Virus SARS-CoV-2 v odpadních vodách

Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka společně s Výzkumným ústavem veterinárního lékařství v Brně a s epidemiology z 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy zavedl systém monitoringu odpadních vod za účelem sledování epidemické situace nemoci covid-19 a predikce jejího vývoje. Monitoring je financován projektem VI04000017 „Využití monitoringu odpadních vod jako nástroje včasného varování před vznikem epidemiologické situace“ programu 4. VS BV III. institucionálními prostředky MŽP prostřednictvím interního grantu 3600.52.33/2020 VÚV TGM. Odběry provádí provozovatelé ČOV. Příslušná metodika byla nově schválena Ministerstvem zdravotnictví České republiky.

Co přesně sledujeme?

Principem systému je odběr nečištěných odpadních vod na vybraných, pro daný účel vhodných ČOV, izolace virové RNA a kvantitativní detekce množství genomových jednotek viru SARS-CoV-2. Virová RNA je do odpadních vod vylučována osobami infikovanými virem SARS-CoV-2 a tudíž její množství koreluje s jejich počty v oblastech napojených na sledované ČOV. Výsledky analýz ukazují dobrou využitelnost zvolené metody a tedy možnost získání cenných objektivních epidemiologických informací za nepoměrně nižší náklady než pomocí klinických testů.

Kde pozorování provádíme?

Výzkumný tým aktuálně provádí kontinuální monitoring na 4 ČOV v ČR a analyzuje a vyhodnocuje výsledky analýz více než 550 vzorků odebraných na 66 ČOV v celé ČR v průběhu všech vln epidemie a je připraven nabídnout spolupráci zdravotnickému sektoru pro úspěšné plnění Doporučení Evropské komise na zavedení systematického monitoringu SARS-CoV-2 v odpadních vodách ze dne 17. 3. 2021. Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, v.v.i. zajišťuje samostatně nebo ve spolupráci s provozovateli ČOV odběry vzorků odpadních vod a společně s Výzkumným ústavem veterinárního lékařství, v.v.i. v Brně provádí ve 3 laboratořích izolaci a kvantitativní detekci RNA SARS-CoV-2 z odpadních vod.

Průběh epidemie koronaviru v komunálních odpadních vodách

Zjištěné výsledky potvrdily, že systém je schopen zachytit nástup nové vlny epidemie dříve než je prokázán klinickými testy. Probíhající pravidelný monitoring RNA viru SARS-CoV-2 v odpadních vodách ve 4 městech ČR (Praha, Brno, Kladno, Břeclav) na 5 ČOV (ÚČOV Praha – stávající a nová vodní linka, ČOV Brno, ČOV Vrapice/Kladno, ČOV Břeclav) je jedinečným nástrojem, který umožní zachytit aktuální stav výskytu koronaviru na území ČR a očekávaný nástup další epidemické vlny. Monitoring odpadních vod je tak fungujícím objektivním nástrojem pro sledování vývoje výskytu viru v populaci, při němž není nutné testování jedinců.

Monitoring RNA koronaviru SARS-CoV-2 v odpadních vodách, prováděný od dubna 2020, zachytil jednotlivé vlny epidemie covidu-19 v ČR a lze jej tak považovat za fungující marker výskytu covidu-19 v populaci.

Objektivní údaje, získané z monitoringu odpadních vod ukazují, že téměř úplnou eliminaci viru v létě 2021 následoval sled vln zvýšeného výskytu GE (genomových jednotek) viru SARS-CoV-2 v odpadních vodách, korelujících s počty pozitivně testovaných osob covidu-19, detekovaných PCR testy.

Poměr virové zátěže odpadních vod k počtům pozitivně testovaných se na začátku léta 2022 změnil, tj. virus byl v populaci přítomen, ale nezpůsoboval významné ovlivnění zdravotního stavu populace.

Stav ke konci podzimu 2022 ukazuje ve většině vzorků stagnaci až pokles výskytu markeru covidu-19 v odpadních vodách, doprovázený snižováním počtu pozitivně testovaných osob. Stav zároveň ukazuje, že nedochází k rozvoji původně nastartované podzimní epidemické vlny.

Z dosavadního průběhu lze předpokládat, že v populaci ČR bude následovat střídání vln zvýšeného výskytu viru v populaci bez významného vlivu na veřejné zdraví a jejich postupná stabilizace na úrovni výskytu běžných infekčních nemocí s pravděpodobností nástupu epidemie pouze v případě nové varianty viru.

Dvouletý monitoring odpadních vod ukázal adaptaci populace ČR na přítomnost viru SARS-CoV-2.

A co ukazují čerstvé výsledky (aktualizace k 25. 11. 2022)?

Aktuální stav ukazuje od 2. poloviny října na ÚČOV Praha, ČOV Kladno (Vrapice) pokračující pokles výskytu markeru covid-19, který je doprovázen poklesem počtu pozitivně testovaných osob. V Brně a Břeclavi se hodnoty markeru covidu-19 v odpadních vodách po nárůstu na konci října snižují. Nejnovější listopadová data ukazují na proces stagnace (ustálení hodnot markeru covid-19) na všech linkách ČOV.

ČOV Brno – obsah virových částic v odpadních vodách zde spolehlivě zachytil všechny dosavadní vlny epidemie. Rozsáhlá epidemická vlna, která proběhla na začátku roku 2022, byla v Brně následována letní vlnou (červen-srpen), která však není doprovázena významně zvýšeným výskytem klinických příznaků covidu-19, detekovaných PCR testy. Množství virových částic v brněnské odpadní vodě je v letních měsících na úrovni předchozí vlny epidemie. Po poklesu na konci srpna dochází během září a října ke zvyšování na dosud nejvyšší hodnoty. Poměr k počtům pozitivně testovaných je však již od začátku léta inverzní, tj. virus je v populaci přítomen, ale nezpůsobuje významné ovlivnění zdravotního stavu populace. Hodnoty z konce října vykazují po počátečním poklesu listopadovou stagnaci koncentrace výskytu SARS-CoV-2 v odpadních vodách, která ovšem není doprovázena zvýšeným počtem pozitivně testovaných osob. Ten se naopak dále snižuje.

ČOV Břeclav – odpadní voda z této ČOV zachytila všechny dosavadní vlny epidemie. Na epidemickou vlnu, která proběhla na začátku roku 2022 a skončila v květnu, navázala letní epidemická vlna (červen-srpen), která již není doprovázena zvýšeným výskytem klinických příznaků covidu-19, detekovaných PCR testy. Množství virových částic v odpadní vodě od září stoupá k dosud nejvyšším hodnotám. Poměr k počtům pozitivně testovaných je však již od začátku léta inverzní, tj. virus je v populaci přítomen, ale nezpůsobuje významné ovlivnění zdravotního stavu populace. Hodnoty z konce října vykazují po počátečním poklesu listopadovou stagnaci koncentrace výskytu SARS-CoV-2 v odpadních vodách, která ovšem není doprovázena zvýšeným počtem pozitivně testovaných osob. Ten se naopak dále snižuje.

ÚČOV Praha – na stávající (SVL) i nové (NVL) vodní lince monitoring odpadních vod velmi dobře zachytil dosavadní vlny epidemie covid-19. Odpadní vody z obou linek ÚČOV zachytily v roce 2022 epidemickou vlnu na přelomu ledna a února s postupným poklesem, ukončeným v květnu. V červnu byl na obou linkách zaznamenán vzestup covidového markeru, který však nebyl zachycen klinickými testy. V letních měsících došlo opět ke zvýšení množství virové RNA v odpadních vodách, které již není doprovázeno výskytem významného počtu klinických případů. Vzestup množství covidového markeru v pražské odpadní vodě na začátku října je v listopadu následován poklesem, který je doprovázen poklesem počtu pozitivně testovaných osob.

ČOV Kladno – monitoring odpadních vod zde velmi dobře zachytil všechny vlny epidemie. Podobně jako na pražské ÚČOV zachytily odpadní vody v roce 2022 epidemickou vlnu na přelomu ledna a února s postupným poklesem do začátku května. I zde byl v červnu zachycen vzestup markeru covidu-19, který nebyl zachycen klinickými testy. V letních měsících došlo opět ke zvýšení množství virové RNA v odpadních vodách na úroveň předchozích epidemických vln, nedochází však již k výskytu zvýšeného počtu klinických případů. Vzestup množství covidového markeru v kladenské odpadní vodě na konci září je v říjnu a v listopadu následován poklesem, který je doprovázen poklesem počtu pozitivně testovaných osob.

Výsledky monitoringu odpadních vod v uvedených grafech jsou porovnávány s verifikovanými počty pozitivně testovaných osob, ze systému ISIN, průběžně zpracovávaných Oddělením biostatistiky SZÚ pro konkrétní sledované lokality. Data o týdenních počtech pozitivně testovaných jedinců v ČR jsou získávány z veřejně přístupného webu European Centre for Disease Prevention and Control. Pro možnost porovnání aktuálních výsledků monitoringu odpadních vod (cca za poslední 1–2 měsíce) jsou využívány volně dostupné údaje z covidových map nebo veřejně přístupných webů pro jednotlivá města na platformě https://obce.nery.cz/. Veřejná data mohou být zatížena chybou a neobsahují počty obyvatel v připojených obcích.

Výkyvy záchytu hledané RNA v odpadní vodě mohou být způsobeny:

  • odlišným množstvím odpadní vody = různé naředění přítomného množství fragmentů virové RNA,
  • odběrem v jiném týdenním režimu (víkend),
  • nehomogenitou odebraného vzorku (odpadní voda obsahuje množství dalších látek a částic, odběr je prováděn po mechanickém odstranění hrubých nečistot),
  • nestálým poměrem průmyslových a komunálních odpadních vod.

Více se o problematice koronaviru v povrchových a odpadních vodách a možnostech využití výsledků jako diagnostického média dozvíte v odborných článcích časopisu VTEI zde a zde. O tématu podrobně pojednává i reportáž pro Českou televizi (v čase 1:59:44) od Kateřiny Sovové a článek pro MF Dnes od Hany Zvěřinové Mlejnkové.

Další podrobnosti o běžícím projektu se dozvíte zde.