Coyuntura

La gestión del ciclo urbano del agua y el SARS-CoV-2

El sector de la gestión del ciclo urbano del agua ha resultado ser esencial para la sociedad durante la pandemia provocada por el COVID-19. Los ingenieros de caminos, canales y puertos que trabajan en los operadores de los servicios urbanos del agua han demostrado su capacidad de gestión extendiendo el control del SARS-CoV-2 a las aguas residuales crudas que circulan por las redes de saneamiento.

Grupo de Agua del Comité de Agua, Energía y Cambio Climático Colegio del Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos

Con agradecimiento a la participación de Suez y Canal de Isabel II

©Patrick Federi

La importancia del papel que han jugado los operadores de los servicios urbanos del agua durante la pandemia es incuestionable. Este sector, el de la gestión del ciclo urbano del agua, que tradicionalmente ha sido discreto y silencioso en los países desarrollados como España, en los que abrir el grifo y que salga el agua o pulsar la cisterna y que el agua residual llegue hasta las depuradoras es algo natural, ha cobrado protagonismo por haberse postulado como esencial durante los meses más complicados y de mayor incertidumbre de la epidemia.

Aunque ciertamente se trabaja en un entorno multidisciplinar, esta actividad está fuertemente liderada por los ingenieros de caminos, canales y puertos, que hemos hecho gala de una enorme resiliencia en cuanto a la capacidad de organización y gestión para mantener activos estos imprescindibles servicios, habiendo encontrado la oportunidad de poner nuestro ingenio al servicio del sector sanitario para proveerle de una preciosa herramienta de anticipación de las nuevas olas de contagios.

De forma muy rápida y paralela a la evolución del conocimiento científico sobre la COVID-19, las empresas gestoras del saneamiento y la depuración en los entornos urbanos nos dimos cuenta de que las aguas residuales podían proporcionar valiosa información acerca de la distribución y alcance de la población contagiada.

El análisis de distintos tipos de virus y bacterias en el agua residual no es una novedad: este control se realiza periódicamente en las aguas residuales depuradas como parte de la monitorización normativa del funcionamiento de las estaciones de depuración de aguas residuales (EDAR). Sin embargo,lo que no es habitual es extender este control a las aguas residuales crudas que circulan por las redes de saneamiento antes de su tratamiento (145.000 km que se extienden por la geografía española). El reto, además, consistía en determinar el número y la situación de los puntos de muestreo para que resultaran significativos, las características de las muestras a tomar, así como establecer los procedimientos analíticos que permitieran diferenciar el SARS-CoV-2 (el virus que provoca la enfermedad COVID-19, que se excreta y, por tanto, se halla en forma no infectiva en el agua residual) de otros virus con los que comparte buena parte del material genético.

El adecuado conocimiento de las redes de saneamiento y el desarrollo de los métodos analíticos necesarios ha permitido la materialización de la idea inicial que ha acabado convirtiéndose, además, en una recomendación explícita de la Comisión Europea a todos los Estados Miembros para localidades de más de 150.000 habitantes.

Proyecto Vigía. Canal de Isabel II

Vigía es el sistema de detección, vigilancia y visualización del SARS-CoV-2 en el agua residual en la Comunidad de Madrid. Este sistema cuantifica la presencia de SARS-CoV-2 por cuencas; mediante una normalización de resultados, permite un análisis de tendencias, un cribado de datos para criterios de calidad, la distribución espacial por municipios y distritos, así como el análisis distribuido de resultados.

No obstante, conviene señalar que la detección de SARS-CoV-2 en el agua residual es solo una herramienta complementaria para la toma de decisiones de la autoridad sanitaria correspondiente. El análisis de los resultados de este trabajo sin tener en cuenta datos médicos no es adecuado. Los resultados han de ser analizados con las precauciones convenientes y con conocimientos en la materia, pues la cuantificación de la presencia de SARS-CoV-2 en el agua residual está afectada por múltiples factores: contaminación, caudales, precipitaciones, vertidos extraordinarios u hora de toma de datos, entre otros.

El proyecto comenzó durante el confinamiento, a finales de marzo de 2020, intuyendo la oportunidad de realizar un estudio de las aguas residuales que pudiera contribuir a la lucha contra la pandemia. En el mes de abril se iniciaron los estudios en los sistemas de saneamiento de aguas residuales, comenzando por aquellos a los que vertían los grandes hospitales de la región. Se seleccionaron las EDAR receptoras de La China (Gregorio Marañón, Fundación Jiménez Díaz, La Princesa, Clínico San Carlos, Niño Jesús, Cruz Roja y San Rafael), Viveros de la Villa (Ramón y Cajal, La Paz y Carlos III) y Butarque (Doce de Octubre y Gómez Ulla).

Tras la toma de muestras se realizó un análisis binario para determinar la presencia o ausencia de cadenas de ácido ribonucleico (ARN) del SARS-CoV-2; en aquel momento era el único método disponible, todavía no era posible cuantificar la carga vírica.

En mayo se realizó una prueba piloto en el municipio de Torrejón de Ardoz de cara a ajustar la metodología. Se trataba de conocer cuántos puntos de toma de muestra eran necesarios para que fueran representativos de la población, así como la distancia a la que tenían que estar de las zonas de emisión para que los datos fueran fiables. Con esta información, la Subdirección de I+D+i de Canal de Isabel II estableció la sistemática final para extenderla al resto de los municipios.

La selección de los puntos de muestreo es clave, ya que han de estar suficientemente alejados para representar el vertido de una mayoría de población, pero lo suficientemente próximos para evitar la degradación de la muestra toda vez que la presencia del virus se reduce con el paso del tiempo. A estos dos criterios se añadió la accesibilidad y la seguridad para el personal que habría de recoger las muestras.

No es baladí señalar, en relación con este aspecto, que las cuencas de alcantarillado no coinciden con las divisiones administrativas o sanitarias, por lo desde el comienzo del estudio se conoce que cualquier agregación de resultados por municipio o por distrito habría de ser indicativa.

De forma paralela se inició, mediante un procedimiento de contratación pública, la búsqueda de laboratorios que, además de la detección de la presencia del virus, pudieran facilitar la cuantificación de trazas de ARN. La experiencia de la Subdirección de Calidad de las Aguas de Canal de Isabel II, responsable desde hace años del laboratorio de agua de consumo y del de aguas depuradas y reutilizadas, fue determinante en el éxito de esta tarea.

Fuente: Canal de Isabel II.
Fuente: Canal de Isabel II.

En el mes de junio se incorporan al proyecto las Consejerías de Sanidad y Medio Ambiente para contribuir a la elección definitiva de los puntos de mayor interés. Las primeras muestras se toman en el mes de julio.

Finalmente se seleccionan 289 puntos de toma de muestra, de los cuales 120 se corresponden con arquetas de entrada a depuradoras y 169 son pozos de registro de la red de saneamiento. Estos puntos están distribuidos en todos los municipios de la Comunidad de Madrid, destacando Madrid capital, que cuenta con 51 ubicaciones de recogida de muestras.

Para garantizar la homogeneidad de las muestras de agua residual y, por tanto, la comparabilidad de los resultados, las tomas semanales se repiten siempre en los mismos puntos, los mismos días de la semana y a la misma hora del día.

Las muestras se someten a análisis para determinación de parámetros caracterizadores de su contaminación. También se someten al procedimiento analítico preciso para determinar el número de unidades genómicas de SARS-CoV-2 presentes mediante técnicas de PCR.

Una vez analizadas las muestras, se realiza un primer cribado de los datos, donde se comparan con otros parámetros de contaminación propios de cada punto de cara a detectar valores anormales y, después, se realiza un análisis estadístico comparado e individualizado para detectar posibles valores fuera de rango.

Las determinaciones se comparan en el tiempo para cada punto de muestreo. Así se comprueba la evolución al alza o a la baja de la carga vírica en cada ubicación.

Los resultados de la evolución del estado general de los puntos de muestreo se muestran de manera gráfica en el gráfico superior, siendo muy intuitivo entender la tendencia:

  • Rojo: pozos con aumento de presencia de SARS-CoV-2.
  • Naranja: pozos con tendencia decreciente de la media móvil con una variación no mayor del 33%.
  • Amarillo: pozos con tendencia decreciente de la media móvil con una variación superior al 33%.
  • Verde: pozos sin presencia de SARS-CoV-2 en dos muestras sucesivas.

Desde febrero de 2021, la información está a disposición de los ciudadanos en la páginaweb de Canal de Isabel II, pudiendo consultarse a través de un mapa interactivo (imagen adjunta) que muestra la persistencia del virus en el agua residual por municipios y que se actualiza dos veces por semana. En el mapa, un código de colores cuantifica la importancia de la presencia del SARS-CoV-2 en función de la tendencia en cada municipio/distrito (ascendente, descendente.…) y el valor absoluto comparado con los datos históricos de este municipio/distrito.

Igualmente está disponible un informe de presencia de SARS-CoV-2 en el agua residual, que se actualiza semanalmente y que, además de la evolución del estado general de los puntos de muestreo ya mencionada, incluye los gráficos de evolución general para toda la Comunidad de Madrid, Madrid capital y resto de la Comunidad de Madrid como se muestra abajo. Dado que no se puede establecer una relación única entre el valor de SARS-CoV-2 en aguas residuales y el número de infectados, ya que dependerá de la virulencia de la infección en cada paciente, Vigía no muestra valores absolutos, sino tendencias.

Tras un año de operativa, se ha comprobado que los datos obtenidos tienen una función predictiva. Comparando las curvas obtenidas a lo largo de estos meses con las de contagios y las de hospitalización, se observa una correspondencia de las tendencias con un decalaje de entre tres y once días, de modo que puede hablarse de una detección anticipada de la evolución epidemiológica de unos siete días como media.

Fuente: Canal de Isabel II.

Aunque ya se ha dicho, conviene recalcar que esta herramienta supone un indicador adicional con el que cuentan las autoridades sanitarias a la hora de poner en marcha medidas de prevención, para ir anticipando la situación asistencial y para la toma de decisiones, pero que no debe ser tomada por sí sola como medida de evaluación de la extensión del virus.El proyecto acabó aquí. La aparición de nuevas variantes del virus exigió seguir avanzando en su identificación, tremendamente complicada dado el número de cepas y las posibles variantes genéticas.

Además de este nuevo reto –el de la identificación de las mutaciones del virus–, Canal de Isabel II se marcó como objetivopoder realizar internamente la labor de análisis de las muestras en el laboratorio de aguas depuradas y regeneradas que posee en Majadahonda que se equipó para asumir esta tarea.

Por último, cabe señalar la vocación de continuidad de Vigía: cuando concluya la actual crisis sanitaria, está previsto mantener un sistema de vigilancia epidemiológica activo que contará con 85 puntos de muestreo y que servirá como alarma temprana para las autoridades necesarias.

El servicio COVID-19 City Sentinel del Grupo Suez España

El grupo Suez lleva un año implantando la solución integrada COVID-19 City Sentinel en numerosas redes de saneamiento. El servicio consiste esencialmente en monitorizar de forma periódica la presencia de material genético del virus SARS-CoV-2 en las aguas residuales de un municipio, como observatorio o centinela de la enfermedad, que ayude al gestor público en la toma de decisiones, pudiendo así sectorizar medidas y controlar nuevos focos.

Este servicio parte de unos hechos probados, como son que los restos del virus están presentes en las heces de las personas infectadas incluso desde antes de presentar síntomas –incluso si son asintomáticas– y que, por lo tanto, la presencia de restos del virus en las aguas residuales es un excelente indicador de la circulación del mismo en la población y de la incidencia de la enfermedad. Tanto es así que la propia Comisión Europea ya ha planteado abiertamente que el rastreo en las aguas residuales pueda convertirse en una herramienta permanente de vigilancia epidemiológica.

La monitorización del SARS-CoV-2 a través de las aguas residuales tiene muchas ventajas: es agregada (con una sola muestra se chequea toda una población o sector), no es invasiva ni molesta para la población, incluye a los asintomáticos, y ofrece una visión temprana, adelantándose casi una semana respecto al sistema de pruebas de los centros de salud. Esta diferencia todavía era mayor hace un año, pero la aparición de los test de antígenos redujo este desfase. Por tanto, es excelente para obtener una foto panorámica y una cierta capacidad de anticipación. Pero no permite hacer rastreo de contactos, así que en ningún modo puede sustituir a la vigilancia epidemiológica clásica basada en los test individuales (si bien puede servir para enfocar dónde hacer dichas campañas masivas). Estas aseveraciones, que ahora pueden parecer obvias, no lo eran tanto cuando Cetaqua (centro tecnológico de Aguas de Barcelona y Grupo Suez España) lanzó el proyecto de investigación Reveal en marzo de 2020. En aquel momento, el objetivo era dar respuesta a varias cuestiones fundamentales. La primera de ellas fue validar la ausencia de riesgo tanto para los trabajadores de las plantas de tratamiento como para las personas en contacto con las infraestructuras del agua. En segundo lugar, se necesitaba llevar a cabo el desarrollo e implantación de la metodología de RT-qPCR adaptada a muestras complejas como el agua residual. Finalmente, se necesitaba verificar la existencia de una relación clara entre los parámetros epidemiológicos y las concentraciones de virus en el agua residual, lo cual era la base conceptual para el desarrollo del servicio posterior, como se puede apreciar en las imágenes adjuntas.

Una vez alcanzados dichos objetivos y validada su utilidad como herramienta para el seguimiento epidemiológico de la pandemia, en mayo de 2020 Suez España transformó este conocimiento en un nuevo servicio para la ciudadanía. Nació así el servicio COVID-19City Sentinel, y se desarrolló la plataforma digital que constituye el soporte del mismo. El servicio COVID-19 City Sentinel proporciona dos tipos de información: la pura detección y la cuantificación. Según el diseño que se haya hecho de la campaña y los reajustes que se realicen en cada momento (en el número de puntos, ubicación y frecuencia de los muestreos), se puede estar priorizando una o la otra, en función del uso que se quiera dar a los datos para el control de la pandemia. Las casuísticas de uso de los resultados, conseguidos gracias al desarrollo de funciones de data intelligence, son diversas:

Fuente: Suez.
  • Detección temprana de brotes
  • Detección temprana de cambios de tendencia (estabilización, descenso, repunte)
  • Predicción de variación de incidencias a una semana vista
  • Detección de focos localizados de infección
  • Evaluación del nivel de circulación global del virus en la población
  • Detección de mutaciones de virus y la procedencia geográfica de las mismas

Desde el lanzamiento del servicio COVID-19 City Sentinel, se ha ido implantando a gran escala, muestreando por todo el territorio nacional, tanto en explotaciones operadas por el Grupo Suez como en otras gestionadas por operadores públicos. Se han incorporado al servicio más de 100 municipios españoles con más de 700 puntos de control, cubriendo una población de 13,5 millones de personas. Y se ha expandido a Santiago de Chile, con 5,6 millones más.

Fuente: Suez.

Esta gran presencia territorial permite establecer interesantes sinergias operativas e intercambio de experiencias entre los equipos de ingenieros hidráulicos de redes, responsables de operación, de control de vertidos, epidemiólogos, virólogos, que están desarrollando la misma tarea en lugares y contextos muy dispares dentro de la geografía española. Todo ello articulado a través de unas reuniones semanales por territorios donde se discuten e interpretan los resultados.

El desarrollo del servicio ha ido además acompañado del perfeccionamiento de la plataforma digital que lo sustenta. La finalidad de esta es agregar información relevante en un panel de control claro y limpio. Unifica y combina los resultados analíticos del agua con los indicadores de evolución sanitaria del municipio y el conocimiento de la red, para permitir hacer un buen análisis de la situación y una correcta interpretación de los resultados, facilitando así la toma de decisiones.

Se trata de una plataforma web con una interfaz atractiva, intuitiva y sencilla, que gestiona el volcado, alojamiento, notificación y visualización de resultados de las analíticas realizadas, así como la visualización de los metadatos estáticos asociados a cada punto de muestreo. Muestra también mapas y gráficas para seguir la evolución de los resultados originales (gravedad, tendencia, etc.), así como los valores corregidos o normalizados en base a parámetros físico-químicos de comparación. Además, recientemente se ha desarrollado una versión simplificada para poder incrustar la funcionalidad del mapa en webs de acceso público.

Por otro lado, el Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico, gestor del proyecto estatal Vatar COVID junto con el Ministerio de Sanidad, o la Junta de Castilla y León han confiado en esta plataforma como visor de sus resultados, lo cual es un reconocimiento a su nivel de madurez y funcionalidad.

El uso de la plataforma presenta, además, algunas ventajas adicionales ligadas al hecho de su gran implantación territorial. Al estar utilizándola muchas decenas de usuarios en toda España, fruto del uso van surgiendo comentarios y propuestas de evolución que, cuando se juzgan útiles para el conjunto de usuarios, se incorporan a la plataforma y quedan a disposición de todos ellos.

Finalmente, cabe destacar que el servicio COVID-19 City Sentinel, como el virus, ha ido mutando con el tiempo: además de ir incorporando nuevas funcionalidades en la plataforma a petición de los usuarios, ha ido adaptándose a la aparición de nuevas variantes, que han requerido de desarrollos en la técnica analítica y en la propia interfaz. Y lo seguirá haciendo para incorporar los resultados de técnicas de metagenómica que permitan detectar cualquier variante, cepa u otros patógenos que se consideren de interés epidemiológico por parte de las autoridades, siempre que se hallen presentes en las aguas residuales.

 

https://www.canaldeisabelsegunda.es/mapa-vigia