Qual é uma das melhores ferramentas para prever surtos de COVID-19? Águas Residuais.

A pandemia trouxe consigo uma atenção redobrada sobre a importância de monitorização das águas residuais para rastrear patógenos e mitigar doenças.

Por Priyanka Runwal
Publicado 8/07/2022, 11:22
mostra de águas residuais

Um químico analítico segura um tubo com uma amostra de águas residuais.

Fotografia por M. Scott Brauer, Redux

CICERO, ILLINOIS – Um odor nocivo atinge-me assim que entro no edifício de triagem da Central de Tratamento de Águas de Stickney – uma das maiores instalações de tratamento de águas residuais do mundo, localizada nos arredores de Chicago. Neste edifício de tijolo de aparência industrial com canos expostos, correias transportadoras e maquinaria, há câmaras que transportam águas residuais sem tratamento – principalmente das casas das pessoas – para serem peneiradas e remover o plástico, trapos, metais e outros detritos.

Ao meu lado, o diretor de operações, Joe Cummings, escuta um zumbido. “Escute, vai ouvir a bomba a funcionar”, diz Joe, porque a cada cinco minutos há um tubo de sucção muito fino que extrai cinco colheres de sopa de águas residuais turvas não tratadas. Durante 24 horas por dia, este coletor automático de amostras esvazia águas residuais sem tratamento num garrafão de plástico de 20 litros. Os biólogos da equipa testam depois os conteúdos para procurar minerais ou compostos tóxicos que possam afetar os micróbios que são necessários para limpar e processar as águas residuais, antes da sua liberação no Canal Sanitário e de Navegação de Chicago.

Desde março de 2020, quando começou a pandemia de COVID-19, os cientistas também usam estas amostras de águas residuais não tratadas para procurar fragmentos do vírus SARS-CoV-2 nas fezes de pacientes infetados, permitindo obter um alerta precoce sobre surtos virais. Os níveis de vírus geralmente aumentam durante cerca de quatro a seis dias nas águas residuais antes de uma área registar um aumento nos casos clínicos. As comunidades e autoridades sanitárias podem, portanto, usar os dados das águas residuais para prever surtos localmente e reforçar os esforços de testagem e vacinação.

Nos EUA, os trabalhos preliminares foram tão bem-sucedidos que, em setembro de 2020, os Centros de Controlo e Prevenção de Doenças (CDC) estabeleceram um Sistema Nacional de Vigilância de Águas Residuais, em parceria com dezenas de estações de tratamento por todo o país, financiando a monitorização de águas residuais para identificar a presença do vírus SARS-CoV-2. Em fevereiro de 2022, os fundos dos CDC já abrangiam programas em mais de 400 locais em 37 estados, quatro cidades e dois territórios, embora esta cobertura seja irregular. Com financiamento garantido até 2025, o objetivo dos CDC é atingir todos os 50 estados, diz Amy Kirby, líder de projeto dos CDC, e expandir a recolha de dados para incluir outros vírus, como o vírus da gripe e norovírus, ou a bactéria de origem alimentar Escherichia coli, bactérias que se tornaram resistentes a antibióticos, e o fungo patógeno Candida auris.

Inicialmente, as autoridades de saúde pública estavam céticas em relação aos esforços de monitorização de águas residuais para identificar a presença de SARS-CoV-2, diz Rachel Poretsky, ecologista microbiana da Universidade de Illinois Chicago. Alguns especialistas acreditavam que os químicos nos esgotos iriam degradar o material genético do vírus, enquanto que outros duvidavam que fosse sequer possível sequenciar material viral distinto em águas residuais.

Porém, Rachel Poretsky e outros cientistas provaram que este ceticismo estava errado. Com financiamento de uma bolsa independente, Rachel e os seus colegas trabalharam com o Departamento de Saúde Pública de Chicago para detetar e quantificar o vírus SARS-CoV-2 na central de Stickney e em algumas outras estações de tratamento de águas residuais da região. “Quando conseguimos mostrar que os dados [das águas residuais] refletiam o que era observado nos ambientes clínicos, ou que preenchiam lacunas na nossa infraestrutura de saúde pública, as pessoas começaram a prestar mais atenção.”

A virologista Heléne Norder, da Universidade de Gotemburgo, na Suécia, está entre os cientistas que tentam há anos avançar com a monitorização e investigação de águas residuais. Com os avanços feitos nas ferramentas de sequenciamento molecular, os cientistas já tinham identificado o vírus da Gripe A, rotavírus, adenovírus, vírus Aichi e astrovírus em águas residuais. Ainda assim, Heléne Norder sentiu muitas vezes que era difícil levar o seu trabalho a sério e enfrentou dificuldades para garantir fundos – até agora.

“Infelizmente, foi preciso uma pandemia para percebermos o quão importante e interessante é este campo de investigação”, diz Arjun Venkatesan, químico ambiental da Universidade Stony Brook, em Nova Iorque.

História da observação de águas residuais

Um dos primeiros sucessos na deteção de patógenos em esgotos aconteceu em Belfast, na Irlanda, cidade que sofreu surtos devastadores de febre tifoide no século XIX. A doença espalhava-se quando as pessoas consumiam alimentos ou água contaminados com a bactéria Salmonella typhi, que estava presente nas fezes dos indivíduos infetados. Mesmo depois de os surtos terem diminuído, os portadores assintomáticos crónicos continuaram a expelir bactérias através das fezes durante anos. Contudo, naquela época, os cientistas tiveram problemas em provar que a contaminação devido às águas residuais era a responsável pelos surtos.

Mais tarde, em 1928, William James Wilson, professor de higiene e saúde pública da Universidade Queen’s, na Irlanda, usou uma nova técnica de cultivo nas amostras de águas residuais que se dirigiam para os tanques de sedimentação em Belfast. William Wilson conseguiu isolar 21 estirpes de Salmonella typhi das amostras, fornecendo evidências diretas da presença do patógeno nas águas residuais.

James Allan Gray, da Universidade de Edimburgo, na Escócia, confirmou de forma semelhante a presença de Salmonella paratyphi – uma bactéria que provoca uma febre tifoide menos severa, chamada febre paratifoide – em 7 das 20 amostras de águas residuais recolhidas em Edimburgo em 1929. Nos EUA, em 1939, o virologista John Paul, da Escola de Medicina de Yale, e os seus colegas verificaram a presença do vírus da poliomielite ao infetarem macacos com amostras de águas residuais recolhidas em Charleston, na Carolina do Sul, onde foi registado um número invulgarmente elevado de casos de poliomielite.

Nos anos que se seguiram, os cientistas usaram a monitorização de águas residuais como uma ferramenta de vigilância de saúde pública. Israel, por exemplo, não tinha um caso de poliomielite há seis anos quando, em 1988, um surto deixou 15 pessoas paralisadas. As amostras de águas residuais revelaram que os esgotos a céu aberto eram uma potencial fonte de exposição ao vírus. Desde então, em Israel, entre 25 a 30 locais e territórios palestinianos adjacentes recolhem mensalmente amostras mensais dos esgotos para detetar poliovírus antes de surgirem casos sintomáticos na comunidade. Esta vigilância permitiu às autoridades israelitas detetar a “circulação silenciosa” de poliovírus nos esgotos do país em 2013, originando esforços de vacinação em massa. Nas últimas duas décadas, mais de 20 países adotaram esta mesma abordagem.

Os cientistas também têm conseguido usar as águas residuais não tratadas para detetar outros surtos virais antes de as pessoas adoecerem. Em 2013, na Suécia, Heléne Norder e os seus colegas registaram um pico de norovírus em amostras de águas residuais pelo menos duas semanas antes de a maioria dos pacientes infetados serem diagnosticados em hospitais e centros de atendimento a idosos em Gotemburgo. Esta equipa também detetou estirpes do vírus da Hepatite A em águas residuais algumas semanas antes de surgirem relatos de casos clínicos.

Contudo, em muitos países e regiões, a monitorização sistemática das estações de tratamento de águas residuais tem sido negligenciada. Mas as coisas podem estar a mudar devido à pandemia de COVID-19.

Nos esgotos à procura de SARS-CoV-2

No início de 2020, cientistas chineses confirmaram a presença de material genético de SARS-CoV-2 em amostras fecais de um paciente infetado. Pouco depois, investigadores nos Países Baixos relataram a presença de RNA viral em águas residuais no seu país.

Na Estação de Tratamento de Águas Residuais de Amersfoort, na região centro dos Países Baixos, foram encontrados fragmentos de RNA SARS-CoV-2 em águas não tratadas seis dias antes dos primeiros casos do país serem relatados em março de 2020. À medida que mais pessoas contraíam COVID-19, estes fragmentos foram ficando mais abundantes. Os investigadores propuseram a vigilância das águas residuais para detetar evidências da presença e circulação de SARS-CoV-2 na comunidade. Isto é particularmente valioso quando muitas das infeções podem ser ligeiras ou assintomáticas, ou quando não há testes facilmente disponíveis.

Rolf Halden, engenheiro ambiental da Universidade do Arizona, percebeu rapidamente este potencial. Desde 2018 que Rolf Halden e os seus colegas usam a monitorização de águas residuais para rastrear o consumo de opioides em Tempe, e partilham atualizações mensais com a comunidade através uma página online. A gripe era o alvo seguinte na sua lista, mas quando surgiu a pandemia, os investigadores rapidamente decidiram procurar evidências de SARS-CoV-2. Em maio de 2020, a equipa de Rolf identificou um foco de infeção em Guadalupe – uma cidade predominantemente hispânica e nativo-americana onde não havia testes – provocando uma resposta rápida por parte das autoridades comunitárias de saúde.

Há casos semelhantes de sucesso que vieram das análises de águas residuais feitas em universidades para identificar a presença de SARS-CoV-2. Em agosto de 2020, uma equipa de cientistas da Universidade do Arizona detetou material genético do vírus SARS-CoV-2 em águas residuais de um dormitório, levando a testes imediatos e identificação de dois estudantes assintomáticos, que ficaram em isolamento.

Entre novembro de 2020 e abril de 2021, um estudo com dados da cidade de Nova Iorque encontrou uma tendência semelhante no aumento e descida de novos casos de COVID-19 e níveis de vírus nas 14 estações de tratamento de águas residuais da cidade. Em novembro de 2021, a cidade encontrou evidências da variante Ómicron nas suas águas residuais pelo menos alguns dias antes de o primeiro caso ser clinicamente identificado.

Quando a Ómicron superou a variante Delta nos EUA, as autoridades de saúde pública usaram os dados das águas residuais para tomar decisões sobre quando deviam descontinuar determinados tratamentos, como por exemplo dois anticorpos monoclonais que não funcionavam contra a nova variante, diz Colleen Naughton, engenheira ambiental da Universidade da Califórnia, em Merced, que rastreia os esforços de monitorização de águas residuais para o SARS-CoV-2 pelo mundo inteiro.

Os especialistas sublinham que a monitorização de águas residuais não substitui os programas de testagem. Por um lado, é difícil compreender a quantidade absoluta de RNA viral numa comunidade a partir deste tipo de amostras.

“É extremamente complicado vincular a contagem de vírus ao número de pessoas que podem estar infetadas”, diz Rachel Poretsky. Para o fazer, precisamos de saber quantas pessoas estão a propagar o vírus e durante quanto tempo o fazem, mas isso pode variar dependendo da variante, da trajetória da infeção e do estado de vacinação das pessoas.

“Mesmo com estas limitações, a vigilância das águas residuais pode ser muito útil”, diz Amy Kirby.

O futuro da vigilância de águas residuais

É por esta razão que muitos especialistas neste campo estão agora entusiasmados com o compromisso dos CDC em expandir a vigilância de águas residuais para além da identificação da presença de SARS-CoV-2. Mas há detalhes sobre este empreendimento e sobre a escala de monitorização que ainda precisam de ser alinhavados.

Por exemplo, muitas estações de tratamento de águas residuais recolhem amostras duas vezes por semana para fazer testes para o SARS-CoV-2. Este nível de testagem pode não ser necessário para os patógenos que não conseguem mudar assim tão depressa. Para além disso, algumas doenças podem ser sazonais e não exigem testes durante o ano inteiro, enquanto que algumas serão mais relevantes em determinadas regiões do que noutras.

Alguns cientistas estão a propor uma abordagem abrangente que analise toda a diversidade de vírus nos esgotos urbanos de todo o mundo. Este processo envolveria a amostragem repetida dos mesmos esgotos ao longo de vários anos para identificar os vírus típicos de cada região e intervir quando essa composição mudar.

“Dependendo da frequência de algumas mutações ou vírus numa amostra em comparação com a diversidade global, podemos encontrar algo que se destaque localmente”, diz Marion Koopmans, virologista do Centro Médico da Universidade Erasmus, nos Países Baixos. Porém, as ferramentas para identificar facilmente qualquer vírus desconhecido numa amostra ainda não existem, diz Marion. Como se não bastasse, separar vírus humanos de vírus animais e vegetais em amostras que envolvem novos micróbios pode ser desafiante.

Para além dos obstáculos tecnológicos, a vigilância de águas residuais levanta preocupações éticas e de privacidade, sobretudo se esta monitorização ocorrer numa escala mais local do que comunitária. “É como vasculhar o caixote do lixo do vizinho”, diz Arjun Venkatesan.

Se não estivermos perante um surto grave, o rastreio de uma doença ou do uso de algumas drogas até um indivíduo ou bairro pode levar à estigmatização. E fazer este trabalho sem um envolvimento da comunidade também pode comprometer a sua confiança. “Temos uma compreensão sobre as linhas éticas relacionadas com as questões clínicas”, diz Amy Kirby, “mas não há diretrizes semelhantes para as amostras ambientais”.

Esta questão torna-se particularmente importante considerando o interesse cada vez maior em arquivar estes tipos de amostras, caso haja a necessidade de rastrear surtos até à origem de determinados patógenos.

Enquanto isso, os esforços de monitorização continuam a evoluir. Devido ao aumento recente de casos de varíola dos macacos nos EUA, Rachel Poretsky começou a procurar evidências do vírus nas águas residuais da área de Chicago. “Não temos noção sobre a prevalência da doença, se está a propagar-se, ou há quanto tempo estava presente antes de começarmos a procurar os casos clínicos”, diz Rachel. Mas as águas residuais podem conter as pistas.

 

Este artigo foi publicado originalmente em inglês no site nationalgeographic.com

 

 

 

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