Informações
Nível de aprovação pela UnB
Aprovado pela UnB
Nome Completo do Proponente
Cristina Celia Silveira Brandão
Matrícula UnB
136174
Unidade acadêmica da UnB
cbrandao@unb.br
Link Cúrriculo Lattes
Título da Proposta
Monitoramento, mapeamento e elaboração de sistema de alerta rápido para COVID-19 no DF via análise de SARS-CoV-2 em esgotos urbanos
Sumário Executivo da Proposta
Epidemiologia do Esgoto (do inglês, Wastewater-Based Epidemiology – WBE) é uma estratégia alternativa, rápida e inovadora para estimar a exposição de comunidades e populações a substâncias químicas e patógenos. Com a pandemia do novo coronavírus a comunidade científica vem se mobilizando para implementar essa estratégia em vários países com objetivo de monitorar a evolução da COVID-19 em ambientes urbanos, via análise de esgotos.
A presente proposta tem como objetivo implementar a WBE para produzir dados empíricos e em tempo quase-real sobre a presença de SARS-CoV-2 em escala comunitária no DF em apoio aos atuais sistemas de vigilância em saúde. Oito estações de tratamento de esgoto (ETE), que atendem cerca de 70% da população do DF, serão investigadas. Em cada ETE, ao longo de 18 meses, amostras compostas e representativas de 24 h serão coletadas e analisadas a cada semana para estabelecer tendências de evolução/involução da carga viral.
A quantificação do SARS-CoV-2 nas amostras de esgoto será realizada por RT-qPCR e os níveis de carga viral encontrados serão normalizados pela população atendida por cada ETE, permitindo classificar as comunidades e identificar focos emergentes de infecção. Após o controle da pandemia, a continuidade do monitoramento de cargas virais no esgoto afluente a duas ETEs sentinelas fornecerá a base para um sistema de alerta rápido e precoce do ressurgimento da COVID-19.
O projeto será desenvolvido conjuntamente pelo Grupo de Automação, Quimiometria e Química Ambiental (AQQUA) do Instituto de Química e pela Área de Recursos Hídricos e Saneamento (RHS) do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da Faculdade de Tecnologia. O grupo AQQUA tem experiência acumulada na aplicação da WBE para drogas ilícitas e a Área de RHS dispõe, no Laboratório de Saneamento Ambiental (LSA), da infraestrutura analítica necessária. Além disso, o projeto será desenvolvido em estreita parceria com a Companhia de Saneamento Ambiental do DF (CAESB) que fornecerá apoio logístico para o desenvolvimento do trabalho.
Palavras-chave
Monitoramento COVID-19, Epidemiologia do Esgoto, Wastewater-Based Epidemiology, Sistema de alerta
Número de Integrantes da Equipe
9
Nome dos Integrantes da UnB
Ariuska Karla Barbosa Amorim (PPGTARH/ENC/FT), Carla Simone Vizzoto (ENC/FT),
Fernando Fabiz Sodré (PPGQ/IQ), Yovanka Perez Ginoris (PPGTARH/ENC/FT), Henrique LLacer Roig (PPGGAG/IG), Ana Maria o Carmo Mota (Caesb), Fuad Moura Guimaraes Braga (Caesb), Luiz Carlos Hiroyuki Itonaga (Caesb), Adriano O. Maldaner (INC/Polícia Federal)
Há integrantes externos à UnB?
Sim
Possui apoio de Grupo de Pesquisa Certificado pela UnB no CNPq?
Sim
Nome/Link do Grupo de Pesquisa certificado no CNPq pela UnB
Laboratório de Saneamento Ambiental, Automação, Quimiometria e Química Ambiental (AQQUA), Estudos Hidrológicos e Hidráulicos
Público alvo
Análise do Contexto
Meses após o início da pandemia do novo coronavírus, autoridades de saúde no mundo e no Brasil enfrentam dificuldades para identificar a real dimensão da pandemia. Sabe-se que capacidade de monitorar rapidamente a propagação de doenças infecciosas é essencial para sua prevenção, intervenção e controle. No caso do SARS-CoV-2, face as limitações práticas e econômicas de aplicação dos testes clínicos em massa, pesquisadores ao redor do mundo tem sugerido o uso da Epidemiologia do Esgoto ( WBE) como estratégia para apoiar o monitoramento da propagação da COVID-19.
A WBE baseia-se no monitoramento sistemático de substâncias químicas, metabólitos e/ou fragmentos de genes em amostras de esgoto coletadas de estações de tratamento de esgotos (ETE), seguido de um retro-cálculo que leva em consideração cinéticas de excreção, dados hidrológicos, sanitários e populacionais [1]. Esta estratégia tem em permitido estimar a exposição e o consumo comunitário de drogas ilícitas [2,3] produtos químicos [4,5], pesticidas [6], micotoxinas [7], dietas alimentares [5] e doenças infeciosas como poliomielite e hepatite A [8,9]. A WBE é muito promissora para vigilância em massa da COVID-19 e capaz de monitorar tendências espaciais e temporais, produzir resultados em tempo quase-real, produzir dados em tempo real (via biossensores) e gerar informações sobre toda uma população sem a necessidade de aprovação por comitês de ética, a depender do tamanho da área urbana [10]
No Distrito Federal, onde 97% da população é servida por rede de esgotamento sanitário, a WBE se mostra particularmente importante como ferramenta epidemiológica complementar. O monitoramento do SARS-CoV-2 no esgoto no DF permitirá determinar mais rapidamente o status e as tendências da COVID-19 e poderá subsidiar sistemas de alerta precoce para novos surtos da doença.
Referências citadas nos tópicos: Análise do Contexto; Fundamentação Teórica; Metodologia.
1. Feitosa, R. S.; Sodré, F. F.; Maldaner, A. O. ;Quim. Nova 2013, 36, 291.
2. Lorenzo, M.; Picó, Y. ;Curr. Opin. Environ. Sci. Heal. 2019, 9, 77.
3. Sodré, F. F.; Feitosa, R. S.; Jardim, W. F.; Maldaner, A. O. ;J. Braz. Chem. Soc. 2018, 29, 2287.
4. Lopardo, L.; Adams, D.; Cummins, A.; Kasprzyk-Hordern, B. ;Water Res. 2018, 143, 117.
5. Choi, P. M.; Tscharke, B.; Samanipour, S.; Hall, W. D.; Gartner, C. E.; Mueller, J. F.; Thomas, K. V; O’Brien, J. W. ;Proc. Natl. Acad. Sci. 2019, 116, 21864.
6. Rousis, N. I.; Gracia-Lor, E.; Zuccato, E.; Bade, R.; Baz-Lomba, J. A.; Castrignanò, E.; Causanilles, A.; Covaci, A.; de Voogt, P.; Hernàndez, F.; Kasprzyk-Hordern, B.; Kinyua, J.; McCall, A.-K.; Plósz, B. G.; Ramin, P.; Ryu, Y.; Thomas, K. V; van Nuijs, A.; Yang, Z.; Castiglioni, S. ;Water Res. 2017, 121, 270.
7. Gracia-Lor, E.; Zuccato, E.; Hernández, F.; Castiglioni, S. ;J. Hazard. Mater. 2020, 382, 121108.
8. Xagoraraki, I.; O’Brien, E. In Women in Water Quality: Investigations by Prominent Female Engineers; O’Bannon, D. J., Ed.; Springer International Publishing: Cham, 2020; pp. 75–97.
9. Hart, O. E.; Halden, R. U. ;Sci. Total Environ. 2020, 138875.
10. Sims, N.; Kasprzyk-Hordern, B. ;Environ. Int. 2020, 139, 105689.
11. Medema, G.; Heijnen, L.; Elsinga, G.; Italiaander, R.; Brouwer, A. ;medRxiv 2020, 2020.03.29.20045880.
12. Wu, F.; Xiao, A.; Zhang, J.; Gu, X.; Lee, W. L.; Kauffman, K.; Hanage, W.; Matus, M.; Ghaeli, N.; Endo, N.; Duvallet, C.; Moniz, K.; Erickson, T.; Chai, P.; Thompson, J.; Alm, E. ;medRxiv 2020, 2020.04.05.20051540.
13. Wurtzer, S.; Marechal, V.; Mouchel, J.-M.; Moulin, L. ;medRxiv 2020, 2020.04.12.20062679.
14. Ahmed, W.; Angel, N.; Edson, J.; Bibby, K.; Bivins, A.; O’Brien, J. W.; Choi, P. M.; Kitajima, M.; Simpson, S. L.; Li, J.; Tscharke, B.; Verhagen, R.; Smith, W. J. M.; Zaugg, J.; Dierens, L.; Hugenholtz, P.; Thomas, K. V; Mueller, J. F. ;Sci. Total Environ. 2020, 138764.
15. NZHerald.co.nz Covid 19 coronavirus: Wastewater samples taken from Covid-19 cluster hotspots https://www.nzherald.co.nz/nz/news/article.cfm?c_id=1&objectid=12323167 (accessed Apr 27, 2020).
16. Publico.pt Portugal vai analisar águas residuais para detectar SARS-CoV-2 https://www.publico.pt/2020/04/20/ciencia/noticia/portugal-vai-analisar-aguas-residuais-detectar-sarscov2-1913017 (accessed Apr 24, 2020).
17. WaterCanada Wastewater Test Could Provide Early Warning of COVID-19 https://www.watercanada.net/wastewater-test-could-provide-early-warning-of-covid-19/ (accessed Apr 27, 2020).
18. bernama.com Sewage May Help Detect COVID-19 Asymptomatic Cases https://www.bernama.com/en/news.php?id=1834528 (accessed Apr 27, 2020).
19. UFMG.br Grupo da UFMG vai monitorar o novo coronavírus no esgoto em BH e Contagem https://ufmg.br/comunicacao/noticias/grupo-da-ufmg-executa-projeto-piloto-de-monitoramento-da-covid-19-no-esgoto (accessed Apr 27, 2020).
20. Fiocruz Fiocruz divulga estudo sobre a presença do novo coronavírus em esgotos sanitários https://portal.fiocruz.br/noticia/fiocruz-divulga-estudo-sobre-presenca-do-novo-coronavirus-em-esgotos-sanitarios (accessed May 3, 2020).
Breve Fundamentação Teórica
A quantificação do SARS-CoV-2 em amostras de esgoto se baseia na presença e quantificação de genes virais marcadores, utilizando primers específicos para realização da RT-qPCR e na confirmação por técnicas de sequenciamento genético [11–13]. Amostras compostas de esgotos, previamente submetidas a pré-tratamento para a inativação e retirada de partículas em suspensão e células bacterianas, passam por etapas de concentração das partículas virais e extração do RNA viral, com auxílio de kits comercialmente disponíveis1[1,12]. Os extratos são analisados por RT-qPCR para identificação de fragmentos de DNA amplificados pelos primers associados ao SARS-CoV-2. Análises quantitativas e de controle positivo são realizadas via curvas analíticas com plasmídeos contendo os genes marcadores.
Estudos sobre presença e quantificação de SARS-CoV-2 no esgoto estão sendo realizados na Holanda [11], EUA [12], França [13], Austrália [14], Nova Zelândia [15], Portugal [16], Canadá [17] e Malásia [18]. No Brasil, a UFMG iniciou o monitoramento em Belo Horizonte e Contagem [19] e a FioCruz [20] no Rio de Janeiro.
Objetivos e Metas
Objetivo Geral
Implementar a Epidemiologia do Esgoto (WBE) para produzir dados empíricos e em tempo quase-real sobre a presença de SARS-CoV-2 em escala comunitária no DF em apoio aos atuais sistemas de vigilância em saúde.
Objetivos específicos
• Implementar método para quantificar primers/probes de Sars-CoV-2 em amostras de esgoto considerando-se o estado-da-arte em análises epidemiológicas via WBE
• Coletar e analisar amostras representativas de esgoto em ETEs do Distrito Federal, região-modelo para uso da WBE para monitoramento da CoVID-19
• Estimar curvas de contágio via WBE e a relação com dados oficiais colhidos por sistemas de vigilância em uso pelo SUS
• Criar sistema de alerta precoce para novo surtos epidêmicos baseado na análise de esgotos
Metas (Indicadores de progresso)
• Aquisição de insumos e equipamentos (Acesso aos materiais e treinamento nos equipamentos adquiridos)
• Estabelecimento de métodos bioanalíticos (Identificação de fragmentos virais de Sars-CoV-2 via RT-qPCR)
• Amostragem de esgotos (Identificação de fragmentos virais de Sars-CoV-2 via RT-qPCR em amostras de esgoto)
• Tratamento dos dados e retro-cálculos (Estimativa de contágio em cada região atendida por diferentes ETEs do DF; Identificação de focos emergentes (Hot-Spots); Correlação com dados oficiais de contágio e com características sócio-urbanas de cada região)
• Criação de sistema de alerta rápido para CoVID-19 (Monitoramento e eventual resposta positiva após atual surto epidêmico)
Metodologia
Serão investigadas oito ETEs que atendem cerca de 70% da população do DF. Em cada ETE, amostras compostas de 24 h serão coletadas e analisadas semanalmente ao longo de 18 meses. A quantificação de cargas virais do SARS-CoV-2 na amostras será realizada utilizando a técnica RT-qPCR segundo protocolos descritos na literatura [13,14]. Os níveis de carga viral encontrados serão normalizados pela população atendida por cada ETE, para classificar as comunidades e identificar focos emergentes de infecção [17]. Quando a epidemia estiver sob controle, esgotos afluentes a duas ETEs continuarão a serem monitorados, servindo como sentinelas para identificação de novos surtos.
Resultados Esperados
Resultados e contribuições científicas, tecnológicas e de inovação
• Criação e consolidação de estratégia inovadora para o monitoramento da evolução de doenças infecciosas em ambientes urbanos via epidemiologia do esgoto
• Criação de grupo multidisciplinar para o controle, monitoramento e entendimento de epidemias
• Produção de relatórios técnicos, boletins, guias e artigos científicos em periódicos nacionais e internacionais nas diferentes áreas de inserção do projeto.
Aplicabilidade para o SUS e aprimoramento da atenção à saúde
• Produção de mapas de contágio e mobilização de recursos e profissionais para regiões prioritárias
• Campanhas rápidas de conscientização em ambientes escolares, comerciais e hospitalares
• Subsídio ao mapeamento de outras regiões brasileiras com base na estratégia aplicada no DF
• Subsídio ao monitoramento de outras doenças infecciosas via análise de esgotos
Potencial impacto e relevância do projeto para o enfrentamento da CoVID-19
• Comparação dos resultados obtidos via análise de esgotos com dados de internação e óbitos por COVID-19 para fins de refinamento da estratégia e elaboração de boletins de divulgação.
• Identificação de cargas virais por assintomáticos em diferentes regiões
• Criação de sistema de alerta rápido para novos surtos epidêmicos relacionados a COVID-19
Área de Conhecimento
Subárea de Conhecimento
Há previsão de Orçamento proveniente na unidade acadêmica?
Sim
Valor da previsão de financiamento da unidade
A contrapartida das unidades envolvidas se dará por meio da disponibilização e manutenção da infraestrutura necessária para coleta armazenamento de amostras e realização da extração e análise RT-qPCR (estimada na ordem de R$ 650.000,00). Além disso, complementará material de consumo, itens de segurança individual, combustível, e outras necessidades emergenciais, com recursos da ordem de R$ 15.000,00.
Cronograma da Execução
Meses 1 a 24 – Revisão bibliográfica continuada
Meses 1 e 2 – Aquisição de reagentes específicos para extração de RNA e RT-qPCR
Meses 2 e 3 – Implementação e validação do método de extração do RNA em amostras de esgoto
Meses 3 e 4 – Implementação e validação do RT-qPCR
Meses 1 a 18 – Amostragem de esgoto afluentes a ETEs do DF (OBS 1)
Meses 4 a 18 – Quantificação de carga viral de SARS-CoV-2 (COVID-19) (OBS 2)
Meses 4 a 18 – Emissão de relatório para autoridades de Saúde
Meses 1 a 6 – Aperfeiçoamento e desenvolvimento de modelo de retro-cálulo para estimativa de pessoas infectadas em cada região
Meses 6 a 20 – Identificação da relação de padrões sócio-urbanos com quantificação do SARS-CoV-2 no esgoto, estabelecendo metodologia para monitoramento e mapeamento de áreas de risco para contaminação peloCOVID-19 e de sistema de alerta rápido e precoce do ressurgimento da COVID 19.
Meses 21 e 22 – Relatório final
OBS 1 – As amostras coletadas nos meses em que o método de extração e quantificação estiver sendo implantado, serão preservadas para posterior análise.
OBS 2 – A amostragem e quantificação da carga viral acontecerá no esgoto afluente a 8 ETEs (70% da população do DF) durante a duração da epidemia no DF. Com o arrefecimento dos casos, o monitoramento continuará em 2 a 4 ETEs “sentinelas” representativas como parte do sistema de alerta. Caso a carga viral nas ETEs sentinelas indicarem o ressurgimento do vírus, o monitoramento de todas as 8 ETEs é retomado.
Tempo total de execução previsto
24
