Cómo ayudará el monitoreo de aguas residuales a evitar futuras pandemias

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El muestreo de aguas residuales puede llevar mucho tiempo. John Eisele/Universidad Estatal de Colorado

Microbiólogos susan de largo y Carol Wilusz se conocieron y se convirtieron en aficionados a las aguas residuales en abril de 2020 cuando un grupo de base de operadores de plantas de tratamiento de aguas residuales les pidió que desarrollaran e implementaran una prueba para detectar el SARS-CoV-2 en muestras de las alcantarillas de Colorado. De Long es un ingeniero ambiental que estudia bacterias útiles. La experiencia de Wilusz es en biología del ARN. Aquí describen cómo funciona la vigilancia de aguas residuales y qué podría hacer en un futuro pospandémico.

¿Cómo se monitorean las aguas residuales para SARS-CoV-2?

La vigilancia de las aguas residuales aprovecha el hecho de que muchos patógenos humanos y productos del metabolismo de las drogas humanas terminan en la orina, las heces o ambos. El virus SARS-CoV-2 que causa el COVID-19 aparece sorprendentemente grandes cantidades en heces de personas infectadas, a pesar de que esta no es una vía importante de transmisión de enfermedades.

Para determinar si hay patógenos presentes, primero debemos recolectar una muestra representativa de aguas residuales, ya sea directamente del alcantarillado o en el punto donde los ingenieros llaman "influente" ingresa a una planta de tratamiento. También podemos utilizar sólidos que se han sedimentado de las aguas residuales.

Luego, los técnicos deben eliminar las partículas grandes de materia fecal y concentrar cualquier microbio o virus. El siguiente paso es extraer sus ácidos nucleicos, el ADN o ARN que contiene la información genética de los patógenos.

Las secuencias contenidas en el ADN o el ARN actúan como códigos de barras únicos para los patógenos presentes. Por ejemplo, si detectamos genes que son exclusivos del SARS-CoV-2, sabemos que el coronavirus está en nuestra muestra. Usamos enfoques basados ​​en PCR, similares a los utilizado en pruebas de diagnóstico clínico, para detectar y cuantificar secuencias de SARS-CoV-2.

Caracterizar la secuencia de ácido nucleico con más detalle puede proporcionar información sobre las cepas virales, por ejemplo, puede identificar variantes como omicron BA.2.

Actualmente, la gran mayoría de los esfuerzos de vigilancia de aguas residuales se centran en el SARS-CoV-2, pero las mismas técnicas funcionan con otros patógenos, incluidos virus de la poliomielitis, influir y norovirus.

Antes de la pandemia, una aplicación era seguimiento de brotes raros de poliovirus en áreas donde la vacunación contra la poliomielitis está en curso. Las aguas residuales también se pueden monitorear en busca de signos de varios medicamentos para dar una idea de la nivel y tipo de consumo de drogas en una población.

¿Adónde van los datos?

Durante la pandemia, los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de EE. UU. desarrollaron el Sistema Nacional de Vigilancia de Aguas Residuales específicamente para rastrear el SARS-CoV-2 en todo el país. Más de 800 sitios reportan datos a este sistema NWSS, pero no todos los estados y condados están representados actualmente.


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monitoreo de pandemias en aguas residuales2 7 10 Más de 800 sitios que cubren poblaciones de varios tamaños informan los números de aguas residuales de COVID-19 a los CDC. Rastreador de datos de CDC COVID, CC BY

Muchas agencias estatales, como la Departamento de Salud Pública y Medio Ambiente de Colorado, y ciudades, como Tempe, Arizona, tienen sus propios tableros para reportar datos. Algunas empresas que realizan análisis de aguas residuales informan datos en sus propios tableros también.

En nuestra opinión, el NWSS representa un emocionante primer paso en el monitoreo de la salud de la población a través de las aguas residuales. Se están estableciendo sistemas similares en otros países, incluyendo Australia y New Zealand.

¿Qué muestran realmente los datos de aguas residuales?

Los niveles de SARS-CoV-2 en las aguas residuales de grandes poblaciones son un excelente indicador del nivel de infección en una comunidad. El sistema monitorea automáticamente a todos los que viven en el alcantarillado, por lo que es anónimo, imparcial y equitativo. Es importante destacar que también es imposible rastrear la infección hasta una persona, hogar o vecindario en particular sin tomar muestras adicionales.

La vigilancia de aguas residuales no depende de la disponibilidad de pruebas clínicas o de personas que informen los resultados de sus pruebas. También recoge casos asintomáticos y presintomáticos de COVID-19; esto es crítico porque las personas que están infectado pero no se siente enfermo aún puede propagar COVID-19.

En nuestra opinión, las pruebas de aguas residuales son cada vez más importantes a medida que se realizan más pruebas de COVID-19 en el hogar. Y porque la vacunación también ha llevado a más casos leves y asintomáticos de COVID-19, las personas pueden infectarse sin hacerse la prueba. Estos factores significan que los datos de casos clínicos son menos informativos que antes en la pandemia, mientras que los datos de aguas residuales siguen siendo un indicador constante del nivel de infección de la comunidad. La vigilancia de las aguas residuales no se basa en que las personas informen una prueba casera positiva o incluso en que estén al tanto de sus infecciones. Spencer Platt/Getty Images Noticias

Hasta ahora, no se puede predecir con precisión la cantidad de personas infectadas en una comunidad en función del nivel de virus en sus aguas residuales. La etapa de la infección de alguien, cómo responde su cuerpo al virus, la variante viral, qué tan lejos estaba una persona de donde se tomó la muestra de aguas residuales, incluso el clima puede todo afectar las cantidades de SARS-CoV-2 medidas en las aguas residuales.

Pero los científicos pueden inferir cambios relativos en las tasas de infección. Ver los niveles virales subir y bajar en las aguas residuales da una idea de si los casos están aumentando o disminuyendo en la comunidad en su conjunto.

Debido a que el SARS-CoV-2 se puede detectar en las aguas residuales días o incluso semanas antes de que ocurran los brotes, el monitoreo de las aguas residuales puede proporcionar una advertencia temprana de que se pueden justificar medidas de salud pública. Y las tendencias en la señal son importantes: si sabes que los niveles están subiendo, puede ser un buen momento para restablecer un mandato de máscara o recomendar trabajar desde casa. En la actualidad, los funcionarios de salud pública utilizan datos de monitoreo de aguas residuales junto con otra información como las tasas de positividad de las pruebas y el número de casos clínicos y hospitalizaciones en la comunidad para tomar este tipo de decisiones.

Los datos de la secuenciación también pueden ayudar a detectar nuevas variantes y monitorear sus niveles, lo que permite que las respuestas de salud tengan en cuenta las características de la variante presente.

En poblaciones más pequeñas, como en dormitorios universitarios y hogares de ancianos, el monitoreo de aguas residuales puede detectar una pequeña cantidad de personas infectadas. Eso puede hacer sonar la alarma de que las pruebas clínicas dirigidas son para identificar a las personas infectadas para el aislamiento. La detección temprana, las pruebas dirigidas y la cuarentena son eficaz en la prevención de brotes. En lugar de utilizar las pruebas clínicas para el monitoreo de rutina, los administradores pueden reservar las pruebas clínicas disruptivas para los momentos en que se detecta el SARS-CoV-2 en las aguas residuales.

¿Cómo será el monitoreo en el futuro?

El uso generalizado y rutinario del monitoreo de aguas residuales daría a los funcionarios de salud pública acceso a información sobre los niveles de una variedad de posibles infecciones en las comunidades estadounidenses. Estos datos podrían guiar las decisiones sobre dónde proporcionar recursos adicionales a las comunidades, como realizar pruebas o clínicas de vacunación en lugares donde la infección va en aumento. También podría ayudar a determinar cuándo son necesarias intervenciones como el uso de máscaras o el cierre de escuelas.

En el mejor de los casos, el monitoreo de aguas residuales podría detectar un nuevo virus cuando llega por primera vez a una nueva área; un cierre temprano en el área muy localizada podría prevenir una futura pandemia. Curiosamente, los investigadores han detectado el SARS-CoV-2 en muestras archivadas de aguas residuales recolectadas antes alguien había sido diagnosticado con COVID-19. Si el monitoreo de aguas residuales hubiera sido parte de la infraestructura de salud pública establecida a fines de 2019, podría haber proporcionado una advertencia anterior de que el SARS-CoV-2 se estaba convirtiendo en una amenaza global.

Sin embargo, por ahora, establecer y operar un sistema nacional de vigilancia de aguas residuales, particularmente uno que incluya monitoreo a nivel de edificio en ubicaciones clave, sigue siendo demasiado costoso y laborioso.

Los esfuerzos de investigación y desarrollo en curso están tratando de simplificar y automatizar el muestreo de aguas residuales. Por el lado del análisis, la adaptación de las tecnologías de PCR y secuenciación para detectar otros patógenos, incluidos los nuevos, será vital para aprovechar al máximo dicho sistema. En última instancia, la vigilancia de las aguas residuales podría ayudar a respaldar un futuro en el que las pandemias sean mucho menos mortales y tengan menos impacto social y económico.

Acerca de los Autores

susan de largo, Profesor Asociado de Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad del Estado de Colorado y Carol Wilusz, Profesor de Microbiología, Inmunología y Patología, Universidad del Estado de Colorado

Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.


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