COVID-19 kontra monitoring ścieków. Obieg zamknięty?

Niemal od początku wybuchu pandemii prowadzony jest monitoring ścieków przez odpowiednie służby. Jednak naukowcy poszli krok dalej i do współpracy zaprosili genetyków. Okazuje się, że COVID-19 doskonale radzi sobie w kanalizacyjnym podziemiu. Jego migracji przyjrzał się międzynarodowy zespół. Wśród badaczy był dr inż. Łukasz Migdał z Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie.

Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda testowali próbki ścieków z dziesięciu hrabstw, aby sprawdzić, czy można wykryć w nich koronawirusaGetty Images

Lidia Ostólska: Badania ścieków pod kątem obecności patogenów są wykonywane regularnie. Jednak w przypadku COVID-19 naukowcy postanowili zewrzeć szyki. Powód?

Dr inż. Łukasz Migdał, Wydział Hodowli i Biologii Zwierząt, Katedra Genetyki, Hodowli i Etologii Zwierząt - Wszystko zaczęło się od międzynarodowego projektu badawczego AQUASENSE. Naukowcy zauważyli niepokojące zjawisko. Eksperci z uniwersytetów z Exeter i Glasgow w Wielkiej Brytanii obawiali się, że jeśli wirus może przenosić się przez wodę, to potencjalnie jest w stanie infekować zwierzęta wodne oraz te, które żyją na tym terenie. I tu do akcji wkroczyli genetycy.

Mieszkańcy Villa Itati obserwują rzekę zanieczyszczoną domowymi ściekamiGetty Images

I co się okazało?

- Połączyliśmy opublikowane wcześniej dane na temat przeżywalności wirusa w różnych temperaturach z satelitarnymi pomiarami temperatur wód powierzchniowych. Na tej podstawie byliśmy w stanie obliczyć, jak stężenie aktywnego wirusa wprowadzonego do wód w różnych częściach świata, będzie się zmieniać w czasie.

- Łącząc to z kolejnymi faktami na temat zawartości wirusa w fekaliach, byliśmy w stanie wyliczyć spodziewane stężenie wirusa w ściekach w zależności od liczby zakażonych na danym obszarze.

- Okazało się, że model bardzo dobrze odtwarza historyczne wyniki pomiarów stężenia wirusa w oczyszczalni ścieków w New Haven, USA wiosną 2020. Wtedy zaczęliśmy się zastanawiać nad możliwością transmisji wirusa na zwierzęta żyjące w wodzie i w jej pobliżu.

Ścieki są oczyszczane. Zatem jaką rolę w obliczu pandemii odgrywa chlor?

- Niewątpliwie chlor skutecznie dezaktywuje SARS-CoV-2. Chlorowanie w ilości zalecanej przez WHO spełnia minimalne wymogi do dezaktywacji wirusa i tym samym ogranicza jego rozprzestrzenianie się. Jest jeszcze coś. W opracowaniach naukowych duże kontrowersje budzi promieniowanie UV niezbędne do unieszkodliwienia wirusa. Jednak bez dokładniejszych badań nie wiadomo, czy sterylizowania ścieków zgodnie z normami promieniowaniem UV jest skuteczne wobec SARS-CoV-2. Najnowsze publikacje wskazują, że tak.

Strażak umieszczający barwnik w toalecie przed pobraniem próbek ze ścieków z Marsylii w celu wykrycia śladów COVID-19Getty Images

To oznacza, że nieodpowiednie oczyszczanie może doprowadzić do tzw. obiegu zamkniętego ścieków?

- Z naszych badań i danych z New Haven wynika, że większość wirusów, szacujemy, że co najmniej 90 proc., wytrąca się w zbiornikach opadowych oczyszczalni ścieków. Niestety nie jesteśmy w stanie w prosty sposób, bez analiz próbek, ocenić, ile wirusa trafia do wód oczyszczonych, ani jak skuteczne są dalsze fazy oczyszczania wody, takie jak naświetlanie UV. Stąd nasze badania skoncentrowały się na hipotetycznych scenariuszach.

- Przede wszystkim jesteśmy w stanie wyliczyć spodziewane stężenie wirusa w ściekach w zależności od liczby chorych i klimatu. To nie wszystko. Na podstawie stężenia wirusa w ściekach możemy również wyliczyć rzeczywistą liczbę chorych na danym obszarze. Okazuje się, że ryzyku transmisji wirusa przez wodę sprzyja kombinacja niskiej temperatury i niskich opadów. Kraje pustynne paradoksalnie nie są narażone, ponieważ wody jest tam niewiele, ale wysoka temperatura bardzo szybko zabija wirusa. Z kolei w krajach takich jak Norwegia, mamy do czynienia z dużą ilością opadów, które powodują szybkie rozcieńczenie ścieków, co zmniejsza stężenie wirusa.

A co z Polską?

- Niestety, do krajów grupy wysokiego ryzyka należy m.in. Polska. Naszym zdaniem ignorowanie przez władze sanitarne możliwości transmisji wirusa przez wodę może stanowić jedną z przyczyn trudności z opanowaniem epidemii.

- Symptomatyczny jest tu przykład Nowego Jorku, gdzie zeszłej wiosny nie udało się zidentyfikować źródła połowy zakażeń pomimo ścisłej kwarantanny i śledzenia kontaktów. Całkowicie pomija się możliwość transmisji np. w pionach kanalizacyjnych. Przy okazji należy wspomnieć, że koronawirus jest bardzo szybko unieszkodliwiany w wyższych temperaturach: po trzech minutach w 75⁰C i pięciu minutach w 65⁰C, ale w temperaturze 60⁰C potrzeba już 20 minut. W temperaturze pokojowej może przetrwać 1-2 tygodnie, natomiast w temperaturze 4⁰C lub niższej teoretycznie może przetrwać kilka miesięcy. Zagrożenie jest więc z jednej strony proste do eliminacji - poprzez gotowanie wody i jedzenia - a z drugiej strony należy uważać np. na opakowania mrożonek. Na szczęście umycie ich mydłem lub detergentem jest również skutecznym sposobem eliminacji wirusa.

Flamingi żerują w stawie oczyszczonych ścieków w mieście NakuruGetty Images

Wielu ekspertów mówi o kolejnych mutacjach wirusa. Mamy powody do obaw?

- Pamiętajmy, że liczba kopii wirusa spadnie poniżej poziomu wykrywanego PCR, ale on wciąż będzie nam towarzyszył. Jak długo będzie utrzymywał się w środowisku wodnym i stanowił zagrożenie nie tylko dla ludzi, ale i dla zwierząt wodnych i wodno-lądowych?

- Walenie mają prawie identyczną strukturę konserwatywnej części białka ACE2, które wiąże się z białkiem S, wirusa umożliwiając infekcję. Dlatego mogą one być rezerwuarem wirusa, jeśli ścieki przy odpowiednim tempie spływania rzekami i temperaturze dostaną się do morza.

- Tak się pechowo składa, że walenie zamieszkują wody zimne, sprzyjające długiej przeżywalności wirusa oraz często żerują w ujściach rzek, w których zlewniach mieszka wiele osób. Świetnym przykładem jest system Rzeki Św. Wawrzyńca, zamieszkały przez około 100 mln osób w USA i Kanadzie. Również zagrożeniem mogą być zwierzęta bytujące wokół środowisk wodnych lub polujące tam np. nasze domowe koty, które w ten sposób mogą roznosić wirusa.

Zagrożeniem mogą być np. domowe koty, polujące w pobliżu akwenów123RF/PICSEL

W przyszłości obserwując gospodarkę wodno-kanalizacyjną jesteśmy w stanie przewidzieć pandemię lub jej skalę?

- Jest to jedno z narzędzi, które może być pomocne w ocenianiu ryzyka rozprzestrzeniania się patogenu. Pokazano, jak bardzo czuły jest ekosystem, a nieumiejętne gospodarowanie ściekami może doprowadzić do rozprzestrzeniania się wirusa. Należy zwrócić szczególną uwagę na możliwości przedostawania się ścieków do rzek, czy cieków wodnych jak niestety miało to miejsce w przypadku Czajki.