Nová zbraň proti covidu-19. Vědci žádají o pomoc

Praha – Česko trápí v souvislosti s onemocněním covid-19 zásadní problém – dlouhodobě vysoký podíl pozitivních testů. Skutečný rozsah epidemie ve společnosti tedy neznáme, ale jen odhadujeme. Řešením může být nová analytická metoda založená na stanovení obsahu RNA viru SARS-CoV-2 v odpadních vodách, která přináší několik zásadních výhod – je zcela nezávislá na ochotě nakažených podstoupit klinické testování, získává data s předstihem, je výrazně levnější, lze díky ní odhalovat ohniska epidemie a sledovat šíření nových mutací. K prosazení metody je však potřeba pomoci státních institucí, soukromých laboratoří, epidemiologů, případně velkých tuzemských firem.

Metodu vyvinula VŠCHT Praha ve spolupráci s Pražskými vodovody a kanalizacemi a od července 2020 probíhá pilotní monitoring ve 14 lokalitách pražské stokové sítě. Vzorkování je zaměřeno především na obytné lokality (sídliště, vilová zástavba, centrum Prahy, VŠ koleje), ale i na další důležité objekty, jako jsou Letiště Václava Havla, nemocnice, obchodní centrum atd. „V současné době je monitoring rozšířen i o další důležitá odběrová místa stokové sítě a odběr vzorků probíhá častěji, a to 2 – 3x týdně,“ říká Ing. Petr Sýkora, Ph.D., technický ředitel Pražských vodovodů a kanalizací.

„Výsledky z tohoto sledování ukazují, že především v obytných oblastech data z odpadních vod velmi dobře korelují s epidemickou situací. V řadě případů byly nárůsty počtů kopií virové RNA pozorovány s předstihem 1 – 2 týdny oproti datům z klinických testů publikovaných pro území Prahy,“ vysvětluje docent Jan Bartáček z VŠCHT Praha s tím, že do sledování přítomnosti viru SARS-CoV-2 v odpadních vodách vkládá velké úsilí řada vyspělých zemí. Průkopníkem je Nizozemí, kde je v současnosti centrálně organizován monitoring přítomnosti viru v odpadních vodách ve více než 300 městských čistírnách odpadních vod. Rozsáhlé studie publikovaly i instituce ve Spojených státech amerických nebo ve Velké Británii. 

Využití nového monitoringu je několikeré. Kromě získání objektivních dat o vývoji epidemie lze v době ustupující epidemie s předstihem odhalovat nová ohniska, identifikovat rizikové zóny a sledovat zasažení významných objektů, jako jsou nemocnice, budovy veřejné správy atd. Nabízí se také využití pro sledování šíření nových mutací viru. „V tomto případě jsou zatím známá pouze data ze zahraničí,  v ČR se dosud takové testování neprovádí, ale metodiku lze o toto sledování snadno rozšířit,“ říká docent Bartáček.

Řešitel několika prestižních mezinárodních grantů upozorňuje, že data, která získal jeho tým v rámci pilotního monitoringu v Praze a okolí, jsou jen předběžná. „Rozsah vzorkování zatím není dostatečný pro kvalitní epidemiologický výzkum, který by mohl být využitý pro řízení epidemiologických opatření na území konkrétních měst, případně celé České republiky. Proto v současné době hledáme podporu pro mnohem rozsáhlejší monitoring (častější vzorkování na více lokalitách).

Rozvinout metodu nejenže dává velký smysl kvůli efektivnějšímu boji proti pandemii, ale bude to také nutné s ohledem na nové doporučení Evropská komise, aby členské státy monitorovaly odpadní vody v čistírnách odpadních vod s kapacitou alespoň 150 tis. ekvivalentních obyvatel, a to nejpozději od 1. 10. 2021. 

Kdo tedy může pomoci slibnou metodu naplno verifikovat a posunout k plnému využití?  

V první řadě instituce státní správy a samosprávy, které by využily produkovaná data, a přitom byly ochotny výzkum podpořit finančně, technicky nebo organizačně. Dále analytické laboratoře komerční i veřejné, jimž je VŠCHT Praha ochotna poskytnou metodiku předúpravy vzorků i RT-qPCR. „Potřebovali bychom spolupracovat i s epidemiology, kteří by byli schopni v reálném čase vyhodnocovat a interpretovat námi získaná data,“ doplňuje Bartáček. Prostor je i pro velké tuzemské firmy, který by byly ochotné do veřejně prospěšného výzkumu investovat. 

Informace k metodě

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 COVID-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, a tak dosažené výsledky nemají stejnou vypovídající hodnotu jako výsledky naměřené v poslední době. Současný výzkum zmíněného konsorcia probíhá pouze v omezené míře.

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? Environ. 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. Environ. 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. Int. 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. Int. J. Environ. Res. Public Health 17, 9, doi:10.3390/ijerph17155508 (2020).