Characterising filamentous fungal biofilm in drinking water distribution systems using microscopic and molecular techniques

Abstract

A qualidade microbiológica de água de consumo tem sido uma das grandes preocupações de fornecedores governamentais e privados. Sistemas de distribuição de água são complexos ambientes onde algas, bactérias, fungos e protozoários cohabitam. Muitos destes microrganismos são patogenicos ao homem. Uma vez no sistema de distribuição, microorganimos podem aderir às superfícies das tubulações e formar biofilmes. Biofilmes são comunidades microbianas nas quais seus constituintes apresentem características diferenciadas, por exemplo, maior resistência a fatores adversos como desidratação, altas temperaturas, condições oligotroficas e ação de biocidas. Fungos são conhecidos por habitarem diversos ambientes aquáticos. Sua presença em sistemas de distribuição de água está associada a problemas de bloqueio de tubulações, produção de metabólitos e mudanças em propriedades organolépticas como odor e turbidez, e consequentemente, os fungos estão ligados à perda da qualidade da água. Além disso, por conta da sua habilidade em aderir a superfícies, os fungos são capazes de crescer como biofilmes em diferentes materiais, inclindo as paredes das tubulações. O presente trabalho visou o estudo de biofilmes de fungos filamentosos em sistemas de distribuição de água. Para isto, técnicas de microscopia de fluorescência e fluorescent in situ hybridization (FISH) foram utilizadas pretendendo-se detectar, monitorar e caracterizar biofilmes de fungos filamentosos em condições reais e laboratoriais. Corantes e sondas fluorescentes específicos foram aplicados, i.e. Calcofluor White R2R, DAPI, FUN-1, e as sondas EUK516 FUN1429. Microspheres Adhesion Assay, coloração com Cristal Violeta e MTT foram também utilizados. Adicionalmente, foi projetado um amostrador para formação de biofilmes in situ. Como resultados, foi observado que biofilmes de fungos filamentosos, quando comparados com sua forma planquitonica, possuem um comportamento diferenciado com relação à resistência contra agentes desinfectantes e a nívels de hidrophobicidade celular. Biofilmes de fungos filamentosos foram detectados em tubulações, amostradores e sistemas laboratoriais. Fungus filamentosos isolados de sistemas de água são capazes de formar biofilmes, apresentando caracteristicas morfológicas e fisiológicas diferenciadas. Em conclusão, fungos filamentosos são capazes de formar biofilmes sob diversas condições reais e laboratoriais. É provável que os fungos desempenhem um papel importante nas interações nos biofilmes em sistemas de água e, conseqüentemente, também na qualidade microbiológica da água. Assim, os fungos devem ser incluídos como membros consistentes dos biofilmes. Os resultados relatados neste trabalho representam novos conceitos na pesquisa micológica, e mais estudos na área podem levar a novas descobertas sobre a biologia dos fungos.

Microbial quality of drinking water has been one of the greatest concerns of governmental and privative water suppliers. Water distribution systems are complex environments where algae, bacterial, fungi and protozoa cohabit. Many of these microorganisms are pathogenic to human and are associated with loss of water quality. Once within a water distribution system, microorganisms can attach to pipe surface and form biofilms. Biofilms are microbial communities wherein theirs constituents present differentiate features when compared with their planktonic form, e.g. increased resistance against adverse factors such as dryness, high temperatures, oligotrophic conditions and biocides. Fungi are known to habit diverse aquatic environments. Their presence in water systems is associated with pipe blockage, produce of metabolites involved in organoleptic changes such as odour and turbidity, and consequently are linked with loss of water quality. Moreover, because of their ability to adhere to surfaces, fungi are able to grown as biofilms on different surfaces, including pipe walls. The present work aimed to study filamentous fungal biofilms in water distribution systems. For this, epifluorescence microscopy and fluorescent in situ hybridization (FISH) were applied intending to detect, monitor and characterise filamentous fungal biofilms in real and laboratorial water systems. Specific fluorescent dyes and probes were used, i.e. Calcofluor White R2R, DAPI, FUN-1, EUK516 and FUN1429 probes. Microspheres Adhesion Assay, Cristal Violet staining and MTT assay were also applied. Moreover, a device was designed for sampling fungal biofilms in situ. As results, was observed that filamentous fungal biofilms have differentiated behaviour concerning resistance against disinfectant and levels of cell hydrophobicity when compared with their planktonic form. Filamentous fungal biofilms were detected in replaced pipes, sampler devices and laboratorial water system. Moreover, filamentous fungi recovered from water systems were capable to form biofilms with specific morphological and physiological features. In conclusion, filamentous fungi are able to form biofilms under diverse real and laboratorial conditions. Fungi are likely to play an important role in microbial interactions within water biofilms and consequently in microbial water quality. Thus, fungi may be included as a consistent member of biofilms in drinking water systems. The results reported in this work represent new concepts in mycological research, and further studies in the area may lead to new insights in fungal biology.