Rastreando el SARS-CoV-2 en las aguas residuales



27/08/2020
Archivado en: Agua , Nº 223 Mayo/Junio 2020

Por Victoria Toro, RETEMA


 

"A mitad de febrero leímos que el virus se excretaba por las heces y nos preocupó que pudiera ser un riesgo, por ejemplo, para el personal de las plantas depuradoras”, así cuenta Pedro Simón, responsable técnico de ESAMUR, la entidad de saneamiento y aguas residuales de la Región de Murcia, como empezó todo. Hay que recordar que en ese momento, mitad del mes de febrero, solo se habían detectado dos casos en España, el primero de ellos el 31 de enero en la isla canaria de La Gomera fue el positivo de un ciudadano alemán que acabada de llegar de vacaciones y el segundo, nueve días después, el de un ciudadano británico que acababa, también, de llegar a Mallorca. Fue entonces, cuando el nombre del patógeno que iba a cambiarnos la vida era todavía el común coronavirus, el momento en el que en ESAMUR tuvieron la idea de recoger muestras de las aguas residuales para comprobar si contenían coronavirus.

En un momento en el que las autoridades sanitarias habían detectado un número de casos muy bajo las aguas residuales mostraban, sin embargo, que el virus estaba circulando

“La primera muestra la recogimos el día 12 de marzo cuando aquí, en Murcia, las autoridades no habían detectado más que a 8 o 9 personas contagiadas y cuando faltaban todavía dos días para que comenzara el estado de alarma”, recuerda Pedro Simón para RETEMA. La razón por la que pasaron varias semanas entre la decisión de buscar el SARS-CoV-2 en las aguas residuales y la toma de las primeras muestra es, como explica Simón, que “tuvimos que contactar con gente que hiciera el análisis necesario para saber si ahí se encontraba o no el coronavirus porque nosotros nos dedicamos a depurar agua pero no a hacer pruebas tan específicas como las PCR”. Los responsables de ESAMUR se pusieron en contacto con el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) para formar un equipo capaz de llevar adelante ese trabajo. “Lo primero que comentamos, antes de que empezara el análisis de las muestras fue “aquí no va a salir nada”. Pensábamos así porque en Murcia no había más de 8 o 9 personas declaradas como positivas por las autoridades sanitarias”, asegura Pedro Simón. Para su enorme sorpresa, y también alarma, “no en todas las depuradoras pero sí en varias ya entonces detectamos el SARS-CoV-2 en las aguas residuales de Murcia”. Es muy importante retener este dato: en un momento en el que las autoridades sanitarias habían detectado un número de casos muy bajo las aguas residuales mostraban, sin embargo, que el virus estaba circulando. 

Los investigadores del laboratorio del IATA-CSIC y los técnicos de ESAMUR decidieron poner en marcha un sistema de alerta temprana de rebrotes tras los análisis pioneros realizados en las aguas residuales al principio de la pandemia de la COVID-19.

“Comprobamos que en las salidas del secundario y del terciario de nuestras plantas ya no encontrábamos nada, en esas aguas no había rastro del virus. Eso nos dejó más tranquilos como también que todos los informes decían que el material genético que sí se detectaba en las aguas antes de su tratamiento no era infectivo” afirma Simón. Los investigadores del laboratorio que hacía las pruebas y los técnicos de ESAMUR que recibían los resultados fueron más lejos. Se preguntaron cómo podían utilizar el hallazgo que habían hecho, de qué podía servir que en las aguas residuales se detectara el virus antes que en la población. Y su respuesta fue que con esa premisa podía ponerse a punto un sistema de alerta temprana de rebrotes de la pandemia de la COVID-19.

Al frente del equipo científico encargado de analizar las muestras recogidas por ESAMUR está Gloria Sánchez, investigadora del Instituto de Agroquímica y Tecnología de los alimentos IATA-CSIC, “Lo que vimos –explica Gloria Sánchez para RETEMA- es que éramos capaces de detectar restos genéticos del SARS-CoV-2 en aguas residuales de determinadas poblaciones antes de que en esas poblaciones hubiera casos diagnosticados”. El proyecto en el que trabaja ahora Sánchez es el de poner a punto la metodología necesaria para detectar el SARS-Cov-2 y que esa herramienta pueda ser utilizada por cualquier organismo interesado como alarma temprana de rebrotes. “Va a ser una herramienta más que no viene a sustituir a ninguna otra -asegura Gloria Sánchez-. La idea es que las autoridades sanitarias la utilicen en combinación con las otras con las que cuentan, pruebas PCR, rastreadores, etc…”.

Muestras de agua para analizar la presencia de virus en el laboratorio del Instituto de Agroquímica y Tecnología de los alimentos IATA-CSIC.

 

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Entrevista. Pedro Simón, responsable técnico de ESAMUR

 

“Con este virus no es necesaria ninguna medida especial de desinfección en las depuradoras”

 

Una cuestión que podría preocupar es la de si la presencia del virus en aguas residuales puede suponer algún peligro para la población. Pedro Simón, responsable técnico de ESAMUR, la entidad de saneamiento y aguas residuales de la región de Murcia que comenzó en España las recogida de muestras para investigar si había o no virus en ellas, lo descarta totalmente.

P: ¿Cómo se eliminan normalmente los virus en las depuradoras?

R: Los virus, como cualquier patógeno, se eliminan mediante los sistemas de desinfección que existen en las depuradoras que reutilizan el agua. Los patógenos habituales que encontramos en aguas residuales pertenecen a cuatro grupos: bacterias, virus, protozoos y nemátodos. Cada uno tiene unos sistemas que son más efectivos que otros. Los sistemas más habituales de desinfección son los derivados del cloro, normalmente, hipoclorito sódico normalmente; radiación ultravioleta (UV) y membranas, principalmente de ultrafiltración. En el funcionamiento habitual de una depuradora ya se eliminan muchos, pero no suficientes si quieres reutilizar ese agua con total garantía.

P: ¿No son todos igual de resistentes?

R: No. Los nemátodos prácticamente desaparecen pero los otros grupos sí necesitan un sistema de desinfección. Las bacterias son los más débiles y se eliminan con cualquiera de los tres sistemas bastante bien. Los virus son más complicados, para ellos son efectivos los UV, con dosis relativamente altas y membranas de ultrafiltración. Con los derivados del cloro se necesitarían dosis tan altas que lo hacen habitualmente inviable y no conveniente. Y para protozoos los derivados del cloro tampoco son efectivos, lo mejor son las membranas y radiación UV.

P: Y con el SARS-CoV-2 que provoca la covid-19 ¿han tenido que tomar alguna medida especial?

R: Lo más importante en el caso del coronavirus SARS-CoV-2 es que lo que se está detectando son trozos del material genético, pero el virus como tal y con capacidad infectiva, y en base a todos los estudios científicos que se han hecho, no está en las aguas residuales.

P: ¿Por qué es así?

R: Este virus tiene muy difícil su supervivencia fuera de su medio. Incluso en las heces es muy difícil encontrar el virus con capacidad infectiva porque los líquidos del intestino lo destruyen. La gran mayoría de estudios que han intentado aislar el virus de las heces y cultivarlo han fracasado precisamente porque es muy difícil su supervivencia. Los trozos de material genético medidos en las aguas residuales sólo representan información de que hay personas contagiadas con virus, pero para nada que ese virus pueda ser dañino.

P: Entonces, ¿no es necesario tomar medidas especiales a la hora de depurar el agua que contiene esos fragmentos de SARS-CoV-2?

R: No, con este virus en concreto no hay que tomar ninguna medida especial de desinfección en las depuradoras. Además según nuestros resultados, en muestras cogidas antes del sistema de desinfección ya no hemos encontrado ni siquiera material genético, puesto que al fin y al cabo ese material genético sólo es comida para otros microorganismos.


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De millones de litros a una gota

Todos hemos aprendido en estos últimos meses que para hacer una PCR hay que recoger una pequeña muestra de células epiteliales en un hisopo. Pero ¿cómo se hace una PCR al agua? “Como el volumen de la muestra de aguas residuales es muy grande, primero necesitamos hacer un proceso de concentración por el que lo reducimos a un volumen semejante a lo que sería una muestra clínica –explica Gloria Sánchez-, y a partir de ahí, de ese concentrado del agua, hacemos lo mismo que haríamos con la muestra clínica: extraer el material genético del virus y detectarlo mediante la técnica de RT qPCR”. 

Aunque se ha popularizado enormemente el nombre de la prueba PCR, en realidad no es una PCR lo que se usa para detectar al SARS-CoV-2 sino la llamada RT qPCR ya que el SARS-CoV2- no tiene ADN, que es el material genético que se detecta con la PCR, sino ARN. Y en este caso se necesita un paso más para convertir ese ARN en ADN que pueda analizarse.

El análisis de las aguas residuales permite detectar el virus antes de que se diagnostiquen casos de infección en la población. La excreción del virus en las heces comienza en el minuto 0 de la infección

Esas microgotas de agua concentrada que se analizaban desde el 12 de marzo mostraron la presencia de coronavirus cuando ni siquiera los técnicos de ESAMUR lo imaginaban. La explicación a por qué se detecta antes en las aguas residuales de que se diagnostiquen casos de infección en la población está en las propias características de la enfermedad COVID-19: desde que una persona se infecta hasta que empieza a mostrar síntomas, y por lo tanto puede ser detectado por las autoridades sanitarias, pasan una media de entre siete y diez días pero la excreción del virus en las heces comienza en el minuto 0 de la infección; y además, se ha visto ya aunque se desconoce el porcentaje, que muchas de las personas infectadas son asintomáticas, es decir, sí tienen el virus pero no muestran ningún síntoma. Estas personas son difícilmente detectables por el sistema sanitario pero, sin embargo, muchas de ellas sí excretan el virus en sus heces por los que sí son detectables por el método de análisis de las aguas residuales.

Investigadores del grupo liderado por Gloria Sánchez del Instituto de Agroquímica y Tecnología de los alimentos IATA-CSIC, trabajando en el análisis de muestras de aguas resiales en busca de presencia de SARS-CoV-2.

 

A principios de marzo, también las cosas se movían en GAMASER, el laboratorio y entidad de inspección de Global Omnium en Valencia. “Cuando supimos que laboratorios de Holanda y también en Murcia habían detectado que el virus se excretaba por las heces y que podía encontrarse en las aguas residuales decidimos empezar un proyecto para buscarlo también nosotros en las aguas de Valencia”, explica a RETEMA Juanfran Maestre, responsable del laboratorio GAMASER y director de servicios de Global Omnium. Desde GAMASER contactaron con el CSIC para pedirles “la receta”. “Necesitábamos que nos dijeran qué debíamos buscar para saber si las aguas residuales contenían o no SARS-CoV-2”, continúa Maestre. Según el responsable del laboratorio de Global Omnium, las primeras semanas fueron complicadas: “En el mes de marzo todo era un caos en cuanto a poder disponer de reactivos, el mercado estaba roto y hasta que no nos llegaron no pudimos hacerlo, pero ya a principios de abril lo pusimos en marcha con el CSIC, validado por ellos. Tomando una muestra en la red de alcantarillado fuimos capaces de detectar cuantas unidades genómicas por litro de agua había, es decir que fuimos capaces de cuantificar la carga vírica de las aguas residuales”. 

 

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Entrevista. Juanfran Maestre, responsable del laboratorio GAMASER y director de servicios de Global Omnium

 

“En 2017 vimos que un posible contaminante emergente que podía llegar a ser un problema eran los virus”

 

Una de las razones por las que la monitorización del sistema de aguas residuales puede acabar siendo un método de alerta temprana para rebrotes de la covid-19 es que no ha sido necesario empezar desde cero. Investigadores y laboratorios llevan años preparándose para rastrear los virus. Un ejemplo perfecto de las ventajas de estar prevenido es la experiencia previa que tenían en GAMASER, el laboratorio y entidad de inspección de Global Omnium, como explica en esta entrevista su responsable Juanfran Maestre.

P: ¿Ustedes en GAMASER ya tenían experiencia en el rastreo de virus en aguas residuales?

R: Nosotros nos dedicamos a monitorizar la calidad del agua y eso está bajo legislación. La legislación te da los parámetros que tienes que ir analizando en función del agua del que se trate. Pero todos los laboratorios, nosotros no somos la excepción, vamos un poco por delante, buscamos también los contaminantes emergentes que no están legislados pero sobre los que se intuye que a futuro pueden llegar a ser un problema ambiental o sanitario, por ejemplo ahora se están empezando a trabajar los microplásticos. Pero en 2017 lo que vimos que era un posible contaminante emergente que podía llegar a ser un problema sanitario eran los virus. 

P: ¿Habitualmente no se buscan virus en las aguas residuales?

R: Virus como el de la gripe o el de la hepatitis no se analizan normalmente en las aguas. Pero en 2017 nosotros decidimos que nos interesaba hacerlo, contactamos con el Consejo Superior de Investigaciones Científica (CSIC) y establecimos un convenio de colaboración para trabajar de forma conjunta. La clave era que nuestra gente se formase para saber cómo extraer una muestra, cómo extraer el ARN o cómo utilizar una PCR con virus porque nosotros sí las usábamos antes con bacterias pero nunca lo habíamos hecho con virus. Se trataba de formar a nuestro personal y tener el equipamiento necesario para poder trabajar con virus. Entre 2017 y 2019 estuvimos trabajando con norovirus que es un virus que produce gastroenteritis y con el virus de la hepatitis A.

P: ¿Para qué les ha servido en el caso del SARS-CoV-2 esa experiencia previa con virus?

R: Pues nos dio la base. Ahora, cuando aparece el coronavirus, primero debe haber alguien que haga la secuenciación del genoma del virus, los investigadores, pero a partir de ahí, ellos te dan como la receta, es decir, te dicen qué tienes que buscar, qué parte del genoma. Y esa receta unida a nuestra preparación previa nos sirvió para que en cuanto tuvimos los reactivos, como ya teníamos el personal formado y el equipamiento necesario, solo necesitamos ponerlo a punto y comprobar que los resultados que veíamos eran acordes a lo que se estaba obteniendo en otros sitios. Sin esa formación previa y sin ese equipamiento hubiéramos tardo meses o años. Después de nuestro trabajo de estos últimos meses hay otras empresas e instituciones que están ahora muy interesadas en que les ayudemos a implantar la metodología.


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Confinamiento y desescalada

Tanto en GAMASER como en el resto de los laboratorios que han estado monitorizando las aguas residuales durante estos meses han pasado de detectar una gran carga vírica durante los meses de marzo y abril a ver que prácticamente el virus desaparecía ya al final de mayo y principios de junio. “El resultado del confinamiento –explica Juanfran Maestre- consiguió que disminuyera mucho y en la desescalada había ya muchos días que no se detectaba nada. Pero ahora el trabajo es continuar tomando esas muestras para en el momento en el que se vuelva detectar, si vuelve a detectarse, dar la voz de alarma y ver dónde está el foco para que las autoridades tengan la información”.

El presidente de la Generalitat Valenciana, Ximo Puig, en una visita al laboratorio de Control de Calidad de Agua de Global Omnium, GAMASER, para conocer de primera mano la evolución de las investigaciones realizadas en busca de coronavirus en las aguas residuales. A la izquierda de la foto, Juanfran Maestre, responsable del laboratorio de GAMASER y director de servicios de Global Omnium, explica los avances realizados.

 

En el otro extremo de España, en Galicia, comenzaba también a principios de abril el mismo proceso. En A Coruña, la depuradora de Bens decidía iniciar la monitorización de las aguas residuales de una población de alrededor de 450.000 personas. Al frente de la parte científica de ese proyecto está Margarita Poza, profesora de la Universidade da Coruña e investigadora del Grupo de Microbiología del Instituto de Investigación Biomédica de A Coruña (Inibic). Lo interesante de estos proyectos de monitorización de las aguas residuales es, según explica a RETEMA Margarita Poza que “si vemos que sube el nivel de virus, podemos ir separando las aguas, porque ya lo están, y localizar dónde están las personas infectadas, podemos rastrear el alcantarillado y dar finalmente con el foco”. No es posible localizar el foco exacto, es decir, la vivienda de la que proceden los virus pero sí acercarse lo suficiente como para facilitar enormemente el trabajo de las autoridades sanitarias. 

Un aspecto que hace muy interesante a estos proyectos de monitorización es que si se detecta un aumento en la carga vírica, se puede incluso localizar la zona donde están las personas infectadas por la procedencia de las aguas residuales

La razón de que no se pueda lograr esa precisión no es una imposibilidad técnica sino de presupuesto: “Los mostradores son unos aparatos que se conectan al alcantarillado y que recogen muestras según los programes, -explica Poza- puedes coger una muestra integrada y representativa durante 24 horas o solo de dos horas, etc… Van sorbiendo agua, luego la mezclan y te proporciona una mezcla representativa del tiempo que tú le programes. Para poder localizar el foco exacto necesitarías un mostrador en cada casa y esto no es posible por una cuestión de dinero. Está limitado en este sentido pero sí puedes rastrear barrios o focos determinados, es decir, puedes acercarte todo lo que te permita tu infraestructura”.

El equipo liderado por Marga Poza, profesora de la Universidade da Coruña e investigadora del Grupo de Microbiología del Instituto de Investigación Biomédica de A Coruña (Inibic), ha monitorizado las aguas residuales de una población de alrededor de 450.000 personas recibidas en la depuradora de Bens para conocer la evolución real de la epidemia.

 

Más allá de la alerta temprana

Las aguas residuales pueden servir de alerta temprana de rebrotes gracias a estos proyectos pero también han servido, por ejemplo, para saber que el SARS-CoV-2 ya estaba circulando en el mes de enero. Eso ha sido posible porque los laboratorios que analizan las aguas residuales guardan muestras de esas aguas congeladas. Una investigación de la Universidad de Barcelona y la empresa Aguas de Barcelona ha encontrado el virus en muestras de agua del 15 de enero, 41 días antes de que se detectara el primer positivo. Y no solo eso.

Las aguas residuales pueden servir de alerta temprana de rebrotes gracias a los proyectos que se están desarrollando pero también han servido, por ejemplo, para saber que el SARS-CoV-2 ya estaba circulando en  enero gracias a muestras congeladas de agua

Pilar Domingo-Calap, investigadora del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas de la Universitat de València está dirigiendo varios proyectos relacionados con el coronavirus y las aguas fecales. Uno de ellos se centra en secuenciar el genoma de los virus encontrados en las aguas residuales. “Está ya publicada la secuenciación del virus en esputos de personas que han dado positivo y nosotros queremos comparar esa secuenciación con la que encontremos en las aguas que estamos analizando. La diferencia es que en estas aguas también están los virus que proceden de personas asintomáticas y no sabemos todavía si la genética de ambos virus, los que provocan síntomas y los que no los provocan, es la misma”, explica a RETEMA Pilar Domingo-Calap.

La importancia de estas investigaciones para el futuro, tanto para el más cercano como más a largo plazo, es tal que el Ministerio de Transición Ecológica ha puesto en marcha un grupo técnico, bajo la dirección de Alejandra Puig Infante, jefa del Área de Control y Vigilancia de la Calidad de las Aguas de la Dirección General del Agua del Ministerio para la Transición Ecológica. En este grupo técnico participan el propio MITECO, el Ministerio de Sanidad, el CSIC y las Comunidades Autónomas para poner a punto una red de alerta de rebrote de la COVID-19 a través de la monitorización de las aguas residuales. A este proyecto, según ha hecho saber el propio Miteco, se han destinado dos millones de euros, una cifra que se revisará en función de la evolución de la pandemia.

 

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Las aguas residuales de Barcelona ya mostraban SARS-CoV-2 en marzo de 2019

La Covid-19 se declaró en Wuhan (China) a principios de diciembre del 2019 y posteriormente llegaría a casi todo el mundo, incluida Europa, donde el primer caso se notificó en Francia a finales de enero del 2020. Esta cronología sobre el evolución de la enfermedad puede cambiar según un nuevo estudio liderado por la UB, con la colaboración de Aguas de Barcelona.

Los investigadores han detectado la presencia del virus causante de la enfermedad en muestras de aguas residuales de Barcelona recogidas el 12 de marzo del 2019. Estos resultados, enviados a una revista de alto índice de impacto y publicados en el repositorio medRxiv, indicarían que la infección estaba presente mucho antes de que se tuviera constancia de cualquier caso de la Covid-19 en el mundo.

El trabajo, en el que han participado los investigadores del Grupo de Virus Entéricos de la UB Gemma Chavarria-Miró, Eduard Anfruns-Estrada y Susana Yeso, liderados por Rosa Maria Pintó y Albert Bosch, se enmarca en el proyecto de vigilancia centinela del SARS-CoV-2. Esta iniciativa está coordinada por este grupo de investigación, en colaboración con Aguas de Barcelona y tiene financiación del proyecto REVEAL, de la empresa SUEZ, con el objetivo de detectar el virus en las aguas residuales y facilitar la adopción de medidas inmediatas ante futuras olas de la Covid-19.


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Puedes descargar el reportaje en PDF aquí.


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