Brazilian Journal of Health Review ISSN: 2595-6825 5051 Brazilian Journal of Health Review, Curitiba, v.4, n.2, p. 5051-5066 mar./apr. 2021 A importância do monitoramento do SARS-CoV-2 em redes de esgoto e estações de tratamento de águas residuárias The importance of monitoring the SARS-CoV-2 in sewage networks and wastewater treatment plants DOI:10.34119/bjhrv4n2-083 Recebimento dos originais: 04/02/2021 Aceitação para publicação: 11/03/2021 Pedro Henrique Mainardi Doutor em Ciências Biológicas (Microbiologia Aplicada) Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (UNESP), Instituto de Biociências, Departamento de Biologia Geral e Aplicada, Rio Claro, SP, Brasil Av. 24A, 1515-Bela Vista, Rio Claro, SP, 13506-900, Brasil pedro.h.mainardi@unesp.br Ederio Dino Bidoia Doutor em Ciências Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (UNESP), Instituto de Biociências, Departamento de Biologia Geral e Aplicada, Rio Claro, SP, Brasil Av. 24A, 1515-Bela Vista, Rio Claro, SP, 13506-900, Brasil ederio.bidoia@unesp.br RESUMO O SARS-CoV-2, um novo tipo de coronavírus capaz de infectar humanos e causar a síndrome respiratória aguda grave COVID-19, tem causado enormes impactos em toda a Terra. A doença, devido ao seu alto potencial de disseminação e alto índice de fatalidade, foi decretada como pandêmica pela Organização Mundial da Saúde em março de 2020. Pacientes com COVID-19, incluindo casos leves ou assintomáticos, frequentemente foram vistos por conter em amostras de urina e fezes fragmentos infecciosos do vírus SARS-CoV-2. Dessa forma, estudos de detecção do novo coronavírus nas redes de esgoto e em estações de tratamento de águas residuárias, que coletam e concentram excretos humanos, têm sido extremamente úteis como uma ferramenta de monitoramento do vírus nas comunidades. A abordagem, comumente aplicada na elaboração de diagnósticos não- invasivos sobre a circulação de substâncias químicas e poluentes nas populações, poderia ser utilizada como um alerta rápido sobre possíveis surtos de COVID-19. Esse tipo de monitoramento propiciaria melhores previsões acerca da propagação do SARS-CoV-2, além de fomentar o desenvolvimento de melhores medidas de contenção viral, sistemas de desinfecção e avaliação da eficácia das vacinas. Nesta revisão, foram apresentados relatos de detecção do SARS-CoV-2 nas redes de esgoto e estações de tratamento de águas residuárias, e abordado a importância do monitoramento do novo coronavírus nesse ambiente. Palavras-chave: Epidemiologia, Monitoramento epidemiológico, Saúde pública, Medicina preventiva, Vigilância epidemiológica, Saúde coletiva. Brazilian Journal of Health Review ISSN: 2595-6825 5052 Brazilian Journal of Health Review, Curitiba, v.4, n.2, p. 5051-5066 mar./apr. 2021 ABSTRACT SARS-CoV-2, a new type of coronavirus capable to infect humans and to cause the severe acute respiratory syndrome COVID-19, has been causing enormous impacts across the Earth. The disease, due to its high dissemination potential and high fatality rate, was declared as pandemic by the World Health Organization in March 2020. COVID-19 patients, including mild or asymptomatic cases, have often been seen to contain infectious fragments of SARS-CoV-2 virus in urine and feces samples. Thus, studies to detect the new coronavirus in sewage networks and wastewater treatment plants, which collect and concentrate human excreta, have been extremely useful as a tool for monitoring the virus in communities. The approach, commonly used in the elaboration of non-invasive diagnoses about the circulation of chemical substances and pollutants in populations, could be used as a quick alert about possible outbreaks of COVID-19. This type of monitoring would provide better predictions about the SARS-CoV-2 spread, in addition to promote the development of better viral containment measures, disinfection systems and the evaluation of the effectiveness of vaccines. In this review, it were presented reports of SARS-CoV-2 detection in sewage networks and wastewater treatment plants, and it was addressed the importance of monitoring the new coronavirus in this environment. Keywords: Epidemiology, Epidemiological monitoring, Public health, Preventive medicine, Epidemiological surveillance, Public health. 1 INTRODUÇÃO SARS-CoV-2, um novo tipo de coronavírus filogeneticamente pertencente ao gênero Betacoronavirus e subgênero Sarbecovirus, foi visto por ser capaz de infectar humanos e causar a síndrome respiratória aguda grave, doença chamada de COVID-191. Embora a origem do SARS-CoV-2 seja controversa, a primeira detecção do vírus foi registrada no dia 31 de dezembro de 2019, na cidade de Wuhan na China2,3. As rápidas disseminações, em conjunto com os altos índices de fatalidade devido a graves infecções causadas no sistema respiratório humano, tornaram a doença um grande problema de saúde mundial4,5. A COVID-19 foi considerada como uma emergência de saúde em escala global pela Organização Mundial da Saúde (OMS) no final de janeiro de 2020, e adquiriu proporções pandêmicas em março de 20203,6,7. De acordo com a OMS, no dia 25 de setembro de 2020, aproximadamente 235 países, áreas ou territórios haviam sido afetados pela COVID-19, com 32.110.656 casos confirmados e 980.031 fatalidades. No Brasil, nessa mesma data, haviam aproximadamente 4.624.885 casos confirmados e 138.977 obtidos devido a COVID-198. Pacientes sintomáticos com COVID-19, em geral, têm seu sistema respiratório afetado e apresentado febre, tosse seca, fadiga, rinorréia, dispnéia e, em alguns casos, pneumonia grave9,10. Outros sintomas clínicos como letargia, dor muscular, dor de Brazilian Journal of Health Review ISSN: 2595-6825 5053 Brazilian Journal of Health Review, Curitiba, v.4, n.2, p. 5051-5066 mar./apr. 2021 cabeça, além de manifestações nos sistemas neurológico, cardiovascular, visual, renal, imunológico e gastrointestinal, como diarreia e vomito, também foram observados em pacientes contaminados11,12,13,14,15,16. A transmissão do SARS-CoV-2 é feita pelo ar, pelo contato direto através de secreções como gotículas respiratórias e saliva, ou pelo contato indireto através de superfícies contaminadas17,18,19. As melhores práticas para limitar o contagio da doença têm sido medidas de proteção, como a higiene pessoal, utilização de máscaras faciais, protetores oculares, desinfecção de superfícies e distanciamentos físicos20,21,22,23,24. De acordo com relatos, pacientes diagnosticados com COVID-19, incluindo casos leves e assintomáticos, frequentemente foram vistos por conter em amostras de fezes e urina fragmentos do vírus SARS-CoV-225,26,27,28,29. Os fragmentos, geralmente partículas de genoma viral detectáveis através de métodos de biologia molecular, têm presumido a replicação ativa do vírus nesses ambientes13,30,31,32. Embora sem comprovação, a presença de fragmentos virais nessas amostras, infecciosos em alguns casos, tem levantado a possibilidade da transmissão do vírus SARS-CoV-2 através do contato com fezes e urina de pacientes contaminados33,34,35,36,37. 2 DETECÇÕES DO SARS-COV-2 EM REDES DE ESGOTO E ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS A presença do vírus SARS-CoV-2 em estações de tratamento de águas residuárias (ETARs) foi confirmada em amostras coletadas em março de 2019 em Barcelona, antes de qualquer relato de caso de COVID-19 no mundo38. Outros estudos, como o de FONGARO39 e LA ROSA40, também indicaram a presença do novo coronavírus em amostragens feitas em redes de esgoto e ETARs no Brasil e Itália nos respectivos meses de novembro e dezembro de 2019, datas anteriores ao primeiro caso oficial relatado na China41. Os achados, embora requeiram estudos mais detalhados e verificações42, corroboraram evidencias clínicas, imunológicas e moleculares que forneceram evidencias de que o vírus SARS-CoV-2 estava em circulação antes do suposto43,44,45,46,47. Outros estudos também detectaram o SARS-CoV-2 em amostras obtidas em redes de esgoto e ETARs nos meses de fevereiro e março de 2020 na Austrália, China, Espanha, Estados Unidos, França, Holanda e Paquistão48,49,50,51,52,53,54. O novo coronavírus também foi detectado em amostragens feitas em águas residuárias nos meses de abril e maio de 2020 na Alemanha, Brasil, Chile, Índia, Israel, Japão, República Checa e Turquia55,56,57,58,59,60,61,62. Brazilian Journal of Health Review ISSN: 2595-6825 5054 Brazilian Journal of Health Review, Curitiba, v.4, n.2, p. 5051-5066 mar./apr. 2021 Os métodos de detecção do SARS-CoV-2 em amostras provindas de redes de esgoto e ETARs, feitos através de procedimentos de biologia molecular, têm propiciado a cópia e a quantificação da presença de fragmentos de material genético do vírus através de replicações in-vitro. Os métodos, baseados na técnica de “Transcrição Reversa seguida de Reação em Cadeia da Polimerase em tempo real” (RT-qPCR), têm sido considerados como confiáveis, altamente específicos e sensíveis63,64. De acordo com relatos, os métodos de RT-qPCR, quando utilizados na detecção de vírus em amostras de águas residuárias, foram capazes de determinar com sucesso a diversidade e a abundância de diversos patógenos virais, incluindo o Zika, Adenovirus, Norovirus GII, Sapovirus, Herpesvirus humano 6 e 8, Aichi, Hepatite A e E, Salivirus65,66,67,68,69. 3 IMPORTÂNCIA DO MONITORAMENTO DO SARS-COV-2 EM ÁGUAS RESIDUÁRIAS Análises em redes de esgoto e ETARs, que coletam e concentram os excretos humanos, têm sido frequentemente utilizadas para monitorar de forma qualitativa ou quantitativa a presença de compostos químicos, poluentes e patógenos nas comunidades70,71 (Figura 1). A abordagem tem propiciado a elucidação da dinâmica da circulação das substâncias em escalas espaciais e temporais, e utilizada para gerar informações referentes aos hábitos e comportamentos das populações de forma não- invasiva72,73,74. A estratégia também tem sido utilizada com sucesso na elaboração de diagnósticos com baixo custo, sem a necessidade de aprovações em comitês de ética75. Os resultados, dependendo das análises, têm sido gerados em curtos espaços de tempo e frequentemente utilizados como uma ferramenta de vigilância em saúde pública73,75. Brazilian Journal of Health Review ISSN: 2595-6825 5055 Brazilian Journal of Health Review, Curitiba, v.4, n.2, p. 5051-5066 mar./apr. 2021 Figura 1. Diagrama esquemático dos caminhos percorridos pelas águas residuárias na maioria das comunidades urbanas. Autoria própria O monitoramento de águas residuárias como uma ferramenta de vigilância epidemiológica, chamada de Epidemiologia Baseada em Águas Residuárias ou Wastewater-Based Epidemiology (EBAR ou WBE), foi definida por FOLADORI76 como “a aplicação e desenvolvimento de métodos de quantificação de biomarcadores humanos em águas residuárias para avaliar o estilo de vida, saúde e a exposição em nível de comunidade”. A estratégia, quando voltada para a detecção de patógenos virais como o SARS-CoV-2, tem sido considerada como uma forma rápida, econômica, não-invasiva e robusta de rastreamento viral e controle epidemiológico74,77,78,79. 4 IMPLANTAÇÃO DO MONITORAMENTO DO SARS-COV-2 EM ÁGUAS RESIDUÁRIAS NO BRASIL No Brasil, a detecção do SARS-CoV-2 em redes de esgoto e ETARs tem o potencial de contribuir enormemente nos esforços de manutenção da saúde pública. A aplicação da estratégia, além de propiciar melhores previsões acerca da propagação da COVID-19 nas comunidades, poderia ser utilizada na geração de alertas rápidos sobre possíveis surtos de COVID-19, e na implementação de melhores medidas de contenção do vírus48,50,73,76,80,81,82,83 (Figura 2). O monitoramento do SARS-CoV-2 em redes de esgoto e ETARs também possibilitaria a contabilização de casos assintomáticos nas comunidades, ou seja, doentes que não demonstram sintomas, porém, que ainda podem disseminar a COVID-1948,84,85. Os diagnósticos, de acordo com estudos, também Brazilian Journal of Health Review ISSN: 2595-6825 5056 Brazilian Journal of Health Review, Curitiba, v.4, n.2, p. 5051-5066 mar./apr. 2021 poderiam ser utilizados para testar a eficiência dos sistemas de desinfecção viral, e também na avaliação da eficácia das vacinas54,75,86. Figura 2. Monitoramento das águas residuárias como uma ferramenta de vigilância epidemiológica. Autoria própria A aplicação dos métodos de detecção e monitoramento do SARS-CoV-2 em águas residuárias e sua utilização como ferramenta de vigilância epidemiológica, entretanto, ainda apresenta desafios consideráveis. A implantação da estratégia requer a elaboração de padrões, normas e legislações fundamentadas em evidencias cientificas, além da capacitação de profissionais de monitoramento e a modernização das infraestruturas de análises7,87,88. Têm sido imprescindíveis também práticas voltadas para a conscientização dos cidadãos, além da readequação das ETARs, visando melhor qualidade de gestão, desinfecção, e maior segurança na operação das plantas de tratamento89,90,91,92,93. Sobretudo, como ressaltado por diversos autores, mediante ao atual cenário brasileiro, têm sido urgente maiores investimentos nas áreas de monitoramento ambiental, saneamento e abastecimento hídrico72,73,75,94. 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Devido ao fato de que pacientes com COVID-19, incluindo casos leves ou assintomáticos, foram comumente vistos por conter em amostras de fezes e urina fragmentos infecciosos do SARS-CoV-2, estudos de detecção e monitoramento do novo coronavírus em redes de esgoto e ETARs, que coletam e concentram os desejos humanos, têm demonstrado grande potencial de serem utilizados como uma ferramenta de vigilância epidemiológica. A abordagem, denominada de EBAR, propiciaria melhores previsões acerca da propagação do SARS-CoV-2, além da avaliação dos sistemas de Brazilian Journal of Health Review ISSN: 2595-6825 5057 Brazilian Journal of Health Review, Curitiba, v.4, n.2, p. 5051-5066 mar./apr. 2021 desinfecção e da eficácia das vacinas. Em especial, o monitoramento do SARS-CoV-2 em águas residuais poderia ser utilizado na geração de alertas rápidos sobre possíveis surtos de COVID-19, e assim, no desenvolvimento e aplicação de melhores estratégias de contenção viral. O monitoramento do vírus SARS-CoV-2 em águas residuárias como uma ferramenta de vigilância epidemiológica, entretanto, apresenta desafios significativos. Os métodos de detecção requerem a elaboração de normas e legislações fundamentadas em evidencias cientificas, além da adequação das infraestruturas de diagnóstico e a qualificação dos profissionais engajados no monitoramento. Práticas voltadas para a conscientização dos cidadãos e a readequação das plantas de tratamento, visando, sobretudo, maior segurança e saúde dos cidadãos e funcionários, também foram vistas por serem amplamente requeridas. Sobretudo, considerando o grau de periculosidade da pandemia, tem sido amplamente necessário maiores investimentos em áreas como o monitoramento ambiental, saneamento, abastecimento hídrico, além de maior comprometimento por parte dos cidadãos, órgãos governamentais e políticas de saúde pública. AGRADECIMENTOS O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001. Os autores P.H.M. e E.D.B. agradecem a CAPES pelo auxílio financeiro e a UNESP pelo apoio. P.H.M. agradece C.T.M., C.M., G.M. e J.F.M. pela imprescindível colaboração e suporte. 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