City of Detroit, GLWA and Michigan State University partner on virus detection project using the sewer system to help predict outbreaks

• El proyecto comenzó en noviembre de 2017 después de las reuniones iniciales con el Departamento de Agua y Alcantarillado de Detroit.
• El equipo de investigación de MSU toma muestras del sistema de recolección de aguas residuales de la ciudad para determinar si se pueden detectar brotes de virus en aguas residuales no tratadas
• Recientemente, el equipo comenzó una segunda fase en asociación con GLWA, incluida la prueba del virus COVID-19, en aguas residuales no tratadas
• Una vez en el sistema de recolección de alcantarillado de la ciudad, las aguas residuales no tratadas no interactúan con los hogares o las empresas antes de llegar a la planta de tratamiento.

DETROIT - El Departamento de Agua y Alcantarillado de Detroit (DWSD) y la Universidad Estatal de Michigan (MSU) comenzaron un proyecto de investigación de virus en noviembre de 2017 para determinar si se pueden detectar virus en el sistema de recolección de alcantarillado de la ciudad. Este puede ser otro mecanismo para que las agencias de salud pública, incluido el Departamento de Salud de Detroit (DHD), predigan brotes de virus. El proyecto original era detectar virus conocidos en ese momento y ahora, con fondos y experiencia técnica de la Autoridad de Agua de los Grandes Lagos (GLWA), ha evolucionado para rastrear el brote de COVID-19.

"Detroit ha estado a la vanguardia de las pruebas y la provisión de recursos comunitarios durante la pandemia de COVID-19", dijo el alcalde Mike Duggan. "Este proyecto con MSU [lanzado en 2017] muestra nuevamente que tenemos una mentalidad progresista y colaborativa que pone a la comunidad primero".

Los hallazgos del estudio de MSU muestran que los virus se pueden detectar en las aguas residuales no tratadas, incluidos los coronavirus, y cuando esos datos se unen con los datos de atención médica, pueden rastrear aún más los brotes. De hecho, los investigadores tomaron los datos de las muestras de aguas residuales y observaron los datos de salud del condado para el mismo período de tiempo. Descubrieron que los virus eran evidentes en el sistema de recolección de alcantarillado aproximadamente 1-2 semanas antes de ver aumentos en los datos reportados en los departamentos de salud para esos mismos virus.

"Estamos entusiasmados con los esfuerzos de MSU y las implicaciones que este trabajo puede tener para apoyar nuestra respuesta a la pandemia de COVID-19", dijo Denise Fair, directora de salud pública de la ciudad de Detroit. "Me alienta y aplaudo cualquier esfuerzo que busque mejorar la salud y el bienestar de nuestra comunidad".

La subdirectora e ingeniera jefe del DWSD, Palencia Mobley, PE, que autorizó la participación del departamento en el estudio, dijo: “Cuando la Dra. Irene Xagoraraki nos contactó sobre su proyecto de investigación de MSU en el otoño de 2017, vimos inmediatamente el valor de usar El sistema de recolección de alcantarillado para ayudar a los funcionarios de salud en la detección de virus. Dirigí a nuestro personal de DWSD para dar a los investigadores acceso completo. Esta asociación respalda nuestra visión de que DWSD es una institución ancla que resuelve problemas en la comunidad ".

El estudio está dirigido por Irene Xagoraraki, PhD, profesora asociada de ingeniería ambiental en MSU. En 2017, el Dr. Xagoraraki recibió una subvención de dos años de la National Science Foundation (NSF) titulada: "Un sistema de epidemiología basada en aguas residuales para la detección temprana de brotes virales en Detroit MI". A esta subvención le siguió una subvención de dos años de GLWA titulada: "SARS-CoV-2 en Detroit: Vigilancia y predicción", que comenzó en abril de 2020.

"El apoyo técnico y financiero de GLWA para este proyecto se alinea perfectamente con nuestro compromiso de proteger la salud pública", dijo John Norton, PhD, director de Investigación e Innovación Energética de GLWA. “Este proyecto tiene implicaciones significativas para proporcionar una señal de aviso anticipado de incidencia de enfermedades en la comunidad. Los diversos escenarios de casos de uso que estamos desarrollando para los datos de virus encontrados en el entorno tendrán usos a corto, mediano y largo plazo. El uso a corto plazo puede ser para proporcionar información con respecto a las actividades y regulaciones de respuesta inmediata, mientras que un uso a mediano plazo puede ayudar a guiar la detección de personas infectadas, y los usos a largo plazo se refieren al trabajo epidemiológico general con respecto a enfermedades en general "

El enfoque que utilizan el Dr. Xagoraraki y el equipo se centra en el muestreo y análisis compuesto de la comunidad. Es un método de epidemiología basada en aguas residuales directamente aplicable a áreas metropolitanas urbanas con recolección centralizada de aguas residuales.

"Nuestro enfoque tiene el potencial de proporcionar advertencias antes que los sistemas tradicionales centrados en el diagnóstico clínico, rápido o no, que están inherentemente limitados a un análisis posterior de un brote", dijo el Dr. Xagoraraki. "Nuestro enfoque va más allá de la simple vigilancia de las aguas residuales".

Se desarrollan dos modelos:

1. El modelo de identificación viral (Viral-ID) que determina la diversidad y la composición genética de las infecciones virales en una determinada población; y
2. El modelo de predicción viral (Viral-PD) que proporciona detección temprana de fluctuaciones de enfermedades virales específicas, como hepatitis, COVID-19 y otras, en ciertas áreas geográficas a lo largo del tiempo.

El estudio inicial de MSU y DWSD
Durante la subvención de NSF recientemente completada, se recolectaron muestras de aguas residuales sin tratar de noviembre de 2017 a febrero de 2018 para evaluar la diversidad de patógenos virales humanos de la población de Detroit.

Para probar el modelo Viral-ID, las muestras se recolectaron, concentraron y purificaron antes del análisis metagenómico y la bioinformática que detectaron la presencia de múltiples secuencias genómicas relacionadas con virus entéricos, respiratorios, sanguíneos y transmitidos por vectores. Las firmas virales medidas se relacionaron con enfermedades clínicamente importantes notificadas dentro del área de estudio durante el año de muestreo. Las especies virales se confirmaron con el análisis qPCR que mide regiones genéticas únicas relacionadas con virus específicos.

Para probar el modelo Viral-PD, la concentración de hepatitis A en las aguas residuales, junto con muchos otros parámetros, se correlacionaron con los datos clínicos. Los aumentos en la incidencia de hepatitis A en la comunidad circundante se revelaron en las aguas residuales aproximadamente de 7 a 9 días antes de que los casos sintomáticos se informaran a los centros de salud.

La segunda fase / subvención actual se expande en COVID-19
Para el trabajo recientemente financiado por GLWA, los miembros del equipo de la Instalación de Recuperación de Recursos Hídricos de la Autoridad están recolectando muestras semanalmente y entregándose a la Dra. Xagoraraki para que su equipo cuantifique las concentraciones de beta coronavirus SARS-CoV2 en aguas residuales usando análisis qPCR. Además, el equipo determinará la diversidad de virus humanos, como los coronavirus ssRNA, en aguas residuales con secuenciación seguida de análisis metagenómico. Para estimar las fluctuaciones de la población, la Dra. Xagoraraki y su equipo están cuantificando las concentraciones de biomarcadores y metabolitos en las aguas residuales. Para estimar los tiempos de detención de virus en el sistema de recolección de alcantarillado de la ciudad, se analizan y modelan datos hidrológicos y otros datos de la red. Los datos históricos y los datos sobre COVID-19 y otras características de la enfermedad del beta-coronavirus, como los tiempos de incubación, las tasas de eliminación y la duración de la eliminación, se recopilan y modelan para estimar los retrasos entre las concentraciones virales medidas en las aguas residuales y la demostración de los síntomas de la enfermedad. Los registros de enfermedades clínicas se utilizarán para determinar correlaciones y validar predicciones. Se espera que los modelos desarrollados describan patrones de enfermedad endémica, identifiquen posibles nuevos virus y predigan puntos calientes (condados) y momentos críticos (tiempo en semanas) para el inicio o la propagación de brotes antes de la demostración completa de la enfermedad. en entornos clínicos

“El método que estamos utilizando se encuentra en un nivel de investigación en este punto y se deben seguir varios pasos para que sea fácil de usar para las empresas de servicios públicos de todo el país. La asociación con DWSD y GLWA, que opera la planta de tratamiento de aguas residuales de un solo sitio más grande de América del Norte, es crucial para el desarrollo de este método. Si se puede hacer aquí con este sistema masivo y mostrar resultados predictivos, también se puede hacer en otras comunidades más pequeñas ”. dijo el Dr. Xagoraraki.

El equipo del Dr. Xagoraraki incluye a los estudiantes de doctorado de MSU Brijen Miyani y Camille McCall, los recién graduados Huiyun Wu y Evan O'Brien, el gerente de DWSD Anil Gosine y otro personal, Norton de GLWA, Dr. Andrea Busch y Dr. Xavi Fonoll, y Anna de CDM-Smith Mehrotra y otro personal.

DWSD y GLWA han comprometido recursos de personal para proporcionar acceso al sistema de recolección de alcantarillado y compartir datos del sistema con respecto a los volúmenes de alcantarillado, ubicaciones de recolección y otros factores. "Seguiremos apoyando este proyecto y analizaremos el muestreo de aguas residuales a largo plazo", agregó Mobley.

El Dr. John Verboncoeur, Decano Asociado de Investigación en la Facultad de Ingeniería de MSU, dijo que "si tiene éxito en la predicción de brotes virales a nivel comunitario, la integración de este método en la infraestructura civil puede convertirse en una herramienta rentable clave para la gestión de brotes en las primeras etapas . Al informar a los funcionarios de salud pública hasta dos semanas antes de que los síntomas provoquen las pruebas individuales, este método puede ayudar a contener infecciones para sistemas desde la escala de cruceros, campus universitarios, hasta grandes ciudades ".

"Este estudio es un ejemplo de cómo una asociación entre la Universidad Estatal de Michigan y la ciudad de Detroit puede conducir al desarrollo de herramientas para controlar los brotes en las primeras etapas", agregó el Dr. Neeraj Buch, presidente del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental.

"Los resultados muestran que el enfoque de MSU ayudará a los departamentos de salud a utilizar el sistema de alcantarillado no solo para respaldar el rastreo de virus, sino que también servirá como un sistema de alerta temprana para brotes. Vemos un valor extremo en este esfuerzo y buscaremos una viabilidad a largo plazo ”. concluyó justo.

El público no es vulnerable a las aguas residuales no tratadas.
El público debe estar seguro de que una vez que las aguas residuales ingresan a la tubería de recolección de la ciudad, el público en general no lo encuentra. La mayoría de las copias de seguridad del sótano son aguas pluviales o las propias aguas residuales no tratadas del hogar. El proceso de tratamiento utiliza cloro para matar virus en las aguas residuales en la Instalación de Recuperación de Recursos Hídricos en el suroeste de Detroit operada por GLWA. DWSD, GLWA y expertos en salud siempre aconsejan precauciones cuando se encuentran materia fecal cruda y aguas residuales.

Sobre el Departamento de Agua y Alcantarillado de Detroit
El Departamento de Agua y Alcantarillado de Detroit (DWSD) atiende a más de 230,000 cuentas que incluyen una población residencial de casi 700,000. La red de agua de DWSD consta de más de 2,700 millas de tubería de agua y casi 3,000 millas de tuberías de recolección de alcantarillado dentro de la ciudad de Detroit. Para obtener más información sobre DWSD o para solicitar servicios de agua, realizar pagos o informar problemas de agua, llame a Atención al cliente de DWSD al 313-267-8000 o contáctenos en www.detroitmi.gov/dwsd.

Sobre la Autoridad del Agua de los Grandes Lagos
La Autoridad de Agua de los Grandes Lagos (GLWA) es el proveedor de elección para servicios de agua potable para casi el 40 por ciento y servicios de aguas residuales eficientes y efectivos para casi el 30 por ciento de la población de Michigan. Con los Grandes Lagos como fuente de agua, GLWA está en una posición única para proporcionar a aquellos a quienes sirve agua de calidad incuestionable. GLWA también tiene la capacidad de extender su servicio más allá de sus 88 comunidades asociadas miembros. Como parte de su compromiso con la asequibilidad del agua, la Autoridad ofrece un Programa de Asistencia Residencial del Agua para ayudar a los hogares de bajos ingresos en las comunidades miembros participantes en todo el sistema. La junta de GLWA incluye un representante de cada uno de los condados de Oakland, Macomb y Wayne, dos representantes de la ciudad de Detroit y uno designado por el gobernador de Michigan para representar a las comunidades de clientes fuera del área de los tres condados.

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