Monitorización de Virus y Resistencias a Antimicrobianos en Aguas Residuales como Estrategia para la Vigilancia en Salud Pública

Abstract

A lo largo de la historia, han sido numerosas las epidemias y pandemias que han amenazado la salud del ser humano. A pesar del sentimiento generalizado de su control, hoy en día las enfermedades infecciosas siguen siendo una de las principales causas de muerte a nivel mundial, poniendo en riesgo la salud pública. El conocimiento y control de éstas es crucial no solo desde el punto de vista sanitario, sino también por su impacto económico y social. En los últimos años, la preocupación por las infecciones víricas se ha acrecentado, debido a las diferentes situaciones de emergencia generadas por estos patógenos. Una alternativa que permite el seguimiento continuado e incluso predictivo de agentes infecciosos es la epidemiología basada en aguas residuales. Esta aproximación se caracteriza por su capacidad para monitorizar poblaciones, y no individuos aislados, tanto sintomáticos como asintomáticos, de una manera no invasiva, anónima, económica y rápida. Sin embargo, la ausencia de una metodología estándar dificulta la comparación entre estudios, por lo que caracterizar las diferentes alternativas es importante para tener un mayor conocimiento y poder establecer un protocolo global. Las infecciones entéricas y respiratorias de origen vírico tienen un gran impacto en nuestra sociedad. Las primeras han sido monitorizadas históricamente en matrices alimentarias, y las segundas clínicamente. Sin embargo, el estudio de sus agentes etiológicos mediante aguas residuales es más reciente, especialmente para los segundos. Junto a las infecciones víricas, la resistencia a antimicrobianos es otra de las grandes amenazas de la medicina moderna con un importante impacto económico. En esta tesis doctoral se abordan tres objetivos principales. En primer lugar, caracterizar la metodología empleada, mediante el uso exhaustivo de controles, para avanzar en la búsqueda de una metodología universal. En segundo lugar, evaluar la utilidad de la epidemiología basada en aguas residuales a través del seguimiento de virus de interés para la salud pública, durante cuatro años consecutivos en dos capitales de Castilla y León (España): Valladolid y Burgos. En concreto, seis virus entéricos (norovirus pertenecientes a los genogrupos I y II, astrovirus humano, rotavirus y virus de la hepatitis A y E) y cinco respiratorios (SARS-CoV-2, Virus Respiratorio Sincitial A y B y Virus de la gripe A y B). Finalmente, se realizó un abordaje para la identificación de la población bacteriana y los genes de resistencia a antibióticos presentes en dichas poblaciones. La metodología empleada para alcanzar los dos primeros objetivos consistió en la concentración de los virus presentes en las muestras de agua residual, mediante una precipitación con tricloruro de aluminio, y continuó con la extracción de los ácidos nucleicos para finalizar con la cuantificación específica de los mismos por RT-qPCR. Para el estudio de la población bacteriana y de los genes de resistencia a antimicrobianos se realizó un análisis metagenómico en la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU).

Historically, several epidemics and pandemics have threatened human health. Despite the general belief that they were under control, nowadays, infectious diseases continuous being one of the main causes of death worldwide, setting public health at risk. Their knowledge and control are crucial, not only from a clinical point of view, but also because of their economic and social impact. Last years, the concern about viral infections has risen because of the numerous emergence situations due to these pathogens. An alternative that allows continuous, even predictive, monitoring of these microorganisms is wastewaterbased epidemiology. This approach has been generally used to track the consumption of illicit drugs or medicines, as well as for poliovirus detection. However, the use of this approach has increased as can be used to detect the novel coronavirus, SARS-CoV-2, in these types of matrixes. This tool is characterized by its ability to monitor population, not isolated individuals, including symptomatic and non-symptomatic people, while being non-invasive, anonymous, affordable and rapid. Nevertheless, the lack of a gold standard methodology makes the inter-assay comparison still difficult. Consequently, the characterization of different alternatives is necessary to gain knowledge and be able to establish a universal protocol. Viral enteric and respiratory infections have a wide impact on our society. The first has traditionally been monitored in food matrixes, while the second clinically. However, the surveillance of these etiological agents in wastewater samples is more recent, especially for respiratory viruses. Along with viral infections, antimicrobial resistance is another important threat for modern medicine with a big economic impact. Three main objectives were addressed in this Ph.D. work. Firstly, the characterization of the efficiency of the methodology assayed and the factors that can influence it via the use of exhaustive controls, to foster the implementation of a universal protocol. Secondly, the evaluation of the use of wastewater-based epidemiology for the surveillance of different public health concern viruses, in two cities of Castilla y Leon (Spain), Valladolid and Burgos. Specifically, six enteric (norovirus genogroups I and II, human astroviruses, rotaviruses and hepatitis A and E viruses) and five respiratory viruses (SARS-CoV-2, Respiratory Syncytial Virus A and B, and Influenza viruses A and B). Finally, a characterization of the bacterial population and the antimicrobial resistance determinants was performed by a metagenomic strategy.