unos nuevos índices biológicos basados en unos organismos que, en la actualidad, no se están usando como bioindicadores a pesar de ser sensibles a diversas alteraciones de estos medios.

La identificación de las diferentes especies requiere mucho tiempo y la precisión de los resultados depende en gran medida de las habilidades taxonómicas del observador. Por lo tanto, su utilización como indicadores ecológicos necesita un método más rápido y preciso que el conteo visual de organismos por microscopía. Así, se puede documentar mejor la composición de las comunidades.

En este proyecto, con la finalidad del desarrollo de un índice de calidad basado en Arcellinida, se aplicará un novedoso protocolo de seguimiento de la calidad ambiental basado en ‘metabarcoding’. Este protocolo consiste en la inferencia de la composición de las comunidades ambientales secuenciando un amplicón de PCR de un marcador de ADN adecuado. Éste se obtiene a partir de ADN ambiental extraído de una muestra de la zona de estudio) específico de este grupo de organismos que se está desarrollando en el Real Jardín Botánico de Madrid.

La aplicación de este enfoque al monitoreo ambiental se ha visto facilitada por el desarrollo de nuevas tecnologías de secuenciación de alto rendimiento (SAR) como Illumina MiSeq.

Esta tecnología proporciona de miles a millones de lecturas de secuencias, permitiendo así el procesamiento simultáneo de cientos de muestras, así como la identificación de los organismos a nivel específico, incrementando la sensibilidad de los análisis de calidad ambiental.

Paralelamente, la implementación de nuevos métodos de análisis de datos basados en ‘machine learning’ supervisado aumentará la precisión de la evaluación de la calidad ambiental. Las ventajas de este protocolo son múltiples: permite escanear rápidamente la diversidad de varios cientos de muestras a la vez.

La implantación de la técnica de «metabarcoding» suplirá los inconvenientes del estudio convencional de las comunidades biológicas; la fácil obtención de muestreas del sedimento de las aguas lénticas y el no requerimiento de personal altamente cualificado.

Hay que mencionar que el uso de esta novedosa metodología molecular es una herramienta, y no un objetivo, para la obtención de un listado taxonómico que será la base sobre la que desarrollar el índice biológico que se propone. En este aspecto, si comparte esta herramienta con el «Proyecto adaptación de índices biológicos», aunque el objetivo difiere sensiblemente.

La Directiva 2000/60/CEE también ES conocida como Directiva Marco del Agua (DMA). Su objetivo es la protección de los medios acuáticos para garantizar que, en el ámbito europeo, todos ellos alcancen un buen estado ecológico. El Real Decreto 817/2015 marca cuándo se logra el «buen estado ecológico». Este se consigue cuando se obtienen valores bajos de desviación de las condiciones biológicas de referencia respecto a las mejores condiciones posibles. Para evaluar el estado ecológico de las masas de agua, se requieren estudios de biomonitoreo. El elemento clave de estos estudios son los indicadores biológicos.

Entre los bioindicadores propuestos, las algas fitobentonicas y los invertebrados bentónicos, ocupan un lugar destacado debido a sus características fisiológicas y ecológicas que los convierten en los organismos idóneos para su empleo como indicadores ecológicos. En el marco de programas de biomonitoreo de los ecosistemas acuáticos, la evaluación de la composición taxonómica y abundancia de las comunidades de organismos bioindicadores es esencial para comprender la función y la estabilidad de los ecosistemas y preservar los servicios que estos organismos brindan (Stegen & Hurlbert 2011; Kermarrec et al. 2013).

Sin embargo, el biomonitoreo también ha sido criticado por el hecho de que, basándose normalmente en criterios morfológicos para la identificación de las comunidades, requiere mucho tiempo y una gran experiencia taxonómica. Por ello, en la última década han surgido nuevas metodologías basadas en el ADN, como el metabarcoding, que permiten la identificación de múltiples taxones al mismo tiempo a partir de muestras de organismos o muestras ambientales. En efecto, una aplicación relativamente reciente del metabarcoding es la caracterización del eDNA (environmental DNA o ADN ambiental), es decir ADN que se extrae más comúnmente de muestras ambientales como agua o suelo.

¿Qué es el eDNA?

El eDNA es esencialmente una mezcla de ADN que se origina a partir de aquellos organismos que habitan – o habitaron recientemente – un ambiente particular y que flotan libremente en el medio ambiente o se han adsorbido en partículas, por ejemplo, en el sedimento. Varios estudios ya han demostrado el potencial del metabarcoding para la evaluación del estado ecológico de las masas de agua utilizando comunidades de organismos bioindicadores (Kermarrec et al., 2014; Visco et al., 2015; Zimmermann et al., 2015; Pawlowski et al., 2016).

No obstante, una problemática asociada con la técnica del metabarcoding es la ausencia, para algunos taxones, de una base de datos de secuencias de referencia completas y contrastadas, que es esencial para asignar secuencias ambientales de especímenes desconocidos a especies conocidas. Por lo tanto, es fundamental asegurar la presencia de códigos de barras de ADN de las especies presentes en las muestras de agua, en las bibliotecas de referencia, lo que permitiría una identificación precisa de los taxones a nivel de especie.

Situación en la Península Ibérica en relación a diatomeas y crustaceos bentónicos

En la Península Ibérica existen unas condiciones ambientales más duras para la flora y la fauna acuática continental, sobre todo en la vertiente mediterránea (Gasith y Resh, 1999). También existen determinados factores históricos (Bonada et al., 2004). Esto se traduce en una mayor diversidad faunística y una alta tasa de endemicidad. Además, la variedad de impactos que reciben las masas de agua se ha incrementado en los últimos años. Esto puede ampliar o reducir sensiblemente los rangos de tolerancia de las especies.

En el sur de la Península encontramos masas de agua sometidas a procesos de evaporación muy intensos. Estos en la época de estiaje sufren una importante reducción del caudal de forma natural. Esto hace que lleguen a desaparecer durante meses la presencia del agua. Un ejemplo de este tipo de ambientes los tenemos en representados en la cuenca del rio Guadiana. Ésta combina diferentes tipos de litología que confieren al agua. Sobre ésta discurren un carácter más ácido o más básico. Esto influye en una elevada diversidad de organismos.

Las diatomeas

Los organismos que habitan estos sistemas tan variables deben presentar adaptaciones especiales para poder sobrevivir a este tipo de ambiente tan extremo. Las diatomeas son un tipo de microorganismos esenciales dentro de la Directiva Marco del Agua para la diagnosis de la calidad del agua a nivel europeo. Éstas se ven muy influenciadas por estas variaciones de caudal y las características físico-químicas de estas redes fluviales.

Cuando se trabajan en estos sistemas tan variables, nos encontramos con que la evaluación del estado ecológico no se obtiene de forma adecuada. Esto se debe a que existen especies que actúan como primeras colonizadoras después de una época de fuerte estiaje. Esto puede conformar un valor sobreestimado por ser característicos de ambientes pobres en nutrientes. Sin embargo, estas especies, como puede ser el caso de Achnanthidium minutissimum, se desarrollan de forma dominante sobre el resto de los taxones de la comunidad de diatomeas. Esto es porque saben aprovechar mejor la ausencia de competencia o el espacio libre para colonizar. No tanto por la concentración mayor o menor de nutrientes en el ambiente. Así, el resultado puede resultar engañoso.

Adaptar a los índices de diatomeas

Encontraremos otras especies raras o poco frecuentes en otras redes fluviales debido a las particularidades de estos sistemas de los que se conoce menos su ecología. Por lo que establecer con más exactitud el estado ecológico de estos ecosistemas es de gran importancia para aplicar la Directiva Europea Marco del Agua. Así pues, lo anteriormente mencionado nos confirma la necesidad de adaptar los índices de diatomeas a los ríos típicos de la región mediterránea.

Los índices de diatomeas necesitan una identificación taxonómica precisa de las comunidades. El objetivo es evitar identificaciones erróneas que comprometen la precisión de un índice de diatomeas para la calidad del agua (Besse-Lototskaya et al. 2006). Así, se ha vuelto muy relevante encontrar alternativas para satisfacer las necesidades y los defectos del enfoque tradicional. Por lo tanto, el uso de metabarcoding de ADN representaría una gran solución para evaluar de forma rápida la diversidad de diatomeas en los cuerpos de agua. Esto facilita la obtención rápida de una «lista de especies» presentes en una muestra.

Los crustaceos bentónicos

Otro grupo de indicadores ecológicos de gran interés, además de las diatomeas, está representado por los crustáceos bentónicos. Estos son los branquiópodos, copépodos y ostrácodos. Se emplean para la determinación del índice ABCO para la clasificación del estado ecológico en lagos según lo establecido por la DMA. En efecto, las comunidades de estos invertebrados bentónicos tienen unas características ecológicas y fisiológicas. Están presentes en todas las tipologías de las masas de agua de la categoría lago. También presentan un ciclo cerrado en los ambientes acuáticos y responden a las perturbaciones del hábitat. Esto los hace idóneos para su uso en la evaluación de la calidad del agua de los lagos.

No obstante, debido a su complejidad morfológica, la identificación a nivel de especie de estos organismos es compleja y problemática, y requiere la presencia de taxónomos altamente especializados. Por ello, el desarrollo de protocolos moleculares para la identificación de las comunidades de crustáceos bentónicos en lagos, basados en la aplicación del eDNA. Esto representaría una gran ventaja con respecto al enfoque tradicional en términos de velocidad. También, en términos de eficiencia a la hora de obtener el índice de calidad.

Por todo ello, en el presente proyecto se pretende combinar el enfoque morfológico tradicional y el molecular. El objetivo es desarrollar y validar protocolos basados en las técnicas de metabarcoding para el biomonitoreo de ríos y lagos mediterráneos. Esto sirve para la obtención de índices de diatomeas y ABCO. Asimismo, se plantea el diseño de un nuevo índice de diatomeas bentónicas ajustado a las características ambientales presentes en el ambiente mediterráneo.

El aspecto más innovador de este proyecto está representado por el desarrollo de protocolos de metabarcoding para su aplicación en programas de biomonitoreo. Estos programas de biomonitoreo son de la calidad del agua basados en diatomeas y crustaceos bentónicos. La integración o aplicación rutinaria de estas técnicas moleculares a la hora de realizar estudios de evaluación del estado ecológico en España, implica un ahorro económico. También un ahorro de tiempo notable. Además, coloca a Eurofins Cavendish, S.L. en una posición de liderazgo en el sector, siendo la primera empresa en realizar este tipo de análisis.

Otro gran avance planteado en este proyecto está representado por el diseño de un nuevo índice de diatomeas bentónicas adaptado para cuencas con influencia mediterránea. Este índice se ajustaría mucho mejor al tipo de presiones ambientales propios de esta área. Supondría una reducción de tiempo de identificación y, por lo tanto, una optimización de los recursos.

El proyecto SADAR busca el desarrollo de una plataforma innovadora para el control de aguas regeneradas atendiendo a parámetros microbiológicos. El objetivo es digitalizar el proceso de generación de información desde las instalaciones regeneradoras de agua, conocidas tradicionalmente como estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR).

En los últimos años se está adquiriendo una especial consciencia de la contaminación los mares y océanos con el ruido que genera la actividad humana. Esta contaminación no solo puede afectar a las comunicaciones y orientación de los animales, sino que investigaciones recientes están concluyendo que son motivo de abandono de hábitat. A este respecto, la necesidad y la motivación de esta investigación surge de la necesidad por parte de Puertos del Estado y otras autoridades portuarias españolas de disponer de herramientas de reducción y mitigación de ruido submarino generado en las obras portuarias. Estas necesidades están recogidas en el documento “Estrategia Marina de la Demarcación Noratlántica, parte V. Objetivos Ambientales en la Demarcación Marina Noratlántica” (2019), siendo prioritarias las siguientes: ​

AMIA tiene como objetivo definir un nuevo concepto de EDAR centrado principalmente en el cumplimiento de la Directiva de reutilización del agua, con bajos requerimientos energéticos, y dando valor añadido a los subproductos.

Para ello, se diseña, construye y valida un sistema de planta piloto consistente en un tratamiento en tres fases, tratamiento anaerobio/aerobio, un biorreactor de microalgas y una combinación de adsorción con oxidación avanzada. Este concepto de EDAR recupera nutrientes y reduce el consumo neto de energía y, en consecuencia, reduce las emisiones de gases de efecto invernadero por medio de:

•  Tratamiento anaeróbico que produce biogás y consume menos energía.
•  Tratamiento de microalgas con requerimientos de baja energía.
•  Tecnología de adsorción y electroxidación suministrada por energía renovable.

El proyecto, se realiza en cooperación con: FACSA, ARVIA TECHNOLOGY, ATLANTIS CONSULTING, CSIC, ESAMUR