Para detectar futuros brotes de coronavirus, busque alcantarillas
Mariana Matus lleva años estudiando las sustancias excretadas por el cuerpo humano para comprender mejor lo que sucede dentro de nosotros. El biólogo computacional ayudó a desarrollar el equipo pesado, que tiene aproximadamente el tamaño de una caja de leche y se puede bajar a una alcantarilla para colgar sobre las aguas residuales: un flujo constante de orina y heces succionado a través de un tubo con forma de paja.
Matus y sus colegas inicialmente se propusieron buscar firmas químicas del uso de drogas en las alcantarillas. Pero en febrero, se informó que la firma genética del nuevo coronavirus podría detectarse en las heces humanas. Entonces, Matus y la compañía que cofundó, Biobot Analytics, centraron su atención en el seguimiento de la pandemia de COVID-19.Ahora están tomando muestras de aguas residuales recolectadas de 400 plantas de tratamiento de residuos., Eso cubre alrededor del 10 por ciento de la población de EE. UU., dijo Matus.
Es uno de las docenas de esfuerzos similares que se están implementando en todo el mundo para ayudar a los países a enfocar mejor sus esfuerzos de contención al dibujar una imagen más completa de dónde y qué tan lejos se está propagando el virus. «Es una gran incógnita en este momento porque las pruebas que se están realizando aún son muy limitadas. [the U.S.], eso sí: nadie sabe cuántas personas están infectadas y asintomáticas. No había ninguna pista», dijo Ian Pepper, un microbiólogo ambiental de la Universidad de Arizona que estudia los patógenos en las aguas residuales municipales. Las pruebas de diagnóstico existentes no son prácticas para toda la población, y dichas pruebas están distribuidas de manera desigual. Todos usan baños. Por lo tanto, el muestreo de aguas residuales puede detectar simultáneamente la presencia del nuevo coronavirus en millones de personas, independientemente de su nivel socioeconómico o acceso a la atención médica. «Nuestros datos se agregan y anonimizan naturalmente en su forma más cruda», dijo Matus.
Aún así, existen limitaciones sobre cómo se puede aplicar el método en la pandemia actual. La técnica no puede decir definitivamente a los epidemiólogos si toda una población está libre del virus. Pero podría ser una forma más rápida de detectar futuros brotes a medida que las regiones levanten los bloqueos. El método también podría avanzar en el pequeño pero creciente campo de la epidemiología basada en aguas residuales y expandirlo para detectar otras enfermedades.
Advertencia temprana
Al igual que otros virus, el patógeno que causa el COVID-19 no puede replicarse. En cambio, se infiltra en las células vivas, incluidas las que recubren el intestino humano, y las impulsa a replicar activamente su ARN. Los pacientes infectados luego liberan partículas de ARN viral en los fluidos corporales, incluida la saliva, la mucosidad y las heces. Estos terminan en las alcantarillas de aguas residuales, donde están presentes en niveles lo suficientemente altos como para ser detectados.
La extracción de muestras de partículas de ARN de las aguas residuales puede ayudar a los investigadores a hacer algunas cosas: primero, pueden secuenciar los genes de los coronavirus para ver cómo varias cepas mutan y cambian con el tiempo. Este análisis también permitió a los investigadores rastrear la propagación del patógeno, cubriendo todas las cepas circulantes y observando a escondidas a sus «ancestros virales». En un estudio preliminar reciente que aún no ha sido revisado por pares, los microbiólogos determinaron que una cepa dominante extraída de las aguas residuales en una ciudad de Montana probablemente provenía de un linaje viral predominante en Europa.
Analizar las aguas residuales con el mismo método de diagnóstico utilizado para procesar muestras de hisopos (a menudo tomadas de la nariz de un individuo) también responde a la simple pregunta de si el coronavirus está presente en una comunidad determinada. «El potencial para los juicios de sí/no, ya sea que existan o no, ya existe y pronto podría aplicarse ampliamente», dijo Kevin Thomas, profesor de la Alianza de Ciencias de la Salud Ambiental en Queensland, Australia. Publicó Science of Total Environment en abril Un estudio que demuestra esta técnica fue publicado en (Science of the Total Environment). Escribiendo en Water Research, un equipo en España dio positivo en muestras de aguas residuales de un área más de dos semanas antes de que se diagnosticara cualquier caso de COVID-19, incluso en lugares con baja prevalencia. Tales alertas tempranas podrían proporcionar a los formuladores de políticas una guía sobre cuándo levantar o restablecer medidas estrictas de refugio en el lugar. “Si comienza a aumentar nuevamente en algunos lugares, esa retroalimentación será muy importante a medida que comencemos a abrir ciudades”, dijo Matus.
Se ha avanzado en este trabajo, y algunos países ahora están discutiendo seriamente expandir el alcance del monitoreo existente. En EE.UU. se habla de crear un nuevo programa nacional de vigilancia. Vincent Hill, investigador de la Rama de Prevención de Enfermedades Transmitidas por el Agua de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades, dijo que la agencia está trabajando actualmente con investigadores para examinar la confiabilidad de las pruebas que utilizan estos métodos y estandarizarlas. Las pruebas de aguas residuales nunca reemplazarán las pruebas individuales de rutina, dijo. Sin embargo, es una fuente valiosa de datos obtenidos rápidamente sobre toda la población. La viróloga Angela Rasmussen de la Universidad de Columbia está de acuerdo. «Veo las pruebas de aguas residuales como una posible herramienta de monitoreo, particularmente útil en la gestión de recursos limitados, como el equipo de protección personal [personal protective equipment] y suministros de prueba «, dijo. «Pero de ninguna manera es un sustituto de las pruebas de diagnóstico y el trabajo epidemiológico. «
Falsos negativos e incógnitas
Existen limitaciones en cuanto a la practicidad de las pruebas de aguas residuales. Un problema es que la naturaleza integral de los desechos urbanos significa que los investigadores no pueden identificar microcomunidades específicas de alto riesgo, como hogares de ancianos, hospitales, prisiones o plantas empacadoras de carne. Otro comodín es cuando el ARN del SARS-CoV-2 (el nombre oficial del virus que causa el COVID-19) se vuelve detectable en las heces en relación con el inicio de los síntomas. Los científicos no han averiguado por completo cuánto tiempo las personas continúan arrojando partículas virales después de recuperarse. No está claro cuántas copias de ARN viral deben estar presentes en una muestra para ser detectada, dijo Thomas. Una muestra de aguas residuales positiva dada podría mostrar una infección en tan solo 114 personas o hasta 2 millones, según un modelo publicado en abril en la revista Science of the Total Environment. Pero sin conocer el número mínimo de copias necesario para producir un resultado positivo, la prueba tiene el potencial de producir falsos negativos, lo que sugiere falsamente que un área en particular está libre de COVID-19. Por lo tanto, analizar las aguas residuales puede indicar la presencia del virus, pero no puede confirmar definitivamente su ausencia. Para abordar esta pregunta, muchos investigadores están rastreando cómo cambia con el tiempo el número relativo de partículas de ARN detectables en una ubicación particular.
David Jones, investigador de ciencias ambientales y del suelo en la Universidad de Bangor en Gales, dijo que el seguimiento de las concentraciones de partículas era el paso más importante en el monitoreo a nivel de población. La razón es que hacerlo ayuda a trazar el curso de la pandemia y monitorear la efectividad de los bloqueos. Varios grupos, incluidos Matus y sus colegas, van un paso más allá: intentan estimar cómo la concentración de partículas virales en las aguas residuales se corresponde con la prevalencia general de la enfermedad en una población determinada. Estos cálculos intentan tener en cuenta muchas variables, como los efectos de dilución de la lluvia y la escorrentía de tormentas. En un documento de preimpresión aún bajo revisión por pares, el grupo de Matus estima que en un área de Massachusetts, Las personas que pueden estar infectadas con COVID-19 tienen al menos Cinco veces más personas dan positivo formalmente, lo que sugiere que hay más casos sin diagnosticar en la comunidad. Una preimpresión reciente de un grupo en Connecticut encontró que en un área metropolitana, la concentración de partículas de ARN alcanza su punto máximo aproximadamente una semana antes de que aparezcan nuevos casos confirmados de COVID-19.Pero Jordan Peccia, ingeniero ambiental de la Universidad de Yale, señala que aún es difícil precisar el número total exacto de casos solo por aguas residuales, precisamente «porque [regular] Las pruebas se limitan a aquellos que tienen síntomas y se someten a una prueba. «
Para los observadores veteranos, el interés renovado en la técnica refleja una maduración más amplia de la epidemiología basada en aguas residuales. Christian Daughton, un investigador jubilado de la Agencia de Protección Ambiental que fue coautor de un influyente artículo de revisión de 1999, dijo recientemente que la pandemia ha erosionado algunas preocupaciones tradicionales, como las preocupaciones sobre la privacidad. La urgencia de lidiar con el COVID-19 puede ayudar a establecer dichos sistemas de vigilancia, que ayudarán no solo en respuesta a esta pandemia, sino también en el seguimiento de otras enfermedades, y posiblemente incluso de otras nuevas que surjan en el futuro. «Sospecho que el monitoreo de aguas residuales será más frecuente después de esta pandemia», dijo Pepper.
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