Monitorizarea SARS-CoV-2 și poliovirus prin testarea apelor uzate, esențială pentru strategii eficiente de sănătate publică
Monitorizarea apelor reziduale a devenit o practică uzuală (în anumite state și regiuni) pentru predicția răspândirii și urmărirea în timp real a patogenilor care afectează sănătatea publică. În timpul actualei pandemii, mai multe metode s-au remarcat, iar bunele practici ar trebui păstrate și utilizate în continuare, deoarece având la îndemână știința și tehnologia, este o obligație și o necesitate să le punem în practică pentru apărarea sănătății publice. Populația este mai mobilă ca oricând, iar odată cu mișcarea oamenilor, microorganismele, inclusiv patogenii, călătoresc de asemenea. De aceea, primele măsuri luate pentru întreruperea răspândirii SARS-CoV-2 au fost legate de restrângerea libertății de mișcare – o abordare care ar fi trebuit să nu fie supraestimată, fiind menită doar să ofere timp autorităților pentru a se pregăti pentru faza următoare. Iar faza următoare, pe lângă mobilizarea fără precedent de la nivelul cercetării farmacologice, care a permis crearea unor vaccinuri eficace în timp record, ar fi trebuit să presupună alinierea tehnologiilor disponibile de testare și urmărire, într-o manieră vizionară, pentru a reduce impactul COVID-19.
În opinia multor specialiști, dar și sub îndrumarea bunului simț civic și științific, monitorizarea de rutină a apelor reziduale ar trebui să fie implementată la nivel mondial pentru a reduce răspândirea agenților patogeni, atât vechi, cât și noi. În acest material vom prezenta rolul monitorizării apelor uzate dincolo de pandemia actuală și care sunt cele mai utilizate tehnologii în prezent.
Informații cheie:
- Pe 17 martie 2021, Comisia Europeană a adoptat o recomandare privind supravegherea SARS-CoV-2 și a variantelor sale în apele uzate din UE – planul de urmărire a COVID-19 prin monitorizarea apelor uzate. CE solicita statelor membre UE să instituie sisteme de supraveghere a apelor uzate și să se asigure că datele sunt furnizate autorităților sanitare competente. Conform estimărilor CE, implementarea acestei metode putea fi realizată în decursul a 6 luni, având în vedere că stațiile de epurare deja monitorizează o serie de parametri. Mai multe detalii: RECOMANDAREA (UE) 2021/472 A COMISIEI
- Deși există mai multe moduri de implementa MAR, studii recente au demonstrat că monitorizarea genomică a apelor reziduale permite detectarea variantelor SARS-CoV-2 cu cel puțin 2 săptămâni înainte de apariția focarelor.
- În anumite regiuni, ca Marea Britanie, Suedia și Israel, monitorizarea apelor reziduale (MAR) este utilizată de ani de zile ca sistem de avertizare timpurie pentru a identifica și a reduce rapid răspândirea patogenilor, inclusiv norovirusuri, virusurile hepatitei și salmonela, iar mai recent SARS-CoV-2 și poliovirus.
- Persoanele cu infecție COVID-19 elimină particule virale prin fecale, indiferent dacă au sau nu simptome. Atunci când deciziile de sănătate publică se bazează doar pe testarea probelor clinice, apar mulți factori care pot influența acuratețea rezultatelor, de la cei socio-economici și geografici până la proporția persoanelor asimptomatice care nu se testează, dar și faptul că numărul cazurilor care se testează la domiciliu nu este luat în considerare.
- Atât poliovirusul, cât și SARS-CoV-2 au trei caracteristici esențiale, făcându-le candidați optimi pentru supraveghere în apele uzate – sunt excretați în materiile fecale în cantități mari; infectează unele persoane asimptomatic (poliovirusul produce un caz de paralizie la aproximativ la 100 de persoane), rezultând populații nediagnosticate, iar căutarea lor în apele reziduale aduce beneficii majore pentru predicția la nivel de sănătate publică.
La instalațiile de tratare a apelor uzate (stațiile de epurare) ajung și se combină apele reziduale dintr-o întreagă regiune, astfel încât analizele microbiologice de cultură, testarea moleculară prin PCR sau eșantionarea bazată pe metagenomică a unei astfel de probe poate detecta prezența agenților patogeni la nivel de populație, într-o regiune, nu la nivel de cazuri individuale. Însă prezența patogenilor este semnalată înainte ca pacienții să se prezinte la medici cu simptome, oferind timp de pregătire.
Identificarea precisă a virusurilor din probele de apă uzată poate fi o provocare, deoarece pentru a obține o concentrație virală suficientă este necesar să fie prelucrate cantități mari de nămol de epurare. Pentru a îndepărta reziduurile, nămolul este concentrat și curățat prin tehnici de filtrare, floculare, precipitare sau centrifugare, care pot deteriora materialul genetic sau pot provoca acumularea de substanțe care inhibă analizele moleculare precum PCR. Apa reziduală conține, de asemenea, o mulțime de alte bacterii și virusuri care pot confunda rezultatele sau pot duce la rezultate fals pozitive, precum și ADN uman, care la rândul său ridică îngrijorări cu privire la confidențialitate.
Perfecționarea metodelor de extragere a ARN-ului viral din probe de ape reziduale și folosirea unor algoritmi care permit interpretarea informației genomice pot facilita extinderea metodei în programele de sănătate publică de la nivel regional. Pandemia Covid-19 a accelerat fără precedent aceste eforturi. Dintr-o anumită perspectivă, supravegherea apelor uzate este pe cale să devină o parte integrată din strategiile de sănătate publică la nivel mondial – cel puțin 55 de țări monitorizează deja SARS-CoV-2 în apele uzate. În ianuarie 2022, când a fost publicată lucrarea sursă, România nu se afla printre acestea.
Cum au fost anticipate focarele de poliomielită din Marea Britanie
La sfârșitul lunii iunie 2022, autoritățile care efectuează supravegherea apelor uzate în Londra au identificat poliovirusul de mai multe ori consecutiv, ceea ce a indicat un posibil focar și i-a determinat pe oficialii din domeniul sănătății să inițieze campanii de vaccinare de recuperare pentru a preveni infecțiile la persoanele nevaccinate. Ultimul caz de poliomielită sălbatică din UK a fost raportat în 1984, iar Regatul a fost declarat liber de poliomielită în 2003. Până în 2020, cea mai mare parte a lumii a fost considerată de agențiile de sănătate ca fiind liberă de poliovirus. Astfel de declarații contrazic complexitatea epidemiologiei virale și inegalitățile globale în sănătatea publică. În anumite regiuni, ca Pakistan și Afganistan, de exemplu, poliovirusul este încă endemic și există numeroase alte țări în care poliovirusul circulă în mod obișnuit.
Pandemia Covid-19 ne-a arătat că atâta vreme cât un patogen care amenință sănătatea publică circulă oriunde pe pământ, nicio regiune nu este în siguranță – „nobody is safe until everyone is safe”, declara Dr. Angelique Coetzee, medicul din Africa de Sud care a raportat primele cazuri Omicron, în cadrul Conferinței de Medicină Personalizată 2021. Recentele cazuri de poliomielită și variola maimuței întăresc această afirmație. După cum evidențiază focarul de la Londra și cazurile de poliomielită din SUA (unde sute de persoane ar putea fi de asemenea infectate), chiar și regiunile în care boala este puțin probabilă, datorită ratelor ridicate de vaccinare, ar trebui să mențină vigilență în eforturile de screening și imunizare.
Istoria monitorizării apelor uzate – momente cheie
Supravegherea virală a apelor uzate datează din anii 1940, când metodele de analiză a culturilor celulare au fost folosite pentru a monitoriza apele uzate pentru poliomielită și alți agenți patogeni virali. Deoarece mulți patogeni sunt fie dificil, fie imposibil de cultivat, oamenii de știință s-au orientat către tehnici moleculare: hibridizarea cu sonde cADN (ADN complementar – o copie ADN a unei molecule de ARN mesager produsă prin transcriptază inversă, o ADN polimerază) a fost adoptată în anii 1980 pentru a monitoriza apele uzate pentru virusul hepatitei A, iar apoi, în anii 1990, oamenii de știință au început să se îndrepte către metodele mai sensibile de reacție în lanț a polimerazei (PCR), care sunt încă utilizate pe scară largă astăzi.
Totuși, prima boală transmisă prin apă care a fost documentată științific a fost focarul de holeră din 1854 din Broad Street, Londra. Dr. John Snow (părintele epidemiologiei, nu al Winterfell – referință la Game of Thrones) a reușit să convingă oficialii locali de sursa și vehiculul de transmitere a bolii cu decenii înainte ca teoria germenilor să fi fost dovedită.
Supravegherea apelor reziduale a furnizat avertizare timpurie cu privire la virusul hepatitei A și focarele de norovirus (un virus deosebit de contagios, care determină cele mai multe cazuri de gastroenterită) în Suedia în 2013, și a fost creditată în același an cu predicția unui focar de poliomielită paralitică în Israel, determinând autoritățile sanitare israeliene să lanseze o campanie de vaccinare la nivel național.
Citește și:
- State of Innovation 2021. Tehnologiile care au făcut diferența în pandemia Covid-19: noua generație de vaccinuri și funcționalitatea plug-and-play
- State of Innovation 2021. Inovațiile care au făcut diferența în pandemia Covid-19: științele omice
- Esențial Covid-19. Utilizarea metagenomicii ar putea scădea frecvența infecțiilor secundare la pacienții cu forme severe COVID-19