N.71 – Monitoreo de aguas residuales

La epidemiologia basada en desechos incluye la extracción, procesamiento, análisis e interpretación de biomarcadores en aguas residuales para la prevención, detección, seguimiento y monitoreo de tendencias y brotes de enfermedades relevantes para la salud pública.

La presente reseña comprende cinco (5) artículos referidos al monitoreo de aguas residuales. El primero (1) trata sobre detección de virus en el Riachuelo (AMBA, Argentina). El segundo (2) focaliza en el análisis de la “popularidad” de drogas psicoactivas sintéticas. El tercero (3) trata sobre vigilancia epidemiológica de enfermedades infecciosas En el cuarto (4) se describe una experiencia de detección y análisis de residuos farmacéuticos en cursos fluviales. El quinto (5) se refiere a la detección inmediata de síntomas de enfermedades mediante monitoreo clínico de desechos con un dispositivo de Internet de las Cosas (IoT).

1- Primer artículo: Detección de virus en el Riachuelo (AMBA, Argentina) (1.1.) (1.2.)

La cuenca del río Matanza-Riachuelo cubre un área total de 2.200 km² con 64 km de longitud. Su último tramo se denomina Riachuelo. El objetivo del estudio aquí reseñado fue describir la circulación de Cosavirus (CoSV) y Saffold cardiovirus (SAFV) ambos de la familia Picornaviridae (picornavirus) y su relación con la situación ambiental del Riachuelo.

El estudio se realizó a partir de 274 muestras recolectadas entre 2005 y 2015. Se investigó CoSV y SAFV en muestras disponibles para dos periodos: 2005-2006 y 2014–2015. Los parámetros fisicoquímicos y bacteriológicos confirmaron niveles muy altos de contaminación fecal humana durante los 11 años evaluados. CoSV se detectó en el 85,7% y el 65,4% de las muestras recolectadas en los referidos períodos respectivamente. Se identificaron las especies A y D, siendo ampliamente predominante la primera: 74,1% y 75,0% en ambos períodos. El virus SAFV se detectó en el 47,1% y el 52,6% en los períodos 2005-2006 y 2014-2015, respectivamente. SAFV-6 fue el genotipo más identificado en todo el estudio, mientras que SAFV-3 fue predominante en 2005-2006. El aporte de los genotipos 1, 2, 4 y 8 fue menor.

La alta prevalencia de CoSV y SAFV sugiere que ambos virus han estado circulando en la Argentina al menos desde 2005. Los resultados del estudio muestran que un curso de agua con altas tasas de contaminación fecal humana puede constituirse en una fuente persistente de nuevos virus cuya capacidad para producir enfermedades humanas aún se desconoce.

2- Segundo artículo: Análisis de “popularidad” de drogas sintéticas psicoactivas mediante el monitoreo de aguas residuales (2.1.) (2.2.) (2.3.) (2.4.)

Durante los últimos años surgieron múltiples drogas sintéticas psicoactivas (DSPA) que incluyen: (a) productos farmacéuticos que se desvían del mercado legal hacia el ilegal, y (b) productos fabricados en laboratorios clandestinos. Si bien las DSPA son rastreadas por toxicólogos forenses, autoridades de control de drogas y funcionarios de salud pública, es difícil rastrear su presencia global porque cada agencia obtiene y almacena su información de diferentes maneras. Por el contrario, el análisis de aguas residuales permite disponer de información -generalizada, completa, consistente y prácticamente en tiempo real- del consumo de DSPA, así como de la presencia de diversas enfermedades a nivel comunitario. En el estudio aquí reseñado se describe cómo -utilizando aguas residuales- se logró informar, en las Cartas de Ciencia y Tecnología Ambiental de la American Chemical Society (ACS), un mayor uso internacional (entre los años 2020 y 2021) de drogas sintéticas como la eutilona y la 3-metilmetcatinona (3-MMC).

Durante los días feriados de Año Nuevo de 2020 y 2021, los investigadores recolectaron muestras (n=144) de aguas residuales sin procesar de plantas de tratamiento en 25 sitios en 10 países (Australia, Bélgica, Canadá, China, Fiji, Italia, Nueva Zelanda, República de Corea, España y EE.UU.) Todas las muestras se enviaron y analizaron de forma centralizada en la Universidad de Australia del Sur utilizando métodos validados de cromatografía líquida y espectrometría de masas. El estudio se centró en 28 DSPA no metabolizadas, detectándose once (11) de esos compuestos. La mayoría de los compuestos eran catinonas sintéticas. Dentro de esta clase de DSPA, la metcatinona, la eutilona y la -metilmetcatinona (3-MMC) se detectaron con mayor frecuencia y niveles más altos. Cuando se compararon los resultados de 2021 con los de 2020, eutilona y 3-MMC tuvieron mayor presencia y mayores cargas de masa, lo que indica su “popularidad” internacional. También se detectaron estimulantes de la generación “más antigua”, como parametoxianfetamina (PMA), metilona y mefedrona.

Los resultados muestran que el análisis de aguas residuales permite dilucidar la naturaleza dinámica del mercado de DSPA, proporcionando información –prácticamente en tiempo real- sobre los cambiantes patrones de consumo, para minimizar el riesgo público.

3.- Tercer artículo: Vigilancia epidemiología de enfermedades infecciosas mediante el monitoreo de aguas residuales (3)

Las enfermedades infecciosas constituyen una de las amenazas más críticas para la salud pública mundial. La conjunción del cambio climático, con un crecimiento demográfico sin precedentes y con tasas aceleradas de resistencia a los antimicrobianos, ha provocado tanto la aparición de nuevos patógenos como la reaparición de infecciones anteriormente controladas.

Ante la creciente vulnerabilidad a las enfermedades infecciosas en todo el mundo, la capacidad de monitorear rápidamente la propagación de dichas enfermedades es clave para la prevención, intervención y control. Pero los actuales sistemas de vigilancia exhiben relevantes limitaciones para hacer frente a las amenazaa.

La epidemiología basada en aguas residuales (wastewater-based epidemiology, WBE) exhibe el potencial de actuar como un enfoque complementario para los sistemas actuales de vigilancia de enfermedades infecciosas y un sistema de alerta temprana para los brotes de enfermedades. La WBE postula que, mediante el análisis de las aguas residuales de una población, pueden monitorearse -de manera integral y en tiempo real- diversas tendencias, tales como la propagación de enfermedades infecciosas y la aparición de nuevos brotes de enfermedades a nivel comunitario.

El artículo aquí reseñado, cuyas autoras son investigadoras del Department of Chemistry de la University of Bath (UK) presenta la WBE y sus avances recientes con relación a una descripción crítica del estado actual de la vigilancia de enfermedades infecciosas. También proporciona recomendaciones para un mayor desarrollo para la creciente aplicación de la WBE como una herramienta eficaz para la vigilancia de enfermedades infecciosas.

4.- Cuarto artículo: Residuos farmacéuticos en cursos fluviales (4.1.) (4.2.) (4.3.)

Mediante un estudio conducido por el Global Monitoring of Pharmaceuticals Project sobre más de 1.000 localizaciones en 258 ríos de 104 países en los 7 continentes, se verificó que la contaminación con sustancias farmacéuticas es un problema generalizado que representa una amenaza global para la salud ambiental y humana. Se señala que dicha contaminación va a empeorar en la medida que se usen cada vez más soluciones farmacológicas para cualquier enfermedad física o mental. Según Global Monitoring, se trata del estudio más grande y “el primero auténticamente global” sobre la contaminación por ingredientes farmacéuticos activos (Active Pharmaceutical Ingredient API).

Los investigadores se centraron en 61 API de uso común, dejando a miles de otros sin probar, ya que la tecnología actual solo permite medir de 50 a 100 API en cada muestra. Además de detectar las API en cada localización, se determinó si los niveles estaban por encima de los que se creía que causaban daño ecológico, incluidos efectos como la alteración del comportamiento, el cambio de la expresión génica y la feminización de peces macho. Dado que las API podrían tener interacciones tóxicas que no se incorporaron en el análisis, los riesgos ecológicos reales podrían ser más altos que los señalados en el estudio.

Se encontraron puntos críticos de contaminación farmacéutica en todo el mundo, particularmente en áreas con grandes poblaciones o mala gestión de aguas residuales. Lahore en Pakistán tuvo la más alta concentración de API en promedio, seguida por La Paz en Bolivia y Addis Abeba en Etiopía, mientras que las principales ciudades, como Madrid, Glasgow y Dallas, estaban por encima del percentil 80. Los únicos lugares donde no se encontraron API fueron Islandia (17 sitios) y un pueblo indígena en Venezuela.

El investigador y autor principal de la Universidad de York, John Wilkinson, señaló que en la mayoría de las localizaciones los niveles de API no son lo suficientemente altos como para ser considerados peligrosos para los humanos, aunque sí para especies acuáticas. Expresó además que resolver este problema es complicado, ya que “incluso las plantas de tratamiento de aguas residuales más modernas y eficientes no cuentan con capacidad para degradar ciertos compuestos farmacéuticos antes de que terminen en ríos o lagos”.

5.- Quinto artículo: Detección inmediata de enfermedades mediante monitoreo clínico de desechos humanos: con un dispositivo de Internet de las Cosas (IoT) (5.1.) (5.2.)

La startup israelí de salud digital OutSense Diagnostics desarrolló una nueva tecnología de Internet de las Cosas (internet of Things, IoT) para analizar y diagnosticar con precisión desechos humanos en un inodoro estándar. Su solución ofrece una plataforma de monitoreo que permite la detección temprana de enfermedades. La tecnología patentada de OutSense -actualmente en fase de ensayos clínicos en Israel y piloto en Japón- utiliza un pequeño sensor óptico inteligente que se conecta a la taza del inodoro. Allí escanea de manera autónoma los desechos e identifica la huella óptica de las heces y los componentes de la orina y envía los datos a “la nube”, donde son analizados mediante avanzados algoritmos de imágenes y herramientas de inteligencia artificial (IA) para proporcionar indicaciones de diversas enfermedades en tiempo real. El análisis incluye el historial médico del paciente y permite diagnósticos y biorretroalimentación personalizados. El informe generado por el sistema puede incorporarse directamente en el Sistema de Información de Salud (Health Information System, HIS) de una organización y visualizarse en la aplicación móvil de OutSense.

Las características del dispositivo son las siguientes: (a) Automático: no requiere intervención del usuario, (b) Discreto: garantiza la privacidad del usuario, (c) Análisis en tiempo real: no es necesario esperar los resultados de laboratorio, (d) Alertas: el sistema alerta sobre posibles problemas de salud, y (e) Preciso: ofrece alto nivel de precisión analítica y diagnóstica. OutSense anunció que comenzará a poner a prueba su tecnología en EE.UU., previéndose que la producción y las ventas comerciales comenzarán a medados de 2022.

La base de datos de OutSense

La base de datos óptica virtual de OutSense de orina y heces humanas es la primera en su tipo, crece continuamente y puede contribuir a: (a) personalizar una atención médica oportuna, eficaz y precisa, (b) potenciar la recuperación de datos para la investigación médica en diversos campos, (c) identificar tendencias en la salud de poblaciones específicas, (d) detectar precozmente una variedad de dolencias, tales como: (i) Cáncer colorrectal (CCR), (ii) Infección del tracto urinario (ITU), (iii) Diarrea, (iv) Deshidratación, (v) Estreñimiento, (vi) Enfermedad inflamatoria intestinal (EII), (vii) Síndrome del intestino irritable (SII), y (e) personalizar la nutrición, controlar la ingesta de medicamentos, optimizar los complementos alimenticios, entre otras aplicaciones.