Processo de desinfecção de água usando radiação solar e um fotocatalizador seguro: um estudo para validação do seu uso em populações brasileiras através de técnicas in silico, in vitro e in vivo
Water disinfection process using solar radiation and a safe photocatalyst: a study for validating its use in brazilian populations through in silico, in vitro, and in vivo techniques

Publication year: 2024
Theses and dissertations in Portugués presented to the Universidade Federal do Rio de Janeiro. Faculdade de Medicina to obtain the academic title of Doutor. Leader: Pacheco, Claudia de Alencar Santos Janot

O estudo investigou a melhoria da técnica de Desinfecção Solar de água (SODIS) pela adição de Azul de Metileno (AM), visando acelerar a descontaminação microbiológica de água, especialmente em regiões com baixa incidência solar. A água contaminada por microrganismos é uma das principais causas de doenças em países em desenvolvimento, e a desinfecção solar tem se mostrado eficaz, porém limitada em condições climáticas desfavoráveis. A inclusão do AM, um corante fotossensível, acelera o processo, gerando oxigênio reativo ao ser exposto à luz solar, o que inativa os microrganismos.

O estudo foi dividido em três partes:

in silico, in vitro e in vivo. No estudo in silico, foram realizadas simulações para prever a toxicidade aguda e a mutagenicidade do AM nas formas oxidada (azul) e reduzida (leuco). Ambas as formas apresentaram baixa toxicidade, com a forma leuco sendo ainda menos tóxica. A mutagenicidade foi observada na forma oxidada em alguns testes, mas a forma leuco se mostrou segura. Nos experimentos in vitro, foram analisadas amostras de água de poço artesiano, contaminadas com patógenos. A análise metagenômica identificou a presença de microbiota intestinal humana e animal, além de patógenos causadores de doenças graves. Após a aplicação do método AM/SODIS, houve uma redução significativa no número de microrganismos, comprovando a eficácia do tratamento na descontaminação da água. No estudo in vivo, camundongos foram expostos ao consumo de água tratada com AM/SODIS por 13 semanas. Após a análise de fígados e rins dos animais, não foram observadas alterações histopatológicas ou sinais de citotoxicidade, genotoxicidade ou mutagenicidade. A análise da expressão de proteínas relacionadas à morte celular também não indicou estresse celular, autofagia ou apoptose, sugerindo que o uso do AM na concentração de 100 ng/ml é seguro para consumo humano. Os resultados do estudo indicam que a combinação do SODIS com o AM melhora a eficiência do processo de desinfecção de água, tornando-o uma opção viável para uso em regiões com pouca insolação ou em situações de emergência. A técnica é simples, de baixo custo e pode ser aplicada em áreas carentes, contribuindo para a redução de doenças causadas por água contaminada. Além disso, o estudo não encontrou evidências de toxicidade significativa nas formas de AM utilizadas, tornando o método seguro para o consumo humano. A pesquisa contribui para o desenvolvimento de tecnologias de baixo custo para o tratamento de água, alinhando-se aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável da ONU, especialmente em relação ao acesso à água potável e saneamento. A aplicação da técnica em larga escala pode ajudar a mitigar os efeitos da falta de saneamento em comunidades vulneráveis, prevenindo doenças como diarreia, especialmente em crianças.(AU)
The study investigated the improvement of the Solar Water Disinfection (SODIS) technique through the addition of Methylene Blue (MB), aiming to accelerate the microbiological decontamination of water, especially in regions with low sunlight exposure. Microbiologically contaminated water is one of the leading causes of diseases in developing countries, and solar disinfection has proven effective but limited under unfavorable weather conditions. The inclusion of MB, a photosensitive dye, accelerates the process by generating reactive oxygen when exposed to sunlight, which inactivates microorganisms.

The study was divided into three parts:

in silico, in vitro, and in vivo. In the in silico study, simulations were conducted to predict the acute toxicity and mutagenicity of MB in its oxidized (blue) and reduced (leuco) forms. Both forms showed low toxicity, with the leuco form being even less toxic. Mutagenicity was observed in the oxidized form in some tests, but the leuco form was found to be safe. In the in vitro experiments, samples of artesian well water contaminated with pathogens were analyzed. Metagenomic analysis identified the presence of human and animal intestinal microbiota, as well as pathogens causing severe diseases. After applying the AM/SODIS method, there was a significant reduction in the number of microorganisms, demonstrating the efficacy of the treatment in water decontamination. In the in vivo study, mice were exposed to water treated with AM/SODIS for 13 weeks. After analyzing the liver and kidneys of the animals, no histopathological alterations or signs of cytotoxicity, genotoxicity, or mutagenicity were observed. The analysis of the expression of proteins related to cell death also indicated no cellular stress, autophagy, or apoptosis, suggesting that the use of MB at a concentration of 100 ng/ml is safe for human consumption. The study’s results indicate that the combination of SODIS with MB improves the efficiency of the water disinfection process, making it a viable option for use in regions with low sunlight or emergency situations. The technique is simple, low-cost, and can be applied in underprivileged areas, helping to reduce waterborne diseases. Furthermore, the study found no significant toxicity in the MB forms used, making the method safe for human consumption. This research contributes to the development of low-cost technologies for water treatment, aligning with the United Nations Sustainable Development Goals, particularly regarding access to clean water and sanitation. The large-scale application of the technique could help mitigate the effects of poor sanitation in vulnerable communities, preventing diseases like diarrhea, especially in children.(AU)

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