Dal consumo di droga al monitoraggio covid, come il controllo delle acque reflue può salvare vite 

14.09.20 – Giacomo Grisafi

I rifiuti del nostro corpo sono, per la maggior parte di noi, nient'altro che spazzatura di cui ci dimentichiamo in un secondo non appena tiriamo lo sciacquone. Eppure non è così per tutti. Gli epidemiologici infatti studiano attentamente proprio le acque reflue, per carpire preziose informazioni sulla salute pubblica e per salvare vite umane. Anche in questo periodo in cui l'epidemia da coronavirus non accenna a placarsi.

Scopriamo in questo articolo i progressi del monitoraggio delle acque reflue e le sue applicazioni in ambito COVID e non.

L'epidemiologia basata sulle acque reflue: dal primo studio italiano all'applicazione odierna

L'epidemiologia basata sulle acque reflue (Wastewater-based epidemiology o WBE) è l'analisi delle acque di scarico allo scopo di monitorare la salute pubblica. Il termine è stato usato per la prima volta nel 2001, quando uno studio ha proposto di analizzare le acque degli impianti di trattamento delle acque reflue per determinare l'uso di droghe illegali all'interno di una comunità. All'epoca l'idea di mettere in relazione le scienze ambientali con quelle sociali sembrava radicale, ma i vantaggi erano chiari: il monitoraggio delle acque reflue è un modo non invadente e relativamente economico per ottenere dati in tempo reale riguardo l'utilizzo di droghe da parte di una comunità, garantendo allo stesso tempo l'anonimato degli individui.

Seguendo questa idea, lo studio condotto in Italia ha permesso agli scienziati di raccogliere e analizzare le acque reflue delle principali città italiane con l'obiettivo di stimare il consumo locale di cocaina. Tradizionalmente, il consumo di cocaina viene stimato avvalendosi di indagini sulla popolazione, interviste ai consumatori, cartelle cliniche o statistiche sulla criminalità. Strumenti non del tutto affidabili e che possono fornire dati in gran parte distorti. I dati ottenuti dal controllo delle acque di scarico, invece, sono stati illuminanti, rivelando un livello di consumo medio giornaliero di cocaina molto più alto di quanto determinato in precedenza. Questa tecnica utilizzata per la prima volta in Italia ha ormai fatto scuola tanto che oggi diversi paesi nel mondo se ne avvalgono abitualmente.

Oltre però a monitorare l'uso di sostanze illegali, la WBE è stata utilizzata per decenni anche sul fronte malattie virali. Il materiale genetico virale può infatti rimanere nelle feci umane per giorni o addirittura settimane, prima ancora della comparsa dei primi sintomi. Un'informazione che fa capire come mai il controllo delle acque reflue sia diventato il perfetto sistema di allerta per prevenire le epidemie.

In Israele per esempio, a partire dal 1988 è in vigore un programma di sorveglianza delle acque reflue per monitorare i focolai di poliomielite. Il protocollo prevede il campionamento mensile da 8-10 strutture di trattamento delle acque reflue in aree popolate. Nel 2013, il virus della poliomielite è ricomparso improvvisamente nelle acque di scarico, allertando i funzionari sanitari e permettendo il lancio di una campagna di vaccinazione a livello nazionale. Grazie a questo preallarme quindi è stato possibile evitare un focolaio potenzialmente disastroso. Altri studi recenti hanno inoltre dimostrato come le acque reflue possano essere utilizzate per rilevare vari ceppi di norovirus e virus dell'epatite.

Monitorare Covid19 grazie alle acque reflue

L'interesse verso questa pratica si è inevitabilmente acceso nel 2020, quando la pandemia COVID-19 causata dal nuovo coronavirus SARS-CoV-2 ha nuovamente spinto la WBE sotto i riflettori. Molti credono che il controllo delle acque reflue sia il modo più pratico per il monitoraggio a lungo termine dei focolai di SARS-CoV-2. Questo approccio è più conveniente rispetto ai test diagnostici su larga scala e può rilevare il virus anche prima che si siano manifestati i sintomi su una porzione di popolazione sufficiente ad indicare l'esistenza di un focolaio, favorendo quindi un controllo proattivo piuttosto che reattivo da parte dei funzionari della sanità pubblica nel controllare l'epidemia.

Per spiegare la potenza di questo strumento di monitoraggio, basta citare uno studio condotto dall'Istituto Superiore di Sanità e realizzato prima dell'esplosione COVID in Italia, che ha rilevato come nelle acque di scarico di Milano e Torino già a fine 2019 vi fossero tracce del virus SARS-CoV-2. Durante l'estate 2020 l'istituto ha avviato uno studio pilota su siti prioritari individuati in località turistiche e, sulla base dei risultati ottenuti, si conta di essere pronti per la sorveglianza dell’intero territorio nazionale nei periodi potenzialmente più critici della pandemia.

Rilevare l'RNA virale dalle acque reflue

Il metodo comunemente utilizzato per rilevare l'RNA virale nelle acque reflue è basato sulla PCR ed è molto simile a quello utilizzato nei laboratori clinici o di ricerca. Tuttavia, la complessità dei campioni di acque reflue comporta alcuni ostacoli, come la presenza di inibitori della PCR. Pertanto, il metodo di purificazione dell'RNA virale è fondamentale per un rilevamento di successo. Proprio per questo gli scienziati Promega hanno sviluppato protocolli specifici per rilevare l'RNA di SARS-CoV-2 nelle acque reflue, utilizzando un metodo di precipitazione o un metodo automatizzato che sfrutta la filtrazione tramite centrifuga.

In un'intervista rilasciata su GenomeWeb, Brigitta Saul, Global Commercialization Mktg Manager in Promega, afferma come "l'esperienza di Promega nella progettazione di sistemi di purificazione degli acidi nucleici e nella formulazione di master mix per PCR tolleranti agli inibitori comunemente presenti nei campioni ambientali, ci consente di progettare e formulare soluzioni in grado di far fronte a questa particolare e complessa tipologia di campioni." Attualmente, il PureFood GMO and Authentication Kit fornisce un'efficace purificazione dell'RNA virale dai campioni di acque reflue. Il kit è perfettamente compatibile con Maxwell®, l'estrattore Promega in grado di processare automaticamente fino a 16 o 48 campioni contemporaneamente.

Non è tutto. Gli scienziati Promega hanno inoltre sviluppato un nuovo kit specifico per il rilevamento dell'RNA virale SARS-CoV-2 nelle acque di scarico. Il kit include primer e sonde per rilevare SARS-CoV-2, nonché controlli di amplificazione. Questo kit di RNA virale non solo è in grado di isolare singoli campioni utilizzando l'estrazione manuale, ma può anche essere adattato al rilevamento RT-qPCR automatizzato ad alta produttività.

Insomma, sempre più indizi suggeriscono come i programmi WBE possano essere implementati a livello globale per controllare e prevenire focolai di COVID-19 e future malattie virali.

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