John Leavell se abaixa, pegando uma tampa de bueiro de ferro fundido de 50 libras com um gancho em forma de T e deslizando-a para o lado. Ele então prende uma ponta de uma mangueira fina a uma bomba movida a bateria e joga a outra na escuridão abaixo. “Ontem não conseguimos recuperar nenhuma amostra”, diz Leavell, empreiteiro da organização sem fins lucrativos Current Water. “Tudo simplesmente congelou. Não foi agradável.”
O bueiro, localizado do lado de fora do Baton Show Lounge, em Chicago, é sua segunda parada do dia. Uma vez que ele e sua equipe tenham retirado, rotulado e ensacado duas garrafas de 50 mililitros de esgoto bruto aqui, eles atravessarão a cidade para provar outro bueiro – e depois entregar sua recompensa a um laboratório de ecologia microbiana. Enxágue e repita, quatro dias por semana.
É um ritual que está ocorrendo em todo o país. Em setembro de 2020, o CDC lançou seu Sistema Nacional de Vigilância de Águas Residuais para monitorar os surtos de COVID-19 usando pistas que os americanos descartam. Tornou-se o primeiro uso generalizado de epidemiologia baseada em águas residuais desde que a técnica foi usada para rastrear a poliomielite em meados do século 20, e já está preenchendo lacunas críticas nos testes clínicos.
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“Sabemos que as pessoas infectadas com SARS-CoV-2 liberam fragmentos do vírus em suas fezes, tenham sintomas ou não”, diz a microbiologista Amy Kirby, líder do programa no CDC. O monitoramento de águas residuais, portanto, detecta infecções de toda a população, incluindo indivíduos que nunca procuram um teste ou que fazem um teste em casa e não relatam seus resultados a um departamento de saúde. E como o vírus pode ser identificado nas fezes desde o início da infecção, potencialmente dias antes do aparecimento de sintomas perceptíveis, as águas residuais podem até prever tendências futuras de casos.
Dos esgotos ao laboratório
Rachel Poretsky, professora associada de ciências biológicas da Universidade de Illinois Chicago, está ao lado de uma pilha de caixas de papelão na altura do peito em seu laboratório. Cada um contém uma amostra de esgoto do centro do estado cercada por compressas de gelo e rotulada com um código QR da 120 Water, um fornecedor que rapidamente enviou amostras de água das Escolas Públicas de Chicago para testes de chumbo em águas residuais durante a pandemia. Também estão presentes amostras de estações de tratamento e aquelas amostras coletadas de bueiros da cidade pela Current Water e pela empresa de engenharia CDM Smith.
A ecologista microbiana Rachel Poretsky está ao lado de uma nova entrega de amostras de águas residuais. (Crédito: Christian Elliot)
Os últimos dois anos foram um turbilhão, diz Poretsky – ampliar o laboratório para receber, organizar, processar e registrar dados de centenas de amostras com menos de um dia de retorno é um trabalho árduo. O projeto de epidemiologia baseado em águas residuais é verdadeiramente ciência em um ritmo incomparável. “Normalmente, quando você inicia um novo projeto, você gasta tempo refinando seus métodos, fazendo vários experimentos e depois escolhendo algo”, diz ela – às vezes leva décadas. Nesse caso, “todo mundo usa a analogia de construir o avião enquanto o pilota”.
Ela e seus colegas carregam as amostras em um instrumento que concentra pedaços do vírus usando esferas magnéticas em alguns microlitros de água e depois extrai o RNA viral. Mas os laboratórios nos EUA usam uma variedade de métodos enquanto tentam aumentar o processamento, incluindo centrífugas e até leite desnatado para fazer com que o vírus se agrupe. Os testes clínicos ignoram essas etapas porque as concentrações virais dos swabs nasais são altas o suficiente para serem detectadas diretamente; As águas residuais, por outro lado, são uma “matriz complexa” de microrganismos, material orgânico e fragmentos de SARS-CoV-2 diluídos em quantidades variadas de água.
Em seguida, vem a etapa crítica: uma reação em cadeia da polimerase de transcrição reversa, ou RT-PCR, que copia exponencialmente as sequências de RNA alvo para níveis detectáveis. A mais nova adição do laboratório Poretsky é uma máquina de PCR digital que divide uma amostra em 26.000 partições com um pedaço de RNA por partição, em uma bandeja que parece um cartucho gigante em uma impressora de alta tecnologia. Ao contrário das máquinas de PCR padrão que cospem um mero “sim” ou “não” em termos de presença do vírus, esta diz aos cientistas quantas cópias de RNA estavam na amostra inicial – ou em outras palavras, exatamente quanto vírus foi nas águas residuais.
A máquina de PCR digital do Poretsky Lab. (Crédito: Christian Elliot)
Poretsky então envia as amostras analisadas para o Argonne National Laboratory, no subúrbio de Chicago, para sequenciamento. É trabalho da geneticista Sarah Owens procurar por quaisquer mutações, como as 40 ou mais, que comumente correspondem a a variante omicron. “Este é um problema bastante complexo, desvendar esses genomas virais que são muito semelhantes entre si para determinar variantes preocupantes”, diz ela.
É ainda mais difícil sequenciar o vírus de milhões de contribuintes em uma amostra de esgoto, em vez do cotonete nasal de uma única pessoa. Por um lado, o RNA pode se degradar no esgoto. O sequenciamento de vírus é um novo desafio para Owens, que anteriormente se concentrava em patógenos bacterianos baseados em DNA em amostras de hidrovias urbanas. Ainda assim, ela recentemente conseguiu desambiguar variantes em amostras e calcular a abundância relativa de cada uma. Quando chegar a hora a próxima variante de preocupação do COVID-19 surge, ela diz, ela deve ser capaz de rastrear sua propagação ao longo do tempo em águas residuais em todo o estado.
E o laboratório de Poretsky arquiva todas as amostras a -112 graus Fahrenheit. Dessa forma, quando uma nova variante inevitavelmente chega aos EUA, ela e Owens podem retornar às amostras e aos dados de sequenciamento para saber exatamente quando começaram a aparecer na cidade. “Acho que muitas pessoas gostariam que isso existisse quando tudo isso começou”, diz Poretsky. “Poderíamos ter voltado e dito: ‘Ei, isso aconteceu aqui em abril de 2020?’”
Amostras congeladas resfriam a -80 graus Celsius no laboratório de Poretsky. (Crédito: Christian Elliot)
Do Laboratório à Ação de Saúde Pública
O desafio final é descobrir o que os dados significam e como torná-los “acionáveis”, na linguagem da saúde pública. É aí que entra Aaron Packman, professor de engenharia civil e ambiental da Northwestern University. Usando mapas de linhas de esgoto, sua equipe pode perseguir surtos de qualquer bueiro. “Se você vir um pico no RNA do SARS-CoV-2, é possível ir mais longe e localizar a fonte”, diz Packman. “Isso é algo que você não pode fazer com uma estação de tratamento de águas residuais, mas pode se trabalhar na rede de esgoto.”
Alguns desafios permanecem. Quando chove, por exemplo, as águas residuais às vezes se acumulam em prédios ou transbordam para o rio e lago próximos. Durante as tempestades (tornadas mais frequentes pelas mudanças climáticas), as águas residuais são desviadas 300 pés abaixo da terra e fora da cidade para um reservatório de 6,5 bilhões de galões. Tudo isso significa que os cientistas devem ajustar o volume para evitar que amostras diluídas distorçam os dados.
“É difícil relacionar diretamente uma medição de águas residuais a um número real de casos”, diz Packman. “Mas acumulamos muitos dados agora e podemos fazer estimativas melhores do número total de pessoas doentes usando dados de águas residuais mais dados clínicos do que apenas dados clínicos.”
Modou Lamin Jarju, técnico de laboratório do laboratório de Poretsky, pipeta amostras. (Crédito: Christian Elliot)
O Departamento de Saúde Pública de Illinois e o Departamento de Saúde Pública de Chicago se reúnem com a equipe de pesquisa a cada duas semanas para discutir tendências nos dados de águas residuais e planejar onde implantar mais testes, clínicas de vacinas e equipe extra do hospital com base nesses dados. “Tudo com COVID é novo, incluindo vigilância de águas residuais”, diz Isaac Ghinai, diretor médico do CDPH. “E, portanto, há muito o que entender sobre esses dados antes que possam ser usados ​​exatamente da mesma forma que a vigilância baseada em casos, quando há um pouco mais de histórico.”
Com o sistema de vigilância finalmente ampliado e os dados chegando, as águas residuais se tornaram comuns. Mesmo que o COVID-19 finalmente ceda, alguns departamentos de saúde pública esperam usar o esgoto para ficar de olho em futuros patógenos desconhecidos, monitorar organismos resistentes a medicamentos em instituições de longa permanência, rastrear a gripe sazonalmente e até encontrar pontos quentes para uso de opióides.
“O sistema de rastreamento de doenças infecciosas neste país foi criado há 50 anos”, diz Packman. “E basicamente dependia de pessoas indo para hospitais. Mas agora está absolutamente claro que faremos um trabalho melhor na identificação dos problemas de saúde pública e na resposta a eles se combinarmos as informações de vigilância clínica e ambiental. Essa é a nova fronteira.”
Fonte original deste artigo
Mário Garcia
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Mário Garcia
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