Erik Jepsen
Conclusiones clave
- Analizar las aguas residuales para detectar COVID-19 es una forma eficaz de rastrear posibles brotes.
- Gracias a un método mejorado, este tipo de vigilancia se puede realizar de forma más rápida, eficiente y económica.
- La mejora en el proceso permite analizar docenas de muestras de alcantarillas y plantas de tratamiento de aguas residuales cada día en lugar de solo un puñado.
- Las pruebas rápidas de aguas residuales también pueden usarse para detectar y rastrear otros brotes virales en el futuro.
Al principio de la pandemia, los científicos recurrieron a las aguas residuales como un sistema de alerta para los brotes de COVID-19. El análisis de muestras de aguas residuales para detectar la presencia del virus ha demostrado ser útil para identificar un edificio o un área donde el COVID-19 ya está presente, incluso si los portadores son asintomáticos. El método se ha implementado en todas partes, desde universidades hasta comunidades locales.
Pero este método tiene un defecto importante: su velocidad. Ahora, un equipo de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego (UCSD) ha encontrado una manera de acelerar el proceso de detección y proporcionar datos precisos con mayor rapidez.
El proceso original fue lento porque las muestras de aguas residuales o aguas residuales se diluyen y deben concentrarse, lo que requiere muchos pasos y utiliza muchos recursos, dice a Verywell Smruthi Karthikeyan, PhD, ingeniero ambiental e investigador postdoctoral en la Facultad de Medicina de UCSD. Karthikeyan es el autor principal de un informe del proceso publicado este mes en la revista.mSystems.
Acelerando el proceso
A diferencia de un hisopo nasal, que toma una pequeña muestra de moco, una muestra de aguas residuales de una alcantarilla o de una planta de tratamiento de aguas residuales se diluye después de haber salpicado con todo lo demás que se fue por el desagüe.
Las muestras de aguas residuales deben concentrarse para que el SARS-CoV-2, el virus que causa COVID-19, si está presente, sea más fácil de encontrar. Pero era necesario un método más rápido para concentrar esas muestras y encontrar ARN del virus. Los investigadores estaban específicamente interesados en encontrar un método que pudiera realizarse simultáneamente en muchas muestras y pudiera ofrecer resultados precisos el mismo día.
Para acelerar el proceso, Karthikeyan y su equipo recurrieron a alguna asistencia robótica que ya tenía en su laboratorio. Antes de que comenzara la pandemia, su investigación se centró en el microbioma intestinal, un área de estudio que también involucra el examen de muestras de aguas residuales. Al modificar ese sistema, pudieron extraer rápidamente ARN de las muestras de aguas residuales y ejecutar una reacción en cadena de la polimerasa (PCR) para buscar genes característicos de COVID-19.
En los sistemas que antes se utilizaban para la vigilancia de aguas residuales, las muestras de agua se concentraban mediante métodos de filtración o precipitación, lo que requería tiempo y muchos recursos para realizar las pruebas.
En cambio, este sistema de alto rendimiento utiliza perlas magnéticas que se unen preferentemente a partes del virus, explica Karthikeyan. Luego, el procesador robótico recoge las perlas con un cabezal magnético, dejando todo lo demás atrás.
"De esta manera, selecciona solo el virus y no recoge toda la basura", dice. "Aumenta sus posibilidades de encontrar el virus incluso en un sistema diluido". Luego, las muestras concentradas se analizan para detectar tres objetivos genéticos diferentes en el genoma de COVID-19 mediante pruebas de PCR.
¿Qué es el cribado de alto rendimiento?
El cribado de alto rendimiento utiliza equipos automatizados para analizar rápidamente miles o millones de muestras en busca de actividad biológica a nivel de organismo, celular, vía o molecular.
El sistema mejorado aumenta enormemente la velocidad de las pruebas.
“[Anteriormente] no podía hacer más de 10 muestras en un día. Me tomó horas hacer lo mismo ”, dice Karthikeyan. "Con esto, podemos hacer 120 muestras en 4,5 horas desde la recepción de la muestra hasta la detección de PCR real".
Este proceso tiene el beneficio adicional de ser más económico, ya que requiere menos recursos y menos personas para ejecutar las pruebas, agrega. La prueba se puede realizar en muestras de aguas residuales de hasta 10 mililitros de volumen.
La precisión de los resultados con este método también es alta. Las pruebas rápidas permiten a los investigadores predecir lo que sucederá con la propagación de COVID-19 con una semana de anticipación con buena precisión y con tres semanas de anticipación con bastante precisión, según un comunicado de la Facultad de Medicina de UCSD.
Lo que esto significa para ti
La vigilancia de las aguas residuales para COVID-19 es un recordatorio de que el virus puede propagarse incluso cuando las personas no experimentan síntomas. Es importante seguir tomando las precauciones de seguridad necesarias, como usar una máscara, distanciarse socialmente y lavarse las manos para mantenerse a sí mismo y a su comunidad seguros.
Una história de éxito
Las pruebas de aguas residuales de dormitorios y otros edificios en UCSD se han realizado desde julio de 2020. Un equipo dirigido por Rob Knight, PhD, profesor y director del Centro para la Innovación del Microbioma en UCSD, descubrió la técnica.
Un mes después de que la escuela comenzara a vigilar las aguas residuales, detectaron un caso asintomático positivo y la universidad pudo enviar alertas a las personas en los edificios afectados. Esto facilitó la realización de pruebas específicas de individuos en un área determinada en lugar de intentar evaluar a todos en el campus. Los resultados de la selección ahora están disponibles en un panel público.
Otras universidades, como la Universidad de Arizona, están utilizando pruebas de aguas residuales para rastrear la propagación de COVID-19. La ciudad de Nueva York incluso monitorea COVID-19 en muestras de sus 14 plantas de tratamiento de aguas residuales.
El sistema UCSD permite que se analicen más muestras de agua rápidamente, lo que les da a los funcionarios de salud pública un vistazo a la propagación del virus antes de que las personas puedan estar clínicamente enfermas. "No creo que nadie lo esté haciendo en una escala como esta", dice Karthikeyan.
El sistema que se utiliza en UCSD puede detectar incluso un solo caso de COVID-19 en un edificio con más de 400 residentes. En una población joven, como el cuerpo estudiantil de UCSD, las personas infectadas a menudo son asintomáticas, pero aún están diseminando el virus, dice Karthikeyan. Para cuando un portador asintomático se vuelve sintomático o transmite el virus a alguien que muestra síntomas de infección, el virus podría haberse propagado exponencialmente.
Karthikeyan y sus colegas actualmente están analizando muestras de aguas residuales para el condado de San Diego. La planta de tratamiento de aguas residuales en Point Loma procesa las aguas residuales de más de 2,2 millones de personas, lo que permite recolectar muestras en un solo lugar para toda el área de servicio. Es difícil y costoso realizar pruebas del virus en toda la población, pero el uso de pruebas de aguas residuales como técnica de vigilancia permite a los funcionarios de salud pública delimitar las áreas donde las pruebas son cruciales.
El condado de San Diego quiere que el equipo de UCSD no solo detecte el virus, sino que también secuencie el genoma del virus para ver qué variantes del virus pueden estar circulando, dice Karthikeyan. “Ahora vamos a realizar una secuenciación del genoma a gran escala”, añade.
Este tipo de vigilancia de aguas residuales se puede adaptar para llevar a cabo la vigilancia de cualquier virus que se elimine en las heces, dice Karthikeyan, y agrega que podría usarse en muchos tipos de epidemias de enfermedades infecciosas y podría ayudar a detectar futuras pandemias antes.
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