Investigadores amplían el seguimiento de COVID-19 a través de aguas residuales

Crédito: Pixabay/CC0 Dominio público

Aunque todavía es un desafío prevenir la transmisión de COVID-19, los investigadores de la Universidad de Miami están utilizando todas las estrategias que pueden para defenderse de la propagación.

Eso incluye el uso de investigaciones de vanguardia para detectar el SARS-CoV-2, el virus que causa el COVID-19 en las aguas residuales. La detección de rastros del virus en las aguas residuales que fluyen de los edificios del campus puede proporcionar un aviso de hasta una semana antes de los resultados positivos de la prueba de COVID-19 para advertir a los estudiantes y profesores que deben hacerse la prueba y aislarse antes de que la enfermedad se propague.

«La investigación ha demostrado que las personas comenzarán a excretar el virus en sus heces y orina antes de mostrar síntomas de COVID-19, por lo que la idea es utilizar las mediciones de aguas residuales como una advertencia temprana de un posible brote de COVID-19 en la comunidad». dijo Helena Solo-Gabriele, profesora de ingeniería ambiental y decana asociada de investigación de la Facultad de Ingeniería.

Solo-Gabriele ha estado estudiando la contaminación de las playas y el agua en el sur de Florida durante más de una década, por lo que estaba apoyado por el liderazgo de la Universidad para liderar el esfuerzo del grupo. Y hace apenas unas semanas, este equipo de 40 profesores, miembros del personal y estudiantes, incluidos los co-investigadores de Solo-Gabriele, Stephan Schrer, profesor de farmacología molecular y celular en la Escuela de Medicina Miller; y Christopher Mason, profesor asociado de fisiología y biofísica y de genómica computacional en biomedicina computacional, así como codirector de la Iniciativa WorldQuant para la predicción cuantitativa en Weill Cornell Medicine en la ciudad de Nueva York, se sintieron animados por la noticia de que habían recibido una importante subvención de los Institutos Nacionales de Salud (NIH), con financiación a partir de este mes. La subvención de dos años y $5 millones ayudará a ampliar el programa piloto propio de la Universidad para detectar el virus en las aguas residuales.

Con esta nueva financiación, el equipo también se unirá a un consorcio organizado por los NIH para recolectar y estandarizar datos de instituciones en los Estados Unidos que están analizando las aguas residuales para detectar el virus, dijo Schrer. Por lo tanto, Schrer trabajará para crear criterios de datos y herramientas de software, de modo que las cifras de aguas residuales y la información asociada puedan almacenarse, compilarse y analizarse sin problemas. Esto ayudará a los científicos a correlacionar la información de una variedad de fuentes de manera más eficiente, agregó.

Los investigadores están agradecidos por el aumento de la financiación porque el equipo ahora podrá expandir y evaluar aún más las tecnologías innovadoras para recolectar, concentrar y detección del virus en aguas residuales. También explorarán la relación entre la concentración ambiental del virus y los resultados de las pruebas en humanos para crear modelos que puedan predecir los brotes de COVID-19. Finalmente, dirigidos por Mason, utilizarán tecnología de secuenciación de próxima generación para caracterizar las variaciones genéticas del SARS-CoV-2, buscar nuevos virus y vincular estos datos con los esfuerzos nacionales y globales para rastrear patógenos emergentes.

A partir de agosto de 2020, la Universidad comenzó a evaluar periódicamente a los estudiantes que asistían a clases presenciales para obtener una visión integral de cualquier transmisión de COVID-19 y ayudar a mantener la propagación del virus lo más baja posible. Al mismo tiempo, también se estableció un programa para la vigilancia ambiental del virus utilizando muestras de superficie, aire y aguas residuales, dirigido por George Grills, director asociado de recursos compartidos en el Sylvester Comprehensive Cancer Center. Como parte de este esfuerzo, el equipo de Solo-Gabriele comenzó a recopilar y analizar periódicamente las muestras de aguas residuales de los tres campus de la Universidad. Ahora que este equipo puede intensificar sus esfuerzos, Erin Kobetz, quien ha liderado los esfuerzos de prueba, seguimiento y rastreo de la Universidad, dijo que es probable que los datos sean aún más útiles. Según Kobetz, la Universidad espera evaluar aleatoriamente a los estudiantes en los edificios donde se observa una mayor presencia del virus en las aguas residuales para ayudar a evitar posibles brotes de COVID-19.

«Esta es otra herramienta en nuestro arsenal que proporcionará información crítica para gestionar el riesgo de exposición y brote», dijo Kobetz, un epidemiólogo capacitado que también es el vicerrector de investigación y becas de la Universidad. «También es increíble que este equipo haya podido aprovechar algo que estaban estableciendo para respaldar la gestión de la Universidad de COVID-19 para lograr un impacto científico más amplio».

En última instancia, Solo-Gabriele espera crear un manual básico que puedan comparta con los líderes de todo el país las mejores formas de identificar el virus en las aguas residuales y cómo se puede utilizar para advertir rápidamente a las personas sobre una posible infección. También esperan ofrecer estrategias que las comunidades puedan usar para reducir las transmisiones inminentes cuando detectan un aumento en las aguas residuales, agregó.

El equipo de aguas residuales COVID-19 de la Universidad incluye estudiantes, profesores y personal de la Facultad de Ingeniería, la Escuela de Medicina Miller, el Centro Integral de Cáncer Sylvester, la Escuela Rosenstiel de Ciencias Marinas y Atmosféricas, Instalaciones y Operaciones Universitarias, Gestión de Riesgos, Salud y Seguridad Ambiental, el Instituto de Ciencia de Datos y Computación, y la Escuela Miller de Seguridad y Oficina de Cumplimiento. El equipo de investigación también incluye estudiantes, profesores y miembros del personal del Departamento de Fisiología y Biofísica y el Instituto HRH Prince Alwaleed Bin Talal Bin Abdulaziz Alsaud de Biomedicina Computacional en Weill Cornell Medicine.

Para identificar el nivel de SARS -CoV-2 en aguas residuales, Brian Reding, oficial de salud y seguridad ambiental, con la asistencia de una rotación de estudiantes y personal de investigación del recurso compartido de investigación comunitaria y conductual del Sylvester Comprehensive Cancer Center, recolectará muestras de 13 ubicaciones en la Universidad cada semana. El equipo de Solo-Gabriele luego dividirá la muestra y enviará una parte para secuenciación y análisis a Mason, quien ha establecido un consorcio internacional para estos estudios en Weill Cornell Medicine en la ciudad de Nueva York. La otra parte se analiza en la Universidad. Para preparar las aguas residuales para el análisis, las muestras se concentran hasta unos pocos microlitros. Luego, Solo-Gabriele le entrega el concentrado a Mark Sharkey, profesor asistente de investigación de enfermedades infecciosas, quien utiliza un método innovador de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) que desarrolló para determinar si el virus está presente en una muestra. El método de Sharkey puede producir resultados de manera más rápida y eficiente que otros métodos, anotó Solo-Gabriele. Las muestras de aguas residuales que dan positivo para el virus se analizarán en el recurso compartido de oncogenómica del Sylvester Comprehensive Cancer Center para detectar e identificar la cepa viral, lo que puede ayudar a determinar qué tan rápido se puede propagar la enfermedad, agregó Grills.

Si bien el equipo se orientó en el otoño, ahora está acelerando la operación recolectando más muestras, con mayor frecuencia y en una mayor cantidad de ubicaciones. Esto ayudará a obtener una mejor representación de dónde se puede ubicar el virus y cómo se puede propagar, dijo Solo-Gabriele.

Simultáneamente, otro miembro del equipo, Naresh Kumar, profesor asociado de ciencias ambientales salud, está trabajando con Alejandro Mantero, analista de investigación bioestática en el Instituto de Ciencias Clínicas y Traslacionales de la Universidad, así como con Mason, para crear un modelo de enfermedades infecciosas que podría anticipar posibles brotes de COVID-19, basado en la vigilancia de aguas residuales, resultados de pruebas en humanos, y cifras locales de hospitalización. Los resultados de este proyecto podrían ayudar a guiar a los líderes universitarios y locales a tomar decisiones de manera oportuna y mejorar los esfuerzos de control de la transmisión de enfermedades en todo el mundo.

«Estamos aprendiendo que medir las aguas residuales es una herramienta poderosa para comprender lo que enfermedades están en una comunidad y cómo los humanos están contribuyendo a estas enfermedades, no solo para COVID-19, sino para la salud pública en general. Porque podemos usarlo para monitorear muchos organismos [patógenos] diferentes», dijo Solo-Gabriele.

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