Análisis y notificación de datos de vigilancia de las aguas residuales

Notificación de datos para salud pública

Se requiere una cantidad mínima de datos para interpretar las mediciones de aguas residuales con presencia de SARS-CoV-2 para utilizar en la respuesta ante el COVID-19. Estos datos son recopilados durante varios pasos del proceso de toma de muestras y realización de pruebas.

1. Planta de tratamiento de aguas residuales: es necesario contar con información sobre el área de servicio de la planta de tratamiento de aguas residuales, la cantidad de personas alcanzada por el servicio público y los procesos de tratamiento para conocer la fuente de aguas residuales.
2. Muestreo: es necesario conocer la hora, fecha y lugar de la toma de muestras así como el tipo de muestra (muestra al azar o compuesta) y el caudal de aguas residuales durante la toma de muestras para entender las condiciones de la recolección de muestras.
3. Realización de pruebas: es necesario contar con información acerca de la concentración, extracción y métodos de cuantificación de muestras así como las mediciones de inhibición molecular y eficiencia de recuperación viral para comparar el agua residual recolectada en varios lugares y analizada por diferentes laboratorios.

Envío de datos al NWSS

Para participar en el Sistema Nacional de Vigilancia de Aguas Residuales (NWSS), las plantas de tratamiento de aguas residuales y los laboratorios de pruebas de detección deberían coordinar con el departamento de salud estatal para evaluar la idoneidad para la vigilancia de aguas residuales del sitio. Los socios del NWSS deben ser capaces de recolectar los datos necesarios para la interpretación de salud pública. Los datos son enviados al NWSS por parte de los departamentos de salud estatales, tribales, locales o estatales a través de un instrumento de recolección estándar dentro de la plataforma DCIPHER. Los CDC analizarán los datos notificados al NWSS y enviarán los resultados a los grupos interesados a través de productos como tableros e informes estatales para la implementación de medidas de salud pública.

Vida útil de los datos de vigilancia de las aguas residuales de los CDC

Este diagrama de flujo muestra cómo funciona el sistema NWSS. Las aguas residuales de las comunidades son recolectadas por los sistemas de aguas residuales y transportadas a las plantas de tratamiento de aguas residuales. Los servicios públicos participantes toman muestras de aguas residuales sin tratar o de lodo primario. Estas muestras son enviadas a laboratorios ambientales para realizar las pruebas de detección del SARS-CoV-2. Los datos de las pruebas, junto con los metadatos asociados de servicios públicos, son enviados a los departamentos de salud estatales, tribales, locales y territoriales participantes. Los departamentos de salud envían estos datos a los CDC a través del portal DCIPHER del NWSS. Los CDC analizan los datos en tiempo real y notifican los resultados al departamento de salud para que puedan utilizarlos en su respuesta ante el COVID-19.

Análisis de datos

Para interpretar las mediciones de aguas residuales con SARS-CoV-2, las mediciones basadas en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) deben convertirse en concentraciones de muestras y adaptarse a los factores de prueba y de aguas residuales, que pueden cambiar de una muestra a otra dentro de un sistema de aguas residuales y entre los sistemas de aguas residuales. La conversión de las mediciones basadas en la PCR en concentraciones de aguas residuales debe realizarse antes de enviar datos al NWSS. La normalización de materia fecal y recuperación viral serán evaluadas por un motor de análisis del NWSS tal como se describe a continuación.

Cálculo de concentración de muestras

El ARN del SARS-CoV-2 RNA se cuantifica mediante el uso de la tecnología de PCR, ya sea PCR cuantitativa con transcriptasa inversa (RT-qPCR) o PCR digital en gotas con transcriptasa inversa (RT-ddPCR). El personal del laboratorio debe convertir las estimaciones de concentración producidas por el software de PCR (en unidades de copias por reacción o copias por volumen de reacción) en concentraciones de virus por volumen de muestras de lodo o aguas residuales no concentradas. Esta conversión tiene en cuenta el volumen de la plantilla utilizada en la PCR (y la reacción de transcriptasa inversa si está separada), el factor de concentración de la extracción de ácido nucleico y los procesos de concentración de las muestras.

Presencia

La presencia del ARN viral en una muestra de aguas residuales está definida por mediciones de RT-qPCR como una señal que cruza el umbral en un número de ciclos <40 durante la fase exponencial de amplificación. Para las mediciones de RT-ddPCR, la presencia se define por tres o más gotitas positivas. Si se realizan múltiples ensayos o múltiples réplicas de PCR en una muestra, se considera que el virus está presente en la muestra si se produce una detección en cualquiera de los ensayos o réplicas. La recuperación viral y la cantidad de muestras procesadas determinan la menor cantidad que puede detectarse de virus en una muestra.

Recuperación de la matriz

El control de recuperación de la matriz (también llamado control de proceso) es un virus diferente del SARS-CoV-2 introducido en una muestra de aguas residuales con una determinada concentración antes de realizar el procesamiento. Este control es utilizado para entender la recuperación viral, definida como la cantidad de virus que se pierde durante el procesamiento de muestras, y es importante para comparar las concentraciones del SARS-CoV-2 en las aguas residuales con el paso del tiempo. Las estimaciones de recuperación viral pueden incluirse en los datos de aguas residuales con SARS-CoV-2 al dividir la concentración medida del SARS-CoV-2 por la fracción del control de recuperación de la matriz recuperada. La fracción del control de recuperación de la matriz recuperada es la cantidad de virus diferente del SARS-CoV-2 medida después del procesamiento dividida por la cantidad del virus diferente del SARS-CoV-2 introducida en la muestra antes de realizar el procesamiento.

Normalización

Para comparar las concentraciones virales de aguas residuales a lo largo del tiempo, se normalizan las concentraciones virales estimadas por el flujo diario de aguas residuales para considerar los cambios en las contribuciones de las aguas residuales. Esta normalización ofrece datos en unidades de copias de genes virales por día. Para comparar los niveles virales en los distintos lugares de muestreo, también se normalizan las concentraciones virales según la cantidad de personas alcanzada por el sistema de alcantarillado, lo que da lugar a unidades de copias de genes virales por persona que contribuye al área específica de alcantarillado por día.

Si se espera que la cantidad de personas que contribuye al área específica de alcantarillado cambie durante el período de vigilancia (debido al turismo, los viajes entre semana, los trabajadores temporarios, etc.), puede ser importante la normalización de desechos fecales humanos para poder realizar la interpretación de las concentraciones de SARS-CoV-2 y comparar las concentraciones entre las muestras de aguas residuales con el paso del tiempo. Los objetivos de la normalización de los desechos fecales humanos son los organismos o compuestos específicos de las heces humanas que pueden medirse en las aguas residuales para estimar el contenido de desecho fecal humano. Si bien no existe un método de consenso, se puede normalizar por el contenido de desecho fecal humano al dividir las concentraciones de aguas residuales sin normalizar por las concentraciones de marcadores humanos, lo que da como resultado una proporción adimencional. Esta proporción también puede explicar las pérdidas virales en el sistema de alcantarillado y la recuperación viral a través de procesos de laboratorio.

Análisis de vigilancia

Tendencias

La clasificación de tendencias de aguas residuales es el análisis estadístico de cambios en la concentración normalizada del SARS-CoV-2 en aguas residuales (es decir, no mediante una evaluación visual cualitativa). Las tendencias en estos datos sobre aguas residuales pueden utilizarse para evaluar las tendencias del COVID-19 (notificadas y no notificadas) en la comunidad que vierte sus desechos al sistema de alcantarillado.  Las tendencias de los niveles de SARS-CoV-2 en las aguas residuales no pueden determinarse a partir de menos de tres puntos de muestreo (p. ej., un muestreo semanal uniforme requiere de 15 días de datos para estimar las tendencias). Las tendencias pueden clasificarse en categorías con base en la duración y la dirección del cambio en los niveles de virus para la interpretación y el uso por parte de salud pública.

Cálculos de tendencias: es importante considerar la distribución de las concentraciones de SARS-CoV-2 en las aguas residuales cuando se calculan las tendencias en los niveles de virus. Hay que normalizar las concentraciones antes de calcular las tendencias para considerar los cambios en la dilución de las aguas residuales y las diferencias en el aporte relativo de desechos a lo largo del tiempo.

• Las tendencias pueden calcularse mediante una regresión lineal con un mínimo de tres mediciones, donde la pendiente marca la tendencia.
• La variable independiente en la regresión de la tendencia debería ser la fecha, no el número de la medición, para estimar los cambios por día en lugar de hacerlo por medición.
• Como las concentraciones de SARS-CoV-2 en las aguas residuales suelen tener un logaritmo normalmente distribuido, las concentraciones normalizadas de SARS-CoV-2 se transforman mediante logaritmos antes de calcular las tendencias y otras estadísticas.
• Para las tendencias que se calculan usando concentraciones transformadas en logaritmo decimal (log10), calcule el porcentaje de cambio diario (PDC) en los niveles de virus desde la pendiente: PDC = (10^pendiente-1) × 100.
• Incluya las muestras de aguas residuales con niveles de SARS-CoV-2 por debajo del límite de detección en los cálculos de tendencias. Eso puede lograrse al asignarle un valor a la muestra de la mitad del límite de detección del ensayo.

Variabilidad de la medición: para una evaluación más precisa de los datos sobre aguas residuales, los cálculos de tendencias pueden incorporar la variabilidad en cada medición del SARS-CoV-2 a través de la ponderación estadística utilizando regresiones de cuadrados mínimos ponderados, que pueden considerar la variabilidad en los pasos de muestreo, procesamiento y cuantificación.

Clasificación de tendencias: las tendencias pueden clasificarse en términos generales por su duración, ya sea a corto plazo o sostenida, y por la dirección (aumento, disminución o meseta).

• Duración: los esquemas de clasificación de tendencias dependen de la frecuencia del muestreo. Por ejemplo, las tendencias a corto plazo de aguas residuales con SARS-CoV-2 podrían definirse como tendencias que abarcan menos de dos semanas y las tendencias sostenidas podrían definirse como tendencias que abarcan dos semanas o más. Con base en una frecuencia de muestreo de aguas residuales dos veces por semana, las tendencias a corto plazo podrían calcularse a partir de tres muestras tomadas en un lapso de ocho días y las tendencias sostenidas a partir de las cinco muestras tomadas en un lapso de 15 días.
• Dirección: puede clasificar las tendencias de concentración del SARS-CoV-2 normalizada en "aumento", "disminución" o "meseta" al hacer pruebas de significación estadística de las tendencias. La significación estadística indica que existe una tendencia en aumento o disminución, considerando la variabilidad de los datos del SARS-CoV-2. También puede utilizar un umbral de porcentaje mínimo de cambio diario junto con la significación estadística para asignar la dirección de una tendencia.

Estimaciones de la infección

En este momento, no deben utilizarse estimaciones puntuales de la infección comunitaria con base en las mediciones de las aguas residuales. Dichas estimaciones dependen en gran medida de los datos clínicos que describen la concentración del SARS-CoV-2 en las heces en el curso de la infección y en personas con diversos niveles de gravedad de la enfermedad y actualmente hay pocos datos clínicos de ese tipo disponibles. A medida que haya más datos clínicos disponibles, podría ser útil para la vigilancia de las aguas residuales hacer uso de los datos de las aguas residuales con SARS-CoV-2 para estimar los niveles totales de COVID-19 (es decir, sintomático, asintomático, presintomático) en una comunidad.