Enfoque de investigación COVID-19 en el Innovative Genomics Institute
News

COVID-19 Research Spotlight: Kara Nelson sobre el seguimiento de la propagación a través de las aguas residuales

COVID-19
By Hope Henderson

kara nelson es Profesor de Ingeniería Civil y Ambiental, Decano Asociado de Equidad e Inclusión para la Facultad de Ingeniería de UC Berkeley. Nelson y el Director Científico de Microbiología del IGI Jill Banfield están liderando un proyecto para rastrear la propagación de SARS-CoV-2, la virus que causa COVID-19, en el Área de la Bahía aguas residuales.

 

¿Por qué buscar un virus respiratorio en las aguas residuales?
kara nelson
kara nelson

El SARS-CoV-2, el virus que causa COVID-19, infecta el tracto intestinal de la mayoría de las personas que tienen una infección por COVID-19, ya sean sintomáticas o no. Las personas infectadas eliminarán el virus en sus heces y, por lo tanto, podemos captar la señal en las aguas residuales. Lo que es particularmente ventajoso sobre el muestreo de aguas residuales es que es una muestra inherentemente agrupada, lo que significa que está analizando muestras de varias personas a la vez. Entonces, al recolectar una sola muestra de aguas residuales, podemos obtener información que sea representativa de hasta cientos de miles de personas en una sola muestra. Por lo tanto, es una forma muy eficiente y eficaz de obtener información sobre una gran población.

También es menos sesgado porque muchas personas que están infectadas pero no presentan síntomas tal vez nunca se sometan a una prueba clínica, y es posible que nunca las identifiquemos como un caso, pero aún podemos detectar la señal en las aguas residuales. Entonces, obtenemos información incluso de personas asintomáticas.

¿Qué se puede observar y medir exactamente en las aguas residuales?

Podemos ver la presencia y concentración del virus utilizando PCR cuantitativa en tiempo real, que es el mismo método utilizado para analizar muestras clínicas. En esta técnica, las sondas que coinciden con la genética del virus moléculas de ARN secuencia en puntos específicos se utilizan para hacer copias de un pequeño segmento de la genoma,. Si obtenemos copias y cuántas, depende de la cantidad de virus que haya en la muestra para empezar.

El desafío para las aguas residuales es que debemos ser capaces de detectar esa señal en una forma mucho más diluida. Cuando un médico toma un hisopo nasal o una muestra de saliva de un individuo, el virus está presente en concentraciones mucho más altas que en las aguas residuales. En las aguas residuales, se diluyen con muchos otros tipos de desechos y agua que van por nuestros desagües.

¿Puedes ver diferentes cepas de virus?
Jill Banfield
Jill Banfield

Sí. Además de los métodos basados ​​en PCR, utilizamos una técnica más nueva llamada secuenciación metagenómica. Con esta técnica, secuenciamos todo el material genético presente en una muestra, no solo una pequeña parte de un virus. Filtramos los datos para extraer la información que nos resulta útil, en este caso, el código genético del virus SARS-CoV-2. Podemos ver diferencias entre cepas del virus, incluso entre cepas individuales. nucleótido variantes, lo que significa que solo se cambia una letra de ARN. Así que es un método de muy alta resolución, ¡lo cual es realmente emocionante!

Otra ventaja importante de este enfoque es que, con los métodos basados ​​en PCR, si el código genético del virus cambia en el área de la sonda, los métodos de detección dejarán de funcionar. El enfoque de secuenciación metagenómica no utiliza sondas, por lo que no tiene la misma vulnerabilidad. Y así podremos detectar cambios incluso si ocurren en la región de la sonda, lo que nos permitiría saber que es posible que sea necesario modificar los protocolos de pruebas clínicas.

¿Detectar diferentes cepas de CoV-2 le permite rastrear patrones de transmisión?

Ser capaces de detectar las cepas específicas significa que podemos identificar cuándo y dónde se están introduciendo cepas de otras regiones.

También podemos mirar dentro de una comunidad en particular: si las cepas son muy similares, eso sugeriría que la transmisión ocurre principalmente dentro de una comunidad. Si vemos que se introducen diferentes cepas, eso sugiere que podría haber una transmisión significativa debido al contacto con personas fuera de la comunidad o viajes fuera de la comunidad.

Entonces, esta es una herramienta realmente poderosa para poder comprender los patrones de transmisión y qué tipo de actividades representan un mayor riesgo.

También podemos utilizar esta información para evaluar el efecto de diferentes restricciones en la movilidad o cambios en las pautas de cuarentena y distanciamiento social.

¿Qué ha descubierto hasta ahora de la secuenciación de cepas?

La mitad de las variantes de un solo nucleótido, es decir, el cambio en una sola letra de ARN, que detectamos en las muestras de aguas residuales también estaban presentes en las muestras clínicas recolectadas en California.

¿Y la otra mitad?

Pudimos detectar cepas que solo se han identificado en muestras clínicas fuera de California, informadas en otros lugares de los Estados Unidos y otros lugares del mundo.

Esto indica que al tomar muestras de aguas residuales, podemos identificar cepas que se han introducido en nuestra región y que aún no se han recogido en las muestras clínicas.

Entonces, en realidad obtenemos una imagen más completa, y una señal más temprana, de qué cepas están circulando en una población.

Una aplicación que aún no hemos visto pero que podría ser importante en el futuro es el seguimiento de cepas de interés específicas. El uso principal aquí sería, si el virus muta de una manera que algunas cepas se vuelven más o menos virulentas, querríamos poder rastrear esas cepas específicamente.

¿Estás disfrutando de esta oleada de interés?

Estoy encantado de cuánto interés hay en las aguas residuales, porque pienso en las aguas residuales todos los días, no solo como algo repugnante que tiramos por el inodoro, sino como un recurso, como algo que contiene mucha información y que también pueden convertirse en productos útiles. Tengo otro proyecto en el que extraemos los nutrientes de las aguas residuales que podemos utilizar como fertilizante.

¿Cree que la vigilancia regular de las aguas residuales será útil, incluso fuera de tiempos de pandemia?

Por supuesto. Mi equipo de investigación se centra en controlar la transmisión de patógenos a través del agua. Nos hemos centrado principalmente en la transmisión de enterovirus conocidos y otros virus, bacterias fotosintéticasy parásitos que infectan el tracto intestinal. El enfoque de utilizar el muestreo de aguas residuales para comprender la prevalencia y transmisión de patógenos en una población se ha estado desarrollando durante un tiempo, pero no se ha utilizado ampliamente.

Con la epidemia de COVID-19, existe un gran interés en todo el mundo en aplicar este enfoque para ayudar a poner fin a la pandemia. Espero que aquellos de nosotros que trabajamos para comprender la transmisión de patógenos a través del agua continuaremos desarrollando aplicaciones de este enfoque.

¿Cómo empezaste a trabajar en aguas residuales?

Empecé a trabajar en aguas residuales porque es esta hermosa intersección. Si gestionamos de forma eficaz nuestras aguas residuales, podemos contribuir a mejorar los medios de vida de las personas y también a proteger el medio ambiente. Estos son desafíos que existen en todo el mundo.

Me encanta que haya más cosas que nos conectan como seres humanos en todo el mundo de lo que nos divide. Y el hecho de que todos necesitemos agua potable segura y produzcamos aguas residuales es una de esas cosas que nos une a todos.

-

Prueba de aguas residuales COVID-19 UC BerkeleyMire un video del equipo de prueba de aguas residuales en acción y lea más sobre el proyecto de prueba de aguas residuales COVID-19 en este artículo de Berkeley News.

 

 

Disparo en la cabeza de Hope Henderson By Hope Henderson

Hope Henderson tiene un Bachillerato en Biología de la Universidad de Brown y un Doctorado en Biología Celular y Molecular de la Universidad de California, Berkeley. Se incorporó al IGI en 2019 para trabajar en comunicación científica. Además de ser la escritora principal del IGI, planifica la estrategia de contenido y administra las redes sociales, la ilustración y la traducción del IGI.