Erik Jepsen
Principais vantagens
- Testar águas residuais para COVID-19 é uma forma eficaz de rastrear surtos potenciais.
- Graças a um método aprimorado, esse tipo de vigilância pode ser feito de forma mais rápida, eficiente e econômica.
- A melhoria no processo permite que dezenas de amostras de esgotos e estações de tratamento de esgoto sejam testadas todos os dias, em vez de apenas um punhado.
- O teste rápido de efluentes também pode ser usado para detectar e rastrear outros surtos virais no futuro.
No início da pandemia, os cientistas usaram as águas residuais como um sistema de alerta para surtos de COVID-19. Testar amostras de águas residuais para a presença do vírus provou ser útil para identificar um edifício ou área onde COVID-19 já está presente, mesmo se os portadores são assintomáticos. O método foi implementado em todos os lugares, desde faculdades até comunidades locais.
Mas esse método tem uma falha significativa: sua velocidade. Agora, uma equipe da Escola de Medicina da Universidade da Califórnia em San Diego (UCSD) encontrou uma maneira de acelerar o processo de detecção e fornecer dados precisos mais rapidamente.
O processo original era lento porque as amostras de águas residuais ou de esgoto são diluídas e devem ser concentradas, o que leva muitas etapas e usa muitos recursos, disse Smruthi Karthikeyan, PhD, engenheira ambiental e pesquisadora de pós-doutorado na UCSD School of Medicine, a Verywell. Karthikeyan é o autor principal de um relatório do processo publicado este mês na revista.mSystems.
Acelerando o Processo
Ao contrário de um cotonete nasal, que coleta uma pequena amostra de muco, uma amostra de água residual de um esgoto ou estação de tratamento de esgoto é diluída depois de ser espalhada com tudo o mais que foi pelo ralo.
As amostras de águas residuais precisam ser concentradas para que o SARS-CoV-2, o vírus que causa o COVID-19, se presente, seja mais fácil de encontrar. Mas havia a necessidade de um método mais rápido para concentrar essas amostras e encontrar o RNA do vírus. Os pesquisadores estavam especificamente interessados em encontrar um método que pudesse ser feito simultaneamente em muitas amostras e que pudesse fornecer resultados precisos no mesmo dia.
Para acelerar o processo, Karthikeyan e sua equipe recorreram a alguma assistência robótica que ela já tinha em seu laboratório. Antes do início da pandemia, sua pesquisa se concentrava no microbioma intestinal, uma área de estudo que também envolve o exame de amostras de esgoto. Ao modificar esse sistema, eles foram capazes de extrair rapidamente o RNA das amostras de águas residuais e executar uma reação em cadeia da polimerase (PCR) para pesquisar genes de assinatura de COVID-19.
Em sistemas usados anteriormente para vigilância de águas residuais, as amostras de água eram concentradas usando métodos de filtração ou precipitação, o que demandava tempo e muitos recursos para os testes.
Em vez disso, esse sistema de alto rendimento usa esferas magnéticas que se ligam preferencialmente a bits do vírus, explica Karthikeyan. O processador robótico então pega as contas usando uma cabeça magnética, deixando todo o resto para trás.
“Dessa forma, você seleciona apenas o vírus e não pega todo o lixo”, diz ela. “Isso aumenta suas chances de encontrar o vírus, mesmo em um sistema diluído.” As amostras concentradas são então testadas para três alvos de genes diferentes no genoma COVID-19 usando o teste de PCR.
O que é a triagem de alto rendimento?
A triagem de alto rendimento usa equipamento automatizado para testar rapidamente milhares a milhões de amostras quanto à atividade biológica no organismo, celular, via ou nível molecular.
O sistema aprimorado aumenta muito a velocidade do teste.
“[Anteriormente] eu não conseguia fazer mais do que 10 amostras por dia. Levei horas para fazer a mesma coisa ”, diz Karthikeyan. “Com isso, podemos fazer 120 amostras em 4,5 horas, desde o recebimento da amostra até a detecção de PCR real.”
Esse processo tem o benefício adicional de ser mais barato, pois requer menos recursos e menos pessoas para executar o teste, acrescenta ela. O teste pode ser feito em amostras de águas residuais de até 10 mililitros de volume.
A precisão dos resultados com este método também é alta. O teste rápido permite que os pesquisadores prevejam o que acontecerá com a disseminação do COVID-19 uma semana antes com boa precisão e três semanas antes com razoável precisão, de acordo com um comunicado da UCSD School of Medicine.
O que isso significa para você
A vigilância de águas residuais para COVID-19 é um lembrete de que o vírus pode se espalhar mesmo quando os indivíduos não apresentam sintomas. É importante continuar tomando as precauções de segurança necessárias, como usar uma máscara, distanciar-se socialmente e lavar as mãos para manter você e sua comunidade seguros.
Uma história de sucesso
O teste de águas residuais de dormitórios e outros edifícios na UCSD está em andamento desde julho de 2020. Uma equipe liderada por Rob Knight, PhD, professor e diretor do Centro para Inovação de Microbiome da UCSD, descobriu a técnica.
Um mês depois que a escola começou a fiscalizar as águas residuais, eles detectaram um caso positivo assintomático e a universidade conseguiu enviar alertas para as pessoas nos prédios afetados. Isso facilitou o teste direcionado de indivíduos em uma determinada área, em vez de tentar testar todos no campus. Os resultados da triagem agora estão disponíveis em um painel público.
Outras universidades, como a Universidade do Arizona, estão usando testes de águas residuais para rastrear a disseminação do COVID-19. A cidade de Nova York até monitora COVID-19 em amostras de suas 14 estações de tratamento de águas residuais.
O sistema UCSD permite que mais amostras de água sejam testadas rapidamente, dando às autoridades de saúde pública uma visão da disseminação do vírus antes que as pessoas possam ficar clinicamente doentes. “Não acho que alguém esteja fazendo isso em uma escala como esta”, diz Karthikeyan.
O sistema em uso na UCSD pode detectar até mesmo um caso de COVID-19 em um prédio com mais de 400 residentes. Em uma população jovem, como o corpo estudantil da UCSD, as pessoas infectadas costumam ser assintomáticas, mas ainda estão espalhando o vírus, diz Karthikeyan. No momento em que um portador assintomático se torna sintomático ou espalha o vírus para alguém que apresenta sintomas de infecção, o vírus pode ter se espalhado exponencialmente.
Karthikeyan e seus colegas estão testando amostras de águas residuais para o condado de San Diego. A estação de tratamento de águas residuais em Point Loma processa esgoto para mais de 2,2 milhões de pessoas, permitindo que as amostras sejam coletadas em um único local para toda a área de serviço. É difícil e caro conduzir testes para o vírus em toda a população, mas o uso de testes de águas residuais como uma técnica de vigilância permite que as autoridades de saúde pública restrinjam as áreas onde os testes são cruciais.
O condado de San Diego quer que a equipe da UCSD não apenas detecte o vírus, mas também sequencie o genoma do vírus para ver quais variantes do vírus podem estar circulando, diz Karthikeyan. “Agora vamos fazer o sequenciamento do genoma em grande escala”, acrescenta.
Este tipo de vigilância de águas residuais pode ser adaptado para conduzir a vigilância de qualquer vírus que seja eliminado nas fezes, diz Karthikeyan, acrescentando que pode ser usado em muitos tipos de epidemias de doenças infecciosas e pode ajudar a detectar futuras pandemias mais cedo.
