Epidemiología basada en el monitoreo de aguas residuales domésticas (WBE)

La epidemiología basada en aguas residuales (wastewater-based epidemiology, WBE) es una herramienta que empezó a ser utilizada para monitorear el consumo de sustancias ilícitas en los desagües. El desagüe puede ser considerado como una muestra muy diluida de las excretas de una población que reside en el área de captación.

Este desarrollo trajo ventajas en lo que respecta a la capacidad de analizar sustancias ilícitas en muestras ambientales, rastrear la producción, el comercio y el uso de dichas sustancias, produciendo datos en tiempo real que, al ser obtenidos de una comunidad, reflejan su realidad colectiva sin implicar o incriminar a los individuos (Daughton, 2001). De esta manera, la cuantificación de las sustancias o de sus metabolitos podría ser usada para inferir las tasas promedio de consumo de sustancias ilícitas de la población que abastecía una planta de tratamiento de aguas residuales domésticas. En Finlandia, por veinticuatro horas durante una semana, un estudio tomó muestras compuestas del agua que ingresaba a las plantas de tratamiento, cubriendo al cuarenta por ciento de la población de ese país. Se obtuvo así información temporal y espacial sobre diferencias de consumo y tipo de sustancias consumidas, y se revelaron los puntos calientes de consumo (Kankaanpää et al., 2014).

Para los análisis se toman muestras representativas. Estas suelen ser muestras de agua que se toman a intervalos constantes durante veinticuatro horas y que son mezcladas luego para formar una muestra compuesta por todas las anteriores. Estas muestras tienen una gran variedad de otros compuestos que pueden interferir con la detección de la sustancia o biomarcador de interés, por lo que la preparación de la muestra antes del análisis incluye etapas tales como la filtración, la centrifugación y la concentración. Hasta ahora el uso convencional de la WBE ha sido enfocado en la detección de la presencia y consumo de sustancias ilícitas, lo que ha mostrado que existen diferencias entre los años, las estaciones, regiones, eventos especiales y diferencias entre días de la semana y fines de semana (Krizman-Matasic et al., 2019).

Aunque la WBE ha sido utilizada con éxito para estudios sobre el uso y consumo de sustancias ilícitas, su potencial como herramienta permite tender otro puente entre las ciencias sociales y las ciencias ambientales (Daughton, 2001). Los futuros prospectos de la WBE (Lorenzo y Picó, 2019) incluyen monitorear la exposición de una población a sustancias tóxicas, contaminantes o carcinógenas; la exposición a productos farmacéuticos y productos de cuidado personal [1] (Lopardo et al., 2018) y el estado de salud de una población a través de biomarcadores apropiados.

Ahora la WBE puede convertirse en la herramienta para conocer la dinámica de la infección por SARS-CoV-2.

Uno de los aspectos críticos del manejo de una pandemia es conocer quién está infectado y quién puede infectar. Sin una metodología que permita un monitoreo rápido y económico de los individuos infectados a través del uso de pruebas moleculares o de los individuos que ya estuvieron expuestos a través de las pruebas basadas en anticuerpos, la capacidad de aislar a los individuos contagiados es casi inexistente. El análisis debe incrementar la cobertura de manera continua (más personas analizadas) hasta que se alcance el nivel que permita revelar un caso positivo. La relación entre el número de pruebas necesarias para la detección de un caso positivo es el indicador más directo para saber qué tan diseminada se encuentra la infección en una población (Hasell et al., 2020). Las pruebas, sin embargo, son costosas, requieren tiempo y exponen a riesgos al personal encargado de aplicarlas; el uso de estas herramientas diagnósticas de manera masiva también se encuentra condicionado por las limitaciones en su producción y en la cadena de suministros.

En este punto, la WBE puede indicar dónde llevar a cabo los análisis, porque se centran los esfuerzos en los puntos más críticos: prisiones, centros comerciales, hospitales, instalaciones militares y otros. Esto no excluye, por supuesto, el monitoreo a nivel distrital o provincial. La WBE permite saber cuándo se pueden flexibilizar las medidas de confinamiento y cuándo se pueden reinstalar; esto asegura que no se flexibilicen las cuarentenas demasiado pronto o que se implementen muy tarde.

La WBE ha sido ensayada en la detección del virus de la polio (Hovi et al., 2001), el SARS (Wang et al., 2005) y la hepatitis (La Rosa et al., 2014), y empieza a ser empleada para la detección de la COVID-19.

La WBE aparece como una alternativa atractiva por su simplicidad conceptual, y de acuerdo a esto se han identificado tres maneras básicas en las que la WBE puede contribuir (Daughton, 2020):

• El enfoque cualitativo, que indica si la infección está o no presente.
• El enfoque semicuantitativo, que indica los niveles relativos de infección.
• El enfoque cuantitativo, que indica los niveles absolutos de infección.

Es importante enfatizar que la WBE no es utilizada para monitorear las partículas virales viables (viriones), sino los remanentes de las partículas virales que sirven como indicadores definitivos de las infecciones activas.

La implementación de la WBE como una de las herramientas para la lucha contra la COVID-19 requerirá la cooperación de múltiples disciplinas: químicos analíticos, ingenieros civiles y ambientales, estadísticos, médicos, microbiólogos, epidemiólogos, expertos en salud pública, científicos sociales y comunicadores, entre muchos otros más.

Nota

[1] Algunos productos de cuidado personal contienen filtros UV que se sospecha sean disruptores endocrinos. Los disruptores endocrinos son sustancias cuya estructura química es similar a la de algunas hormonas y, como tales, pueden ejercer efectos biológicos aunque se encuentren en concentraciones mínimas.

Referencias

Daughton, C. G. (2001). Illicit Drugs in Municipal Sewage. En C. G. Daughton y T. L. Jones-Lepp (eds.), Pharmaceuticals and Care Products in the Environment (pp. 348-364). American Chemical Society.

Daughton, C. G. (2020). Wastewater surveillance for population-wide COVID-19: The present and future. Science of The Total Environment, 736, 139631.

Hasell, J., Ortiz-Ospina, E., Mathieu, E., Ritchie, H., Beltekian, D., Macdonald, B., y Roser, M. (2020). To understand the global pandemic, we need global testing–the Our World in Data COVID-19 Testing dataset. Our World Data.

Hovi, T., Stenvik, M., Partanen, H., y Kangas, A. (2001). Poliovirus surveillance by examining sewage specimens. Quantitative recovery of virus after introduction into sewerage at remote upstream location. Epidemiology and Infection, 127(1), 101-106.

Kankaanpää, A., Ariniemi, K., Heinonen, M., Kuoppasalmi, K., y Gunnar, T. (2014). Use of illicit stimulant drugs in Finland: A wastewater study in ten major cities. Science of The Total Environment, 487, 696-702.

Krizman-Matasic, I., Senta, I., Kostanjevecki, P., Ahel, M., y Terzic, S. (2019). Long-term monitoring of drug consumption patterns in a large-sized European city using wastewater-based epidemiology: Comparison of two sampling schemes for the assessment of multiannual trends. Science of The Total Environment, 647, 474-485.

La Rosa, G., Della Libera, S., Iaconelli, M., Ciccaglione, A. R., Bruni, R., Taffon, S., Equestre, M., Alfonsi, V., Rizzo, C., Tosti, M. E., Chironna, M., Romanò, L., Zanetti, A. R., y Muscillo, M. (2014). Surveillance of hepatitis A virus in urban sewages and comparison with cases notified in the course of an outbreak, Italy 2013. BMC Infectious Diseases, 14(1), 419.

Lopardo, L., Adams, D., Cummins, A., y Kasprzyk-Hordern, B. (2018). Verifying community-wide exposure to endocrine disruptors in personal care products – In quest for metabolic biomarkers of exposure via in vitro studies and wastewater-based epidemiology. Water Research, 143, 117-126.

Lorenzo, M., y Picó, Y. (2019). Wastewater-based epidemiology: current status and future prospects. Current Opinion in Environmental Science & Health, 9, 77-84.

Wang, X. W., Li, J., Guo, T., Zhen, B., Kong, Q., Yi, B., Li, Z., Song, N., Jin, M., Xiao, W., Zhu, X., Gu, C., Yin, J., Wei, W., Yao, W., Liu, C., Li, J., Ou, G., Wang, M., … Li, J. (2005). Concentration and detection of SARS coronavirus in sewage from Xiao Tang Shan Hospital and the 309th Hospital of the Chinese People’s Liberation Army. Water Science and Technology: A Journal of the International Association on Water Pollution Research, 52(8), 213-221.