„Celú pandémiu ochorenia COVID-19 na Slovensku máme zamrazenú v našich mraziacich boxoch,“ hovorí Tomáš Mackuľak. V laboratóriách Oddelenia environmentálneho inžinierstva FCHPT STU sú umiestnené vzorky, ktoré obsahujú odpadovú vodu z vyše 30 čistiarní.
Už počas prvej vlny vzniklo viacero štúdií, ktoré popisovali, že ľudia nakazení novým koronavírusom vylučujú častice vírusu v stolici. Dnes vieme, že to neplatí pre každého, ale pre veľkú časť infikovaných áno.
Koronavírus sa v stolici môže objaviť už pred prvými klinickými príznakmi ochorenia.
Uvedené poznatky by sa dali využiť pri manažovaní pandémie, lebo zvýšený výskyt koronavírusu v odpadovej vode môže naznačovať v regióne nové ohnisko. Analýza odpadových vôd v princípe umožňuje, aby sa ohnisko odhalilo ešte pred PCR testovaním, ktoré ľudia vyhľadajú, keď majú príznaky.
Odpadové vody za účelom monitoringu výskytu biomarkerov, spotreby ilegálnych drog alebo rôznych metabolitov v populácii sa vo svete sledujú už viac ako 15 rokov. Ešte dlhšie sa v nich sleduje výskyt poliovírusu, ktorý spôsobuje detskú obrnu. Analýza odpadových vôd preto nepredstavuje žiadnu novinku. Stávajú sa postupne významným doplňujúcim zdrojom informácií popisujúcich do určitej miery napr. zdravotný stav monitorovanej populácie.
„Ako prví našli koronavírus v odpadových vodách Holanďania,“ hovorí Mackuľak a dodáva: „Vytvorili následne aj www stránku, ktorú v súčasnosti každý týždeň aktualizujú o nové údaje.“
V Holandsku začali monitorovať odpadové vody na prítomnosť nového koronavírusu v siedmich mestách a letisku už vo februári 2020. V meste Amersfoort neďaleko Amsterdamu našli prvý prípad nového koronavírusu v odpadovej vode ešte predtým, než sa v marci 2020 oficiálne potvrdil.
V tomto období sa začal monitoring aj na Slovensku, konkrétne na OEI FCHPT STU v Bratislave, kde začal najprv zber vzoriek koncom februára a analýza vzoriek začala v apríli na Katedre molekulárnej biológie Prif UK a Inštitúte molekulárnej biomedicíny LF UK v Bratislave.
Výskum monitoringu odpadových vôd je multidisciplinárny a preto na projekte VIR-SCAN intenzívne spolupracujeme aj s epidemiológom Pavelkom s IZA.
Mackuľak a jeho kolegovia čoskoro budú publikovať prvé pre-printy, ktoré sú výsledkom viac ako ročnej práce na projekte VIR-SCAN. S Denníkom N sa podelili o svoje poznatky.
V rámci projektu VIR-SCAN majú vedci dáta z viacerých čistiarní odpadových vôd, ktoré pokrývajú vyše 1,2 milióna obyvateľov.
Na prítoku na čistiareň sú automatické vzorkovače, ktoré zabezpečujú 24-hodinovú zlievanú vzorku. Z nich odoberajú pravidelne liter vzorky.
Dôležitým krokom pri analýze častíc koronavírusu v odpadových vodách je správne zakoncentrovanie vzorky. Z litra vody dostanú pri tomto procese vzorku s objemom menej ako mililiter.
Na analýzu vedci využili viaceré primery a próby, čo sú krátke úseky genetickej informácie, ktoré sa využívajú pri RT-PCR metóde. „Iní sa zameriavajú zväčša na dve alebo tri gény koronavírusu, no my sme si vybrali až štyri,“ objasnil Mackuľak.
„Celkovú analýzu od prípravy vzorky po výsledok je možné zrealizovať do 48 hodín. “, dodal člen tímu a molekulárny biológ Ján Krahulec z Prírodovedeckej fakulty UK.
Do výpočtu o množstve vírusových častíc v odpadovej vode sa okrem údajov o počte kópií v zakoncentrovanej vzorke jedného mililitra dávajú aj dáta o prietoku odpadovej vody či o počte napojených ľudí na kanalizáciu. Dôležité je však sledovať aj fyzikálno-chemické parametre monitorovanej odpadovej vody „Takýmto spôsobom dokážeme zachytiť náznak vlny,“ dodáva Mackuľak z OEI FCHPT STU.
V rámci projektu VIR-SCAN bude vytvorená aj www stránka (vir-scan.eu), kde sa budú v časových intervaloch zverejňovať aktuálne dáta získavané z monitoringu vybraných miest Slovenska.
Graf nižšie porovnáva trendy a vývoj pozitívnych PCR testov, úmrtí a výsledkov z odpadových vôd z dvoch hlavných bratislavských čistiarní odpadových vôd v Petržalke a Vrakuni v období od septembra 2020 do apríla 2021.
„Matematici z FCHPT STU zistili, že odpadové vody naznačujú vlnu „približne 12 dní pred pozitívnymi PCR testami a 27 dní pred úmrtiami,“ povedal člen tímu a matematik Zdenko Takáč z Ústavu informatizácie, automatizácie a matematiky FCHPT.
Odpadové vody by teda mohli naznačovať, že korona je na vzostupe predtým, než si to všimnú PCR testy. „Predstava je, že odpadové vody by slúžili ako systém včasného varovania či alarm systém, ktorý by nás upozornil: Pozor, niečo sa deje v danom regióne,“ povedal Mackuľak a dodal: „Pri odpadových vodách nemusíme čakať na príznaky ochorenia. Výsledky máme skôr, čo z odpadových vôd robí zaujímavú metódu schopnú dopĺňať už zabehnuté epidemiologické postupy.“
Matematik Takáč z FCHPT STU dodáva, že výhodou metódy je aj to, že je neinvazívna, „neobťažuje ľudí a nezaťažuje zdravotníctvo“.
„Nejde o to, že nájdete jedného pozitívneho v Dúbravke, ale o to, že o zhruba dva týždne skôr ako PCR testy môžete odhaliť trend, ktorý sa týka nárastu pozitívnych prípadov,“ povedal Peter Podstupka z Bratislavskej vodárenskej spoločnosti, ktorá sa do projektu aktívne zapojila.
Technológia by nemala nahradiť existujúce opatrenia, napríklad PCR testovanie, ale mala by ich dopĺňať, uvádzajú vedci, rovnako tak aj americké Centrum pre kontrolu a prevenciu chorôb (CDC).
Celoslovenský monitoring odpadových vôd naráža na problém, že pripojenie ku kanalizácii má len čosi viac ako dve tretiny obyvateľstva.
V niektorých prípadoch môžu problémy s vyhodnotením dát narobiť aj dažďové či priemyselné vody. Pri výpočtoch treba myslieť aj na to, že koronavírus nevypúšťa v stolici každá infikovaná osoba a že ho na druhej strane možno v stolici v niektorých prípadoch vylučovať aj desiatky dní po infekčnom období.
Súčasťou projektu Mackuľaka a jeho kolegov aj sekvenovanie koronavírusu z odpadových vôd, aby zistili, aké mutácie na Slovensku dominujú. Jedna sa o iniciatívu Európskej komisie.
Vírus prirodzene mutuje a protipandemické opatrenia na neho vyvíjajú selekčný tlak, ktorý spôsobuje, že sa mení. Na Slovensku už niekoľko mesiacov dominuje britský variant, ktorý je infekčnejší ako pôvodný variant koronavírusu.
Slovenskí vedci taktiež zistili aj to, že čistiarne odpadových vôd na Slovensku dokážu z vysokou účinnosťou odstraňovať častice koronavírusu z odpadových vôd, hovorí Mackuľak.
Americké Centrum pre kontrolu a prevenciu chorôb (CDC) uvádza, že dosiaľ nemáme žiadne dôkazy o tom, že by sa niekto nakazil covidom kontaktom s odpadovou vodou.
Popri čistiarňach odpadových vôd sa Mackuľak a jeho kolegovia zameriavajú aj na bodové zdroje, napríklad odpadové vody zo zdravotníckych zariadení, zo škôlok, škôl či domovov dôchodcov.
„Metodika predúpravy vzorky sa však musí v niektorých prípadoch upraviť, lebo bodové zdroje odpadových vôd môžu mať odlišné vlastnosti,“ povedal Mackuľak a dodal, že dôležité je aj časové nastavenie vzorkovania.
Podľa Mackuľaka by to mohlo ovplyvňovať výsledky do určitej miery aj prítomnosť tuhých nečistôt, no treba to ešte skúmať. „Modelovať treba aj to, ako sa časti vírusu prichytávajú na biofilm či kal prítomný v kanalizačnej sieti,“ dodal vedec z OEI FCHPT STU.
Vo všeobecnosti teda platí, že pri analýze koronavírusu v odpadových vodách treba brať do úvahy aj fyzikálne a chemické vlastnosti vody či biologické znečistenie.
„Monitorovanie bodových zdrojov teda vyžaduje úzku spoluprácu s vodárenskými spoločnosťami. Je potrebné naplánovať nie len miesto odberu a časový interval ale zároveň poznať aj chemické parametre a prietok odpadovej vody“ povedal Mackuľak.
„Našou ambíciou je pomôcť našim akcionárom, aby mali dáta, vedeli, čo sa u deje v zariadeniach ktoré majú na starosti a podľa toho mohli zareagovať,“ povedal Peter Podstupka z Bratislavskej vodárenskej spoločnosti. Zároveň však dodal, že takto presné monitorovanie jednotlivých zariadení je z ich pohľadu mimoriadne náročné z pohľadu odoberania vzoriek a aktuálne majú v tomto smere obmedzené kapacity.
Mackuľak vysoko ocenil prístup vodárenských spoločností k projektu. „Bez ich ochoty by výskum nebol možný realizovať. Aj v súčasnosti prebieha na veľmi intenzívnej úrovni.“
Cieľom projektov je vytvorenie online SMART systému včasného varovania, ktorý by pomocou mikro-senzorov detegoval trend, teda hlavne nárast koncentrácie častíc vírusu v odpadovej vode.
Okrem toho sa projekty zameriavajú aj na vývoj dezinfekčných technológií a štrukturálny projekt aj na vývoj antivirotických nanovlákien, ktoré by mohli byť využité pri výrobe napr. ochranných oblekov.
Do štrukturálneho projektu, ktorý sa realizuje na STU je zapojených okolo 120 ľudí z viacerých domácich aj zahraničných inštitúcií.
Hore popísaný výskum prebieha nezávisle na ÚVZ SR.
