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. 2021 Dec 15;41(4):745-755.
doi: 10.7705/biomedica.6032.

Identification of enteric viruses from raw water using fluoro-immuno-magnetic separation coupled to RT-PCR

[Article in English, Spanish]
Raquel Villamizar  1 , Dioselina Peláez-Carvajal  2 , Luis Felipe Acero  2
Affiliations

Identification of enteric viruses from raw water using fluoro-immuno-magnetic separation coupled to RT-PCR

[Article in English, Spanish]
Raquel Villamizar et al. Biomedica. .

Abstract
in English, Spanish, Spanish

Introduction: Enteric viruses have been associated with the production of a variety of diseases transmitted by the fecal-oral route and carried through contaminated food and water. Given their structure and composition, they are highly resistant to environmental conditions and most of the chemical agents used in the purification processes. Therefore, the systematic monitoring of raw water is necessary to ensure its quality especially when it is used for producing drinking water for human consumption.

Objective: We identified the presence of rotavirus and hepatitis A virus by means of the fluoro-immuno-magnetic separation technique (FIMS) in raw water taken from four purification plants and their water supplies in the department of Norte de Santander.

Materials and methods: The viruses were captured and separated from the water samples using magnetic microparticles functionalized with monoclonal anti-Hepatitis A and anti-Rotavirus antibodies. Confocal microscopy was used to monitor the viral concentration process and transmission electron microscopy for the morphological visualization of the separated viruses. The reverse transcriptase-coupled polymerase chain reaction (RT-PCR) was applied to confirm the presence of pathogens.

Results: The two enteric viruses were identified in the majority of the analyzed water samples including water supply sources.

Conclusion: We determined that the FIMS technique together with RT-PCR is highly effective for the detection of viral pathogens in complex matrices such as raw water.

Introducción. Los virus entéricos se asocian con una serie de enfermedades transmitidas por vía fecal-oral en alimentos o agua contaminada. Dada su estructura y composición, son muy resistentes a las condiciones ambientales y a la mayoría de los agentes químicos empleados en los procesos de potabilización, por lo cual es necesario un monitoreo sistemático del agua cruda para asegurar su calidad, máxime cuando se emplea como materia prima en la producción de agua potable para consumo humano. Objetivo. Determinar la presencia de rotavirus y del virus de la hepatitis A mediante la técnica de separación fluoro-inmuno-magnética en agua cruda procedente de cuatro plantas de potabilización y sus fuentes hídricas en el departamento de Norte de Santander. Materiales y métodos. Los virus fueron capturados y separados a partir de las muestras de agua, empleando micropartículas magnéticas funcionalizadas con anticuerpos monoclonales anti-hepatitis A y anti-rotavirus. Se empleó microscopía confocal para hacer el seguimiento del proceso de concentración viral y, microscopía electrónica de transmisión, para la visualización morfológica de los virus separados. La reacción en cadena de la polimerasa acoplada a transcriptasa inversa (RT-PCR) se utilizó para confirmar la presencia de los patógenos. Resultados. Los dos virus entéricos se detectaron en la mayoría de las muestras de agua analizadas, incluidas las de sus fuentes hídricas. Conclusión. La técnica de separación fluoro-inmuno-magnética acoplada a RT-PCR fue altamente efectiva en la detección de patógenos virales en matrices complejas como el agua cruda.

Introducción.: Los virus entéricos se asocian con una serie de enfermedades transmitidas por vía fecal-oral en alimentos o agua contaminada. Dada su estructura y composición, son muy resistentes a las condiciones ambientales y a la mayoría de los agentes químicos empleados en los procesos de potabilización, por lo cual es necesario un monitoreo sistemático del agua cruda para asegurar su calidad, máxime cuando se emplea como materia prima en la producción de agua potable para consumo humano.

Objetivo.: Determinar la presencia de rotavirus y del virus de la hepatitis A mediante la técnica de separación fluoro-inmuno-magnética en agua cruda procedente de cuatro plantas de potabilización y sus fuentes hídricas en el departamento de Norte de Santander.

Materiales y métodos.: Los virus fueron capturados y separados a partir de las muestras de agua, empleando micropartículas magnéticas funcionalizadas con anticuerpos monoclonales anti-hepatitis A y anti-rotavirus. Se empleó microscopía confocal para hacer el seguimiento del proceso de concentración viral y, microscopía electrónica de transmisión, para la visualización morfológica de los virus separados. La reacción en cadena de la polimerasa acoplada a transcriptasa inversa (RT-PCR) se utilizó para confrmar la presencia de los patógenos.

Resultados.: Los dos virus entéricos se detectaron en la mayoría de las muestras de agua analizadas, incluidas las de sus fuentes hídricas.

Conclusión.: La técnica de separación fluoro-inmuno-magnética acoplada a RT-PCR fue altamente efectiva en la detección de patógenos virales en matrices complejas como el agua cruda.

Keywords: rotavirus infections; hepatitis A; antibodies; raw water; water purification; magnetic segregation.

PubMed Disclaimer

Conflict of interest statement

Conflicts of interest: The authors declare no conflicts of interest.

Figures

Figure 1
Figure 1. (A) Raw water pretreatment and (B) schematic representation of the magnetic concentration and separation process of rotavirus and HAV particles
Figure 2
Figure 2. Confocal microscopy of viral complexes obtained from water samples in four potabilization plants in the department of Norte de Santander (Colombia) and their primary water sources (A: P1, B: P2, C: P3, D: P4; E, and F: Pamplonita River and Zulia River) with potential HAV content. The formation of aggregates can be observed in A, B, C, and F, while it is absent in D and E. Similar behavior was seen for Rotavirus.
Figure 3
Figure 3. Captured and concentrated virions of A) Rotavirus and B) HAV observed by electron transmission microscopy
Figure 4
Figure 4. Agarose gel electrophoresis (1.8%) where C+ in A) shows the+211 bp-positive control corresponding to the VP6 gene that encodes the VP6 capsid protein while in B) C+ shows the 192 bp positive control corresponding to a fragment of the capsid protein precursor region which generates a unique intermediate (VP1-2A) of the HAV. The subsequent columns in both images show the analyzed water samples in the different treatment plants (P1-P4) and their primary water source (PTA: Pamplonita; ZUL: Zulia).
Figure 5
Figure 5. Schematic representation of enteric virus-mediated aggregate formation with fluoro- immuno-magnetic microparticles.
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References

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