Detección del coronavirus en las aguas residuales

A las pocas semanas de haber llegado a la escena mundial, el SARS-CoV-2 ha logrado rodear el globo, dejando a su paso enfermedades, mortalidad y devastación económica. Uno de los principales retos a los que se enfrentan las autoridades sanitarias y la comunidad médica ha sido la realización de pruebas para detectar el escurridizo virus a una escala suficientemente amplia.

Se está desarrollando y perfeccionando un nuevo enfoque para vigilar el nuevo coronavirus (así como otros patógenos y agentes químicos peligrosos). Conocido como epidemiología basada en las aguas residuales (WBE), el método extrae muestras de aguas residuales para obtener pistas vitales sobre la salud humana. Puede identificar potencialmente los niveles de infección por coronavirus tanto a escala local como mundial.

En última instancia, la WBE encierra la promesa de una vigilancia casi en tiempo real de los brotes de enfermedades, los microbios resistentes, los niveles de uso de drogas o los indicadores de salud de la diabetes, la obesidad y otras enfermedades.

En un nuevo estudio, los investigadores de la ASU Rolf Halden y Olga Hart analizan lo que se puede y no se puede medir cuando se rastrea el SARS-CoV-2 en las aguas residuales, y destacan las ventajas económicas del nuevo enfoque sobre las pruebas convencionales de enfermedades y la vigilancia epidemiológica.

“Nuestros resultados muestran que la dependencia exclusiva de las pruebas en los individuos es demasiado lenta, de costo prohibitivo y en la mayoría de los lugares, poco práctica, dada nuestra actual capacidad de pruebas”, dice Halden. “Sin embargo, cuando va precedida de un análisis de aguas residuales en toda la población, la tarea se vuelve menos desalentadora y más manejable”.

Hart es el autor principal del nuevo estudio e investigador del Centro de Biodiseño para la Ingeniería de la Salud. Su investigación aparece en la revista Science of the Total Environment.

La epidemiología basada en las aguas residuales tiene el potencial de romper el atasco de las pruebas de coronavirus en muchas naciones desarrolladas como los EE.UU., pero también podría ser una herramienta inestimable para recopilar datos de salud en las regiones empobrecidas que probablemente soporten la mayor parte de la pandemia.

El coronavirus. (Foto: Shireen Dooling)

Actualmente, los EE.UU. cuentan con la mayor red nacional e internacional de WBE y un depósito de muestras, conocido como Observatorio de Salud Humana (HHO) en la ASU. Recientemente, el SARS-CoV-2 se añadió a una serie de indicadores de salud sujetos a un seguimiento continuo por parte del HHO desde mayo de 2008.

La técnica de Halden tiene una gran sensibilidad, con el potencial de detectar la firma de un solo individuo infectado entre 100 y 2 millones de personas. Para lograr esto, las muestras de aguas residuales son examinadas para detectar la presencia de fragmentos de ácido nucleico del virus del SARS-CoV-2. Los genomas del ARN se amplifican mediante un proceso conocido como PCR cuantitativa de transcriptasa inversa (RT qPCR).

La estrategia WBE consiste en transcribir primero el ARN del coronavirus en ADN complementario (ADNc) por la enzima transcriptasa inversa, y luego amplificar el ADN resultante para mejorar la detección de la señal. Se utilizan técnicas de secuenciación para confirmar la presencia viral en las muestras de aguas residuales.

“Podemos de una sola vez monitorear toda una comunidad para detectar la presencia del nuevo coronavirus”, dijo Hart. “Sin embargo, existen desventajas. Para obtener los mejores resultados y evitar la pérdida de información, querremos medir cerca de los puntos calientes del virus y tener en cuenta la temperatura y la dilución de las aguas residuales a la hora de estimar el número de casos infectados”.

En el presente estudio, los investigadores modelaron muestras de aguas residuales en Tempe, Arizona, para la presencia del virus del SARS-CoV-2. Su trabajo se basa en el análisis computacional y el modelado, y en las proyecciones de los focos epidémicos pasados, presentes y futuros.

La investigación indica que debe realizarse una calibración cuidadosa para garantizar la exactitud de los datos, que son sumamente sensibles a variables clave como la temperatura estacional, el tiempo medio de viaje en la red de alcantarillado, las tasas de degradación de los biomarcadores, la demografía de la comunidad y el uso de agua por persona. (En un documento complementario de Halden y Hart se examinan con todo detalle los efectos de estas variables en los resultados de la WBE).

Las estimaciones basadas en datos europeos y norteamericanos sugieren que cada persona infectada con el SARS-CoV-2 excretará millones, si no miles de millones, de genomas virales en las aguas residuales por día. Esto se traduce en entre 0,15 y 141,5 millones de genomas virales por litro de aguas residuales generadas.

Con la ayuda de la RT qPCR, los investigadores deberían ser capaces de detectar el nuevo coronavirus con una alta sensibilidad, lo que requiere la vigilancia de aproximadamente 1 de cada 114 individuos en el peor de los casos y solo 1 caso positivo entre 2 millones de individuos no infectados en condiciones óptimas.

Además de reducir la transmisión y la mortalidad resultantes de la infección por el SARS-CoV-2, la mejora de los datos relativos a toda la población proporciona otros beneficios para la sociedad. Al determinar con precisión los focos de infección viral, los investigadores podrán dirigir mejor los recursos para proteger a las poblaciones vulnerables mediante medidas de distanciamiento social, al tiempo que se alivian las restricciones en las regiones libres de virus, reduciendo al mínimo los trastornos económicos y sociales.

Para lograrlo, Halden y su equipo han creado OneWaterOneHealth, un proyecto sin fines de lucro de la Fundación ASU que busca llevar las pruebas de COVID-19 a quienes actualmente no pueden costearlas.

Halden dijo que si este enfoque se aplicara en los Estados Unidos, aproximadamente el 70% de la población podría ser examinada para detectar el SARS-CoV-2 mediante la vigilancia de las 15.014 plantas de tratamiento de aguas residuales del país, con un costo estimado de reactivos químicos de 225.000 dólares.

Se podría lograr una vigilancia más precisa utilizando WBE para identificar los puntos calientes regionales o mundiales del virus, y luego aplicar pruebas específicas a los individuos mediante métodos clínicos. (Fuente: NCYT Amazings)

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