Monitoring COVIDU v odpadních vodách

Praha, 5. října 2021 – Vědci z VŠCHT Praha ve spolupráci se společností Pražské vodovody a kanalizace a.s. pravidelně sledují množství viru SARS-CoV-2 v pražských odpadních vodách. Zachycené množství kopií virové RNA jasně ukazuje, že počet nakažených v Praze se v druhé polovině září 2021 blížil počtům zaznamenaným v polovině letošního dubna. Tehdy bylo v hlavním městě evidováno zhruba 5 000 osob s laboratorně prokázaným onemocněním COVID‑19, tj. cca 400 případů na 100 tisíc obyvatel. K 27. září eviduje Ministerstvo zdravotnictví v Praze 1 173 nakažených, podle výskytu virové RNA v odpadních vodách je však reálný počet nakažených několikanásobně vyšší.

„Odhady jsou samozřejmě zatížené určitou chybou, nicméně podle našich dat je v Praze nakažených osob s COVIDEM-19 minimálně tři až pět tisíc,“ říká docent Jan Bartáček z Ústavu technologie vody a prostředí VŠCHT Praha.

Použitá metoda sledování epidemie COVIDU-19 je založena na faktu, že většina nakažených masivně vylučuje zbytky viru ve stolici, a tak se virová RNA dostane do odpadních vod. „Během celé epidemie se potvrzovalo, že množství virové RNA v odpadní vodě jasně koreluje s průběhem epidemie, díky tomu je možné na základě těchto dat odhadovat počty nakažených v populaci,“ vysvětluje docent Bartáček.

Ačkoli do letošního léta data z odpadních vod přibližně odpovídala počtům nakažených reportovaným ministerstvem zdravotnictví, během září stoupaly záchyty v odpadních vodách mnohem rychleji než počty pozitivních klinických testů. Vysoké záchyty byly v září opakovaně zaznamenány v hlavním přítoku na pražskou Ústřední čistírnu odpadních vod, ale také na mnoha menších vzorkovaných lokalitách, jako jsou studentské koleje, některá místa v centru Prahy, okolí autobusového terminálu atd. Virová RNA naproti tomu zatím nebyla zachycena ve zvýšené míře na většině čistě rezidenčních lokalit (pražská sídliště, vilová zástavba atd.).

„Ze získaných výsledků usuzujeme, že skutečně prudce stoupá počet nakažených, kteří vylučují virus do odpadních vod. Nesoulad s oficiálními počty nakažených může vyplývat z toho, že se v Praze vyskytuje velké množství lidí s méně závažným průběhem nemoci, kteří se nenechávají testovat. To může souviset např. s vysokou proočkovaností nebo promořeností populace,“ uvádí docent Bartáček s tím, že považuje společně s kolegy z Ústavu mikrobiologie a biochemie a Ústavu biotechnologie za důležité, aby se relevantní státní instituce tímto zjištěním vážně zabývaly a urychleně zvýšili intenzitu testování tak, aby oficiální statistiky lépe odpovídaly skutečnému průběhu epidemie.

Metodika

Z klinických dat vyplývá, že minimálně 45 % pacientů s nemocí COVID-19 vylučuje ve stolici RNA viru SARS-CoV-2 a to i v případě, že netrpí průjmovými obtížemi, popř. nevykazují vůbec symptomy onemocnění COVID-19 ^3-5. Některé studie uvádějí i vyšší zastoupení těchto pacientů, např. Chan, et al. ⁶ uvádí 66 % a Papoutsis, et al. ⁷ dokonce 100 %. Vzhledem k tomu, že podstatná část pacientů vyhledává lékařskou pomoc až při propuknutí závažnějších syndromů nemoci, mohou data získaná z odpadních vod indikovat vývoj epidemie až s dvoutýdenním předstihem oproti klinickým datům ^1,8 a to i přesto, že pacienti s COVIDEM-19 vylučují virovou RNA ve stolici poněkud později než je detekovatelná v horních cestách dýchacích ³.

Vypovídací hodnotu dat získaných z odpadních vod částečně problematizuje fakt, že specifické množství virové RNA produkované jednotlivými pacienty se může lišit až o několik řádů ^5,9. Jednotná také není doba, po kterou lze SARS-CoV-2 detekovat ve stolici. Ta se typicky pohybuje mezi 14 a 21 dny ⁵, ale může i přesahovat 30 dní ³. I přesto bylo publikováno mnoho data ukazujících vysokou epidemiologickou hodnotu dat z odpadních vod ^10-14.

V  České republice bylo dosud zveřejněno velmi málo dat o přítomnosti SARS-CoV-2 v odpadních vodách. Hlavní aktivitou v této oblasti je společný projekt Výzkumného ústavu vodohospodářského T. G. Masaryka (VÚV TGM), Výzkumného ústavu veterinárního lékařství (VÚVeL), sdružení SOVAK a Státního zdravotního ústavu (SZÚ), který sledoval přítomnost viru v nátocích 33 českých čistíren odpadních vod ¹⁶. Data publikovaná z tohoto výzkumu zahrnují letní období roku 2020. V té době nebyl výskyt onemocnění COVID-19 tak vysoký jako na jaře 2021 a metodika byla stále ve vývoji.

VŠCHT Praha ve spolupráci s Pražskými vodovody a kanalizacemi (PVK a.s.) získaly v květnu roku 2020 financování na pilotní výzkum výskytu viru SARS-CoV-2 v odpadní vodě na různých místech pražské stokové sítě (jako rozšíření grantu SS01020112 poskytnutého agenturou TA ČR). V rámci tohoto projektu byla vyvinuta kompletní metodika pro kvantitativní stanovení kopií virové RNA (cílové geny S a N1) v odpadních vodách na základě RT-qPCR (reverzní transkripce – kvantitativní polymerázová řetězová reakce).

Literatura

1. Melvin, R. G., Chaudhry, N., Georgewill, O., Freese, R. & Simmons, G. E. Predictive power of SARS-CoV-2 wastewater surveillance for diverse populations across a large geographical range. medRxiv, doi:10.1101/2021.01.23.21250376 (2021).
2. Wu, F. Q.et al. SARS-CoV-2 Titers in Wastewater Are Higher than Expected from Clinically Confirmed Cases. mSystems 5, 9, doi:10.1128/mSystems.00614-20 (2020).
3. Wu, Y.et al. Prolonged presence of SARS-CoV-2 viral RNA in faecal samples. The Lancet Gastroenterology & Hepatology 5, 434-435, doi:10.1016/s2468-1253(20)30083-2 (2020).
4. Cheung, K. S.et al. Gastrointestinal Manifestations of SARS-CoV-2 Infection and Virus Load in Fecal Samples From a Hong Kong Cohort: Systematic Review and Meta-analysis. Gastroenterology 159, 81-95, doi:10.1053/j.gastro.2020.03.065 (2020).
5. Hong, P. Y.et al. Estimating the minimum number of SARS-CoV-2 infected cases needed to detect viral RNA in wastewater: To what extent of the outbreak can surveillance of wastewater tell us?  Res. 195, doi:10.1016/j.envres.2021.110748 (2021).
6. Chan, V. W.et al. A systematic review on COVID-19: urological manifestations, viral RNA detection and special considerations in urological conditions. World J Urol, doi:10.1007/s00345-020-03246-4 (2020).
7. Papoutsis, A.et al. Detection of SARS-CoV-2 from patient fecal samples by whole genome sequencing. Gut Pathogens 13, doi:10.1186/s13099-021-00398-5 (2021).
8. Medema, G., Heijnen, L., Elsinga, G., Italiaander, R. & Brouwer, A. Presence of SARS-Coronavirus-2 RNA in Sewage and Correlation with Reported COVID-19 Prevalence in the Early Stage of the Epidemic in The Netherlands.  Sci. Technol. Lett.7, 511-516, doi:10.1021/acs.estlett.0c00357 (2020).
9. Wölfel, R.et al. Virological assessment of hospitalized patients with COVID-2019. Nature 581, 465-469, doi:10.1038/s41586-020-2196-x (2020).
10. Aguiar-Oliveira, M. D.et al. Wastewater-Based Epidemiology (WBE) and Viral Detection in Polluted Surface Water: A Valuable Tool for COVID-19 Surveillance-A Brief Review.  J. Environ. Res. Public Health 17, 19, doi:10.3390/ijerph17249251 (2020).
11. Ahmed, W.et al. SARS-CoV-2 RNA monitoring in wastewater as a potential early warning system for COVID-19 transmission in the community: A temporal case study. Science of the Total Environment 761, 9, doi:10.1016/j.scitotenv.2020.144216 (2021).
12. Arora, S.et al. Sewage surveillance for the presence of SARS-CoV-2 genome as a useful wastewater based epidemiology (WBE) tracking tool in India. Water Sci. Technol. 82, 2823-2836, doi:10.2166/wst.2020.540 (2020).
13. Collivignarelli, M. C.et al. SARS-CoV-2 in sewer systems and connected facilities. Process Saf. Environ. Prot. 143, 196-203, doi:10.1016/j.psep.2020.06.049 (2020).
14. D’Aoust, P. M.et al. Quantitative analysis of SARS-CoV-2 RNA from wastewater solids in communities with low COVID-19 incidence and prevalence. Water Res. 188, 13, doi:10.1016/j.watres.2020.116560 (2021).
15. Wade, M.et al. Wastewater COVID-19 Monitoring in the UK: Summary for SAGE – 19/11/20. (Joint Biosecurity Centre 2020).
16. Mlejnkova, H.et al. Preliminary Study of Sars-Cov-2 Occurrence in Wastewater in the Czech Republic.  J. Environ. Res. Public Health 17, 9, doi:10.3390/ijerph17155508 (2020).