De COVID a microbioma intestinal: cómo las aguas residuales sirven para monitorear las enfermedades futuras

Desde el inicio de la epidemiología moderna, se hace un monitoreo ambiental de los patógenos a través de la vigilancia de las aguas residuales. Principalmente se ha utilizado para seguir gérmenes que tienen una transmisión fecal-oral. Pero nuevos estudios demuestran que también es una herramienta que puede ser útil para efectuar un seguimiento de otro tipo de enfermedades, como la gripe, el COVID y la viruela del mono o Mpox.

Un equipo de científicos liderados por Joshua Levy y Kristian Andersen, del Instituto Scripp de Investigación Traslacional en La Jolla, California, Estados Unidos, destacó la importancia de que se fortalezcan los estudios a través de aguas residuales en el mundo. Según indicaron, permiten realizar observaciones de una amplia diversidad de patógenos en las heces y detectar brotes tempranamente.

“En la actualidad, las aguas residuales son un componente esencial de la vigilancia de las enfermedades infecciosas, ya que proporcionan una imagen de las tendencias de la salud pública específica de cada variante y representativa de la comunidad que capta vínculos de propagación y transmisión de patógenos que antes no se detectaban”, escribieron en un artículo en la revista Science.

Durante los últimos años hubo avances analíticos y de laboratorio para identificar a los diversos patógenos que están presentes en las aguas residuales.

Por un lado, las enfermedades infecciosas se vigilan con los testeos y la secuenciación de muestras de las personas afectadas. “La vigilancia de patógenos suele implicar el muestreo de individuos infectados, lo que requiere una amplia adquisición de muestras, pruebas clínicas y secuenciación coordinada entre diferentes centros y laboratorios”, afirmaron.

Y continuaron: “Este tipo de vigilancia clínica es cara, requiere mucho tiempo y está sujeta a sesgos debido a las disparidades en la participación pública y la frecuencia de las pruebas y la secuenciación, lo que puede limitar la preparación y la respuesta de las organizaciones de salud pública ante los brotes, especialmente en las comunidades desatendidas”.

“Aunque la vigilancia clínica seguirá siendo fundamental para responder a las enfermedades infecciosas, los enfoques basados en las aguas residuales permiten una vigilancia rápida y rentable, incluso en los actuales puntos ciegos”, subrayaron.

La vigilancia de las aguas residuales permite la detección rápida de patógenos y la cuantificación de la prevalencia en la comunidad. Las concentraciones de patógenos estiman con precisión la prevalencia (el número de infecciones actuales en la población. Como las tendencias de las aguas residuales suelen preceder a las correspondientes detecciones clínicas, pueden permitir una detección precoz.

Las aguas residuales pueden utilizarse para rastrear la dinámica de las enfermedades infecciosas desde el nivel comunitario hasta el de los edificios, y desde fuentes que van desde las alcantarillas y las plantas de tratamiento de aguas residuales hasta las aguas superficiales y las fuentes puntuales (por ejemplo, los lugares de acumulación natural).

En muchos países, las plantas de tratamiento de aguas residuales ya recogen muestras compuestas de aguas residuales (tomadas regularmente a lo largo del día) que pueden analizarse para obtener información esencial sobre la prevalencia local de patógenos. Esos datos permiten hacer intervenciones de salud pública.

En las zonas que carecen de una infraestructura centralizada de alcantarillado, se pueden utilizar métodos similares para estudiar muestras de aguas superficiales y fuentes puntuales, aunque se necesitan consideraciones adicionales de topografía, acumulación de agua y flujo para maximizar el tamaño de la cuenca.

“Sin embargo, para comprender los factores determinantes de la incidencia de patógenos, incluidos los cambios mutacionales, las introducciones de variantes o los patógenos emergentes, es necesaria la secuenciación genómica”, advirtieron.

Durante la pandemia por el coronavirus, los análisis basados en la secuenciación de aguas residuales han permitido la detección precoz de variantes emergentes, la estimación de su prevalencia, la identificación del impacto de mutaciones específicas, entre otros parámetros.

La facilidad para compartir los datos de secuenciación permite realizar análisis colaborativos de las tendencias de patógenos en todo el mundo. Esa posibilidad mejora la preparación e informa sobre las orientaciones de salud pública.

Aunque los enfoques selectivos son excelentes para el seguimiento de patógenos conocidos, sólo examinan una pequeña fracción de los microbios presentes en las aguas residuales. Para un estudio más amplio de los patógenos, pueden utilizarse métodos de secuenciación metagenómica y metatranscriptómica no selectiva para identificar cualquier ADN o ARN microbiano circulante.

Una sola muestra puede indicar la presencia de virus como el de la viruela del mono y el de la gripe, identificar cepas de bacterias patógenas y resistentes a los antibióticos, detectar parásitos protistas como el Plasmodium falciparum (causante de la malaria) y buscar nuevos patógenos, aunque es posible que los métodos estándar no ofrezcan la sensibilidad suficiente para detectar patógenos poco frecuentes.

“Para avanzar hacia una vigilancia más equitativa y sostenible será necesario seguir desarrollando ecosistemas científicos locales y autosuficientes mediante el desarrollo de métodos computacionales y de laboratorio y la formación, la creación de capacidades y el apoyo financiero a las empresas científicas nacionales”, sostuvieron los científicos.

La ampliación de las actividades de secuenciación multipatogénica y metagenómica de las aguas residuales está permitiendo una amplia detección y caracterización genómica de patógenos, incluida la contaminación ambiental por la bacteria Vibrio cholerae (causante del cólera) en lugares sin un tratamiento eficaz de las aguas residuales, rotavirus transmitidos por el hombre y el ganado (causantes de gastroenteritis en los niños) y poliovirus derivados de vacunas observados recientemente en Londres y Nueva York.

Más allá de los patógenos infecciosos, “las aguas residuales también tienen el potencial de revelar cambios en el microbioma intestinal humano, que se han correlacionado con una amplia gama de condiciones de salud y riesgos de enfermedad”, informaron.

Ahora existe la oportunidad de aprovechar el impulso para formar la columna vertebral de la futura capacidad de vigilancia y los ecosistemas científicos de todo el mundo. Serán necesarias redes mundiales de vigilancia que fomenten la distribución equitativa de tecnología, el intercambio de datos y la exploración colectiva de la diversidad microbiana, tanto humana como zoonótica, para ayudar a detectar posibles brotes y riesgos de propagación.

Los autores recibieron subsidios de los Institutos Nacionales de Salud (NIH), el Centro Nacional para el Avance de las Ciencias Traslacionales y los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades.

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