Monitoramento do esgoto como ferramenta de vigilância epidemiológica para controle da COVID-19: estudo de caso na cidade de Belo Horizonte / Sewage monitoring as a surveillance epidemiological tool for COVID-19 control: a case study in the city of Belo Horizonte

RESUMO A recente detecção de material genético (RNA) do novo coronavírus em amostras de fezes e no esgoto aponta para a possibilidade de se identificar a circulação do vírus e até mesmo estimar o número de pessoas infectadas em determinada região pelo monitoramento sistemático do esgoto, configurando-se em importante ferramenta epidemiológica de testagem massiva indireta, incluindo portadores sintomáticos e assintomáticos. Nesse sentido, concebeu-se um projeto para a detecção e a quantificação do novo coronavírus em amostras de esgoto coletadas em 15 sub-bacias de esgotamento sanitário dos ribeirões Arrudas e Onça, visando entender a dinâmica de circulação e a prevalência do vírus nas regiões investigadas. Tais sub-bacias esgotam os efluentes gerados por uma população da ordem de 1,5 milhão de pessoas no município de Belo Horizonte e parte de Contagem. O plano de amostragem contemplou 17 pontos (15 sub-bacias + afluente às 2 estações de tratamento de esgoto) de monitoramento semanal, com coletas compostas durante todo o período da manhã. A detecção e a quantificação do RNA viral efetuaram-se em laboratório por meio de ensaios de RT-qPCR. Os resultados obtidos em quatro semanas de monitoramento (semanas epidemiológicas 21 a 24) mostraram um incremento da ocorrência do vírus, atingindo 100% das regiões investigadas na semana epidemiológica 24. A estimativa da população infectada pelo novo coronavírus pelo monitoramento do esgoto em Belo Horizonte apresentou tendência de crescimento exponencial, sendo até 20 vezes maior do que o número de casos confirmados acumulados. Quanto à circulação do vírus, as concentrações do RNA viral têm se mostrado bastante variáveis nas regiões monitoradas, com maiores porcentagens de população infectada estimada ao norte e nordeste da capital mineira.

ABSTRACT The recent detection of SARS-CoV-2 RNA in stool and sewage samples highlights the possibility of mapping the circulation of the virus and even estimating the number of infected people through the systematic monitoring of sewage in a specific region. Therefore, this is an important epidemiological tool for large-scale indirect testing, including symptomatic and asymptomatic carriers. This project was conceived for the detection and quantification of the SARS-CoV-2 in sewage samples collected in 15 watersheds of the Arrudas and Onça streams, aiming to understand the dynamics of spread and the prevalence of the virus in these regions/watersheds. These sub-basins exhaust the effluents generated by a population of approximately 1.5 million people in the municipality of Belo Horizonte and part of Contagem. Weekly composite samples were collected during the morning periods in seventeen monitoring points (15 water sheds + influent to 2 sewage treatment plants). RNA detection and quantification were performed in the laboratory using RT-qPCR. The results obtained in four weeks of monitoring (epidemiological weeks 21 to 24) showed an increase in the occurrence of the virus, reaching 100% of the monitored regions investigated in epidemiological week 24. The infected population, estimated by sewage monitoring in Belo Horizonte, showed exponential growth, being up to 20 times higher than those of accumulated confirmed cases. As for the dynamics of virus spread, RNA concentrations have shown to be quite variable in the monitored regions with higher percentages of the estimated infected population in the northern and north-eastern portions of Belo Horizonte.

Detecção e quantificação de bactérias resistentes aos antibióticos ampicilina e cloranfenicol em estações de tratamento de esgoto doméstico / Detection and quantification of bacteria resistant to ampicillin and chloranphenicol in domestic sewage treatment plants

RESUMO Estações de tratamento de esgotos (ETEs) estão entre as principais fontes de disseminação de bactérias resistentes a antibióticos (BRAs) e genes de resistência (GRAs) no ambiente. Este trabalho quantificou a ocorrência de bactérias resistentes aos antibióticos ampicilina e cloranfenicol no esgoto bruto (EB), no efluente tratado (ET) e no lodo de duas ETEs em escala plena por um período de nove meses. As unidades investigadas utilizavam os seguintes sistemas de tratamento: ETE-A, sistema de lodos ativados convencional; e a ETE-B, reatores anaeróbios (UASB) seguidos de filtros biológicos percoladores (FBP). Os resultados evidenciaram que a ETE-A foi mais eficiente na redução das concentrações de bactérias resistentes à ampicilina e ao cloranfenicol (cerca de 1,1 e 0,7 log10UFC.mL−1 de remoção, respectivamente), quando comparada com a ETE-B (0,5log10 UFC.mL−1 de remoção para as bactérias resistentes ao cloranfenicol e nenhuma remoção para as resistentes à ampicilina). As amostras de lodo, de ambas ETEs, apresentaram elevadas concentrações de bactérias heterotróficas totais — BHTs (4,8-7,6 log10UFC.mL−1) e de BRAs (3,0-6,3 log10UFC.mL−1). A maioria das cepas resistentes à ampicilina e ao cloranfenicol isoladas foi identificada como sendo da família Enterobacteriaceae. Algumas das espécies identificadas são bactérias potencialmente patogênicas, tais como: Klebsiella pneumoniae, Aeromonas hydrophila, Escherichia coli, Enterococcus faecium, Salmonella spp. Os resultados chamam a atenção para a disseminação de BRAs, potencialmente patogênicas, no meio ambiente a partir do efluente final (proveniente do tratamento secundário) das ETEs, independentemente do tipo de sistema adotado. Fica evidente que para reduzir significativamente a concentração das BRAs no ET, este deveria passar por tratamento adicional e desinfecção.

ABSTRACT Sewage treatment plants (STP) are among the main sources of dissemination of antibiotic-resistant bacteria (ARB) and antibiotic-resistance genes (ARG) into the environment. This work quantified the occurrence of cultivable ampicilin-resistant and chloramphenicol-resistant bacteria in raw sewage, treated effluent and sludge samples from two full-scale STP over nine months. The STP investigated used the following treatment systems: STP-A used conventional activated sludge system; and STP-B, anaerobic reactors (UASB) followed by percolating biological filters (PBF). Results showed that was more efficient in reducing the concentrations of ampicilin- and chloramphenicol-resistant bacteria (around 1.1 and 0.7 log10UFC.mL−1, respectively) when compared to STP-B (0.5 log10 UFC.mL−1 removal of cloramphenicol-resistant bacteria and no-removal of ampicilin-resistant bacteria). Sludge samples, from both STP, showed high concentrations of total heterotrophic bacteria (THB; 4.8-7.6 log10UFC.mL−1) and ARB (3.0-6.3 log10UFC.mL−1). Most of the isolated ampicilin- and chloramphenicol-resistant strains were identified as members of the Enterobacteriaceae family. Some of the identified species are potential pathogenic bacteria, such as Klebsiella pneumoniae, Aeromonas hydrophila, Escherichia coli, Enterococcus faecium, Salmonella spp. These results call attention to the spread of ARB, potentially pathogenic, in the environment from the final effluent (from secondary effluent) on the STP, regardless of the type of system adopted. It is evident that in order to significantly reduce the concentration of ARB in the treated effluent, it should undergo additional treatment and disinfection.