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Ingenieros que diseñan pruebas de aguas residuales SARS-COV-2 más receptivas para monitorear la propagación de COVID-19


Los inspectores ambientales del Departamento de Servicios Ambientales de la Ciudad de San José, Isaac Tam y Laila Mufty, instalan un muestreador automático en una boca de inspección en la Planta Regional de Aguas Residuales de San José – Santa Clara. Crédito: Departamento de Servicios Ambientales de la Ciudad de San José

Identificar con precisión los cambios en la comunidad COVID-19 Las infecciones a través de la vigilancia de las aguas residuales se están acercando a la realidad. Un nuevo estudio, publicado en Ciencia y tecnología ambiental, identifica un método que no solo detecta el virus en muestras de aguas residuales, sino que también rastrea si las tasas de infección aumentan o disminuyen.

La prueba de las aguas residuales, una fuente sólida de COVID-19 cuando los infectados eliminan el virus en sus heces, podría usarse para un seguimiento más receptivo y para complementar la información en la que confían los funcionarios de salud pública al evaluar los esfuerzos para contener el virus, como medidas mejoradas de salud pública y incluso vacunas cuando estén disponibles.

La prueba funciona identificando y midiendo material genético en forma de ARN de SARS-COV-2, el virus que causa COVID-19. “Este trabajo confirma que las tendencias en las concentraciones de SARS-CoV-2 RNA en aguas residuales con tendencias de nuevas infecciones por COVID-19 en la comunidad. Los datos sobre aguas residuales complementan los datos de las pruebas clínicas y pueden proporcionar información adicional sobre las infecciones por COVID-19 en las comunidades ”, dijo la coautora principal Alexandria Boehm, profesora de ingeniería civil y ambiental de Stanford.

Mientras EE. UU. Lidia con tasas de transmisión diarias récord, obtener más información para rastrear los aumentos repentinos e informar las políticas de salud pública en las comunidades locales sigue siendo clave para controlar el virus mortal. El COVID-19 puede ser particularmente difícil de rastrear, y muchos casos asintomáticos o leves pasan desapercibidos. Aquellos que se hacen la prueba aún pueden transmitir la infección antes de recibir los resultados de la prueba, lo que inhibe la identificación, el tratamiento y el aislamiento rápidos para retrasar la propagación. Una identificación más rápida de los picos de casos podría permitir a los funcionarios locales actuar más rápidamente antes de que la enfermedad alcance un punto de inflexión crucial donde la transmisión se vuelve difícil de contener y las hospitalizaciones abruman el sistema de salud local.

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El seguimiento de COVID-19 a través de la vigilancia de ARN en las aguas residuales está ganando fuerza en todo el país y podría alertar a los responsables de la toma de decisiones sobre posibles brotes días antes de que las personas reconozcan los síntomas del virus. El ARN viral puede aislarse de las aguas residuales en las instalaciones de tratamiento de aguas residuales e identificarse mediante un proceso de recuperación complicado y altamente técnico, y las cantidades relativas en las aguas residuales se correlacionan con el número de casos. Cualquiera que tenga un inodoro conectado a un sistema de alcantarillado podría estar depositando estas muestras biológicas de manera regular, lo que hace que el muestreo de aguas residuales sea una fuente inclusiva de información sobre COVID-19 en una comunidad.

Con esto en mente, los investigadores buscaron avanzar en la efectividad y exactitud de vigilancia de aguas residuales para COVID-19 al comparar la capacidad de detectar el virus en dos formas de aguas residuales: un afluente principalmente líquido o un sólido sedimentado (sedimento depositado en un tanque). La mayor parte de la investigación actual se centra en muestras de influyentes; sin embargo, el equipo señala que muchos virus tienen afinidad por los sólidos y esperan concentraciones más altas del virus en estas muestras, lo que podría mejorar la detección y la coherencia.

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Los investigadores encontraron que las muestras sólidas sedimentadas tenían concentraciones más altas y una mejor detección de SARS-CoV-2 en comparación con las versiones líquidas. “Estos resultados confirmaron nuestro pensamiento inicial de que apuntar a los sólidos en las aguas residuales conduciría a mediciones sensibles y reproducibles de COVID-19 en una comunidad. Esto significa que podemos rastrear tendencias al alza cuando los casos aún son relativamente bajos ”, dijo la coautora principal Krista Wigginton, profesora asociada de ingeniería civil y ambiental de la Universidad de Michigan. Wigginton y Boehm codirigen la investigación.

Luego, los investigadores analizaron alrededor de 100 muestras sólidas sedimentadas de la Instalación Regional de Aguas Residuales de San José-Santa Clara desde mediados de marzo hasta mediados de julio de 2020, contando las cifras de concentración diaria. Utilizando modelos estadísticos, compararon estas concentraciones con los casos confirmados de COVID-19 proporcionados por el condado. Sus resultados rastrearon la tendencia de los casos del condado, disminuyendo tanto en mayo como en junio y alcanzando su punto máximo en julio.

La investigación presenta una posible forma de identificar nuevos brotes, encontrar puntos críticos, confirmar la disminución de casos e informar las intervenciones de salud pública. A medida que las escuelas vuelvan a abrir, los distritos podrían implementar la tecnología para identificar si la circulación del virus en la comunidad está disminuyendo. También tiene el potencial de ser utilizado en áreas que carecen de recursos para pruebas clínicas individuales sólidas, como los sitios de pruebas en Illinois que, según se informa, cerraron temprano después de quedarse sin pruebas.

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Todavía hay información necesaria para comprender mejor las limitaciones de las pruebas de aguas residuales y mejorar lo que se puede obtener, señalan los investigadores. La tasa de descomposición del virus en las aguas residuales, la extensión y el cronograma de la diseminación de ARN viral cuando las operaciones de enfermedades y las diversas plantas de aguas residuales tienen el potencial de impactar los resultados. Los estudios futuros sobre estos factores podrían conducir a una mejor comprensión de las tendencias de los casos.

El equipo está lanzando un nuevo piloto este mes para muestrear hasta ocho plantas de tratamiento de aguas residuales en California diariamente, con un tiempo de respuesta de 24 horas. El objetivo del piloto es comprender mejor qué tipos de datos casi en tiempo real son útiles para los funcionarios de salud pública. La implementación de los métodos y el marco desarrollados por el equipo y el estudio piloto también podrían usarse en el futuro para monitorear las aguas residuales en busca de patógenos más allá de COVID-19 que circulan dentro de las comunidades.

Referencia: 7 de diciembre de 2020, Ciencia y tecnología ambiental.
DOI: 10.1021 / acs.est.0c06191

Boehm también es investigador principal del Instituto Stanford Woods para el Medio Ambiente y afiliado al Programa Stanford sobre Agua, Salud y Desarrollo. Los autores adicionales son: Katherine Graham, Stephanie Loeb, Marlene Wolfe, Sooyeol Kim, Lorelay Mendoza y Laura Roldan-Hernandez, Ingeniería Civil y Ambiental de Stanford; David Catoe, Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC; Nasa Sinnott-Armstrong, Escuela de Medicina de Stanford; Kevan Yamahara, Instituto de Investigación del Acuario de la Bahía de Monterey; Lauren Sassoubre, Universidad de San Francisco, Ingeniería; Linlin Li, Departamento de Salud Pública del Condado de Santa Clara; Kathryn Langenfeld, Universidad de Michigan, Ingeniería Civil y Ambiental.

Payal Sarkar, Noel Enoki y Casey Fitzgerald del Departamento de Servicios Ambientales de la Ciudad de San José también contribuyeron al proyecto.

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