Projekty

Projekt VIR-SKEN - možnosť využitia kanalizačnej siete pri detekcii ochorenia COVID-19 v populácii SR

 

Garant projektu: doc. Ing. Tomáš Mackuľak, PhD.
Oddelenie environmentálneho inžinierstva (OEI)
Fakulta chemickej a potravinárskej technológie (FCHPT)
Slovenská technická univerzita v Bratislave (STU)

 

Úvod

V dnešnej dobe už vieme využiť odpadové vody z miest alebo regiónov ako zdroj informácií napr. o spotrebe legálnych a ilegálnych drog, alebo analýzou vybraných biomarkerov popísať do určitej miery zdravotný stav skúmanej populácie. Z hľadiska dnešnej situácie ohľadne šírenia vírusu SARS-CoV-2 vieme využiť naše dlhodobé poznatky z monitoringu vôd, ktoré sme získali za posledných 8 rokov.

Informácií o SARS-CoV-2 je v súčasnosti obmedzené množstvo. Bolo však už zistené, že približne 2 – 10 % prípadov pozitívnych na ochorenie COVID-19 malo hnačku [1], pričom RNA vírus bol identifikovaný v stolici [1-3]. Štúdia publikovaná autormi Yeo a kol. (2020) potvrdzuje možný prenos vírusu SARS-CoV-2 oro-fekálnou cestou [4]. Medema a kol. (2020) poukazuje zase na možnosť detekcie vírusu v odpadových vodách pomocou RT-PCR analýzy [5]. Li a kol. (2020) ukázal, že až 86 % jedincov infikovaných vírusom je asymptomatických, a teda monitoring odpadových vôd by mohol byť aj na základe tohto zistenia jedným z dôležitých ukazovateľov prevalencie ochorenia v meste alebo regióne [6].

 

Ciele projektu

Hlavný cieľ projektu je využitie analýzy odpadových vôd pri určovaní šírenia ochorenia COVID-19 v populácii skúmaných miest alebo regiónov. Ďalším cieľom projektu je overiť postup a citlivosť používanej analytickej metódy (RT-PCR) pri stanovení vírusu SARS-CoV-2 z odpadovej vody (deteguje sa výskyt špecifických fragmentov génov; je dohodnutý zhodný postup detekcie vírusu z odpadových vôd medzi jednotlivými vedeckými skupinami zo Švédska, Švajčiarska, Španielska či Anglicka, vrátane SR).

Odber vzoriek sa realizuje na čistiarňach odpadových vôd (ČOV), podmienkou je kanalizácia a 24-hodinové odberové zariadenie. Odoberané vzorky odpadovej vody sú 24-hodinové zlievané vzorky na prítoku do ČOV, aby sa dala celkovo charakterizovať situácia v meste počas dňa (dôvod - odpadová voda z rôznych častí mesta priteká rôzne rýchlo). V súčasnosti sme už monitoring v rámci projektu začali, tzn. vzorky už odoberáme z viacerých čistiarní na Slovensku (momentálne viac ako 10 miest) a v Českej republike. Na Slovensku tak chceme zabezpečiť monitorovanie okolo 1,2 mil. obyvateľov počas mesiacov január (štandard - bez prítomnosti vírusu v populácii SR) až po mesiac júl (podľa vývoja situácie je monitoring možné predĺžiť). Počet obyvateľov zahrnutých do monitoringu je možné zvýšiť, závisí to od počtu vybraných čistiarní a celkového odkanalizovania Slovenska (v súčasnosti je pripojených na kanalizačnú sieť okolo 66 % populácie SR). Monitoring vôd je možné využiť aj pri analýze bodových zdrojov, akými sú napríklad zdravotnícke zariadenia. Systematický monitoring kanalizačnej siete viacerých miest SR chceme využiť ako zdroj informácií o trendoch šírenia sa ochorenia počas určitého časového obdobia. Výsledky o zmene trendov nákazy v určitej populácii je možné takto detegovať už do 48 hodín. Výhodou takéhoto monitoringu je rýchle zachytenie zmeny počtu infikovaných v určitej populácii (možnosť sledovať účinnosť opatrení proti šíreniu ochorenia). Monitoring odpadových vôd za účelom určenia šírenia ochorenia COVID-19 v populácii môže spolu s matematickými modelmi šírenia nákazy a priamym testovaním v populácii vytvárať ucelený obraz o skutočnej situácii.

 

Na získaných výsledkoch z tohto projektu VIR-SKEN chceme následne v ďalšom období naviazať projektom VIR-SKEN², ktorého cieľom by bolo vybudovanie tzv. systému včasného varovania s názvom „SEWAGE-MIND“. Tento systém by mal pomocou vybraných monitorovacích odberových miest v kanalizácii mesta detegovať možný návrat ochorenia COVID-19 cez nárast koncentrácie fragmentov génov vírusu v odpadovej vode. Tento systém by bolo v prípade potreby možné využiť aj na detekciu niektorých iných ochorení (podmienkou úspešnej detekcie je pochopenie toho, ako sa vírus či jeho detegované fragmenty správajú v kanalizácii). Pri správnom osadení kanalizácie automatickými odberačmi vzoriek v meste by bolo tiež možné identifikovať epicentrum nákazy (až po ulicu alebo menšiu štvrť). Systém je možné následne digitalizovať za pomoci použitia mikro-senzorov (špecificky reagujú na biomarkery v odpadovej vode) a vytvoriť tak interaktívnu mapu.

 

Literatúra

[1] Wang, D. a kol. 2020. Clinical characteristics of 138 hospitalized patients with 2019 novel coronavirus-infected pneumonia in Wuhan, China. JAMA. 2020. Feb 7.

[2] Xiao, E. a kol. 2020. Evidence for gastrointestinal infection of SARS-CoV. medRxiv. doi:10.1101/2020.02.17.20023721.

[3] Water, sanitation, hygiene and waste management for COVID-19 https://www.who.int/publications-detail/water-sanitation-hygiene-and-waste-management-for-covid-19  (online 23.3 2020).

[4] Yeo, Ch. a kol. 2020. Enteric involvement of coronaviruses: is faecal–oral transmission of SARS-CoV-2 possible? Lancet Gastroenterol Hepatol 5(4), 335-337.

[5] Medema, G. a kol. 2020. Presence of SARS-Coronavirus-2 in sewage. doi: https://doi.org/10.1101/2020.03.29.20045880

[6] Li, R. a kol. 2020. Substantial undocumented infection facilitates the rapid dissemination of novel coronavirus (SARS-CoV2). Science, doi 10.1126/science.abb3221

doc. Ing. Tomáš Mackuľak, PhD. sa vyše 12 rokov venuje monitoringu a čisteniu odpadových vôd. Je autorom viac ako 50 karentovaných prác vo významných vedeckých časopisoch, viac ako 250 odborných príspevkov na konferenciách a vo vedeckých časopisoch, 4 monografií a 4 vysokoškolských učebníc. V súčasnosti pôsobí ako výskumník a pedagogický pracovník na FCHPT STU v Bratislave a vedie centrum monitoringu mikropolutantov (https://www.stuba.sk/sk/vyskume/dalsie-laboratoria-a-vyskumne-pracoviska-stu/narodne-centrum-vyskumu-mikroplastov-a-mikropolutantov.html?page_id=13151). Je predseda odbornej skupiny „Monitoring a možnosti odstraňovania organických mikropolutantov z vôd“ v rámci Asociácie čistiarenských expertov Slovenskej republiky a predsedom odbornej skupiny „Environmentálna chémia a technológia“ v rámci Slovenskej chemickej spoločnosti. Na Slovensku bol iniciátorom výskumu monitoringu drog a liečiv z odpadových vôd, ktorého výsledky dlhodobo využíva aj MZ SR či EMCDDA (The European Monitoring Centre for Drugs and Drug Addiction).