Wastewater-Based Epidemiology: differenze tra le versioni

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== Utilizzi ==
== Utilizzi ==
Le sostanze chimiche comunemente misurate dalla WBE includono droghe illecite come cocaina e metanfetamina,<ref name="pmid22836098">{{cite journal | vauthors = Thomas KV, Bijlsma L, Castiglioni S, Covaci A, Emke E, Grabic R, Hernández F, Karolak S, Kasprzyk-Hordern B, Lindberg RH, Lopez de Alda M, Meierjohann A, Ort C, Pico Y, Quintana JB, Reid M, Rieckermann J, Terzic S, van Nuijs AL, de Voogt P | title = Comparing illicit drug use in 19 European cities through sewage analysis | journal = Sci. Total Environ. | volume = 432 | issue = | pages = 432–9 | date = August 2012 | pmid = 22836098 | doi = 10.1016/j.scitotenv.2012.06.069 | url = | issn = }}</ref> droghe lecite come tabacco e caffeina,<ref name="pmid27716139">{{cite journal | vauthors = Baz-Lomba JA, Salvatore S, Gracia-Lor E, Bade R, Castiglioni S, Castrignanò E, Causanilles A, Hernandez F, Kasprzyk-Hordern B, Kinyua J, McCall AK, van Nuijs A, Ort C, Plósz BG, Ramin P, Reid M, Rousis NI, Ryu Y, de Voogt P, Bramness J, Thomas K | title = Comparison of pharmaceutical, illicit drug, alcohol, nicotine and caffeine levels in wastewater with sale, seizure and consumption data for 8 European cities | journal = BMC Public Health | volume = 16 | issue = 1 | pages = 1035 | date = October 2016 | pmid = 27716139 | pmc = 5045646 | doi = 10.1186/s12889-016-3686-5 | url = | issn = }}</ref> prodotti farmaceutici<ref name="pmid24997947">{{cite journal | vauthors = Golovko O, Kumar V, Fedorova G, Randak T, Grabic R | title = Seasonal changes in antibiotics, antidepressants/psychiatric drugs, antihistamines and lipid regulators in a wastewater treatment plant | journal = Chemosphere | volume = 111 | issue = | pages = 418–26 | date = September 2014 | pmid = 24997947 | doi = 10.1016/j.chemosphere.2014.03.132 | url = | issn = }}</ref> e prodotti per la cura personale come i [[filtri ultravioletti]].<ref name="pmid27916306">{{cite journal | vauthors = Wang W, Kannan K | title = Mass loading and emission of benzophenone-3 (BP-3) and its derivatives in wastewater treatment plants in New York State, USA | journal = Sci. Total Environ. | volume = 579 | issue = | pages = 1316–1322 | date = February 2017 | pmid = 27916306 | doi = 10.1016/j.scitotenv.2016.11.124 | url = | issn = }}</ref>
Esposizione a sostanze chimiche come [[interferenti endocrini]]<ref name="pmid18514758">{{cite journal | vauthors = Kasprzyk-Hordern B, Dinsdale RM, Guwy AJ | title = The occurrence of pharmaceuticals, personal care products, endocrine disruptors and illicit drugs in surface water in South Wales, UK | journal = Water Res. | volume = 42 | issue = 13 | pages = 3498–518 | date = July 2008 | pmid = 18514758 | doi = 10.1016/j.watres.2008.04.026 | url = | issn = }}</ref> o [[ritardanti di fiamma]]<ref name="pmid26123237">{{cite journal | vauthors = O'Brien JW, Thai PK, Brandsma SH, Leonards PE, Ort C, Mueller JF | title = Wastewater analysis of Census day samples to investigate per capita input of organophosphorus flame retardants and plasticizers into wastewater | journal = Chemosphere | volume = 138 | issue = | pages = 328–34 | date = November 2015 | pmid = 26123237 | doi = 10.1016/j.chemosphere.2015.06.014 | url = | issn = }}</ref> possono anche essere misurati, così come le sostanze chimiche idrofobiche che si dividono in particolato.<ref name="pmid21968348">{{cite journal | vauthors = Baker DR, Kasprzyk-Hordern B | title = Multi-residue determination of the sorption of illicit drugs and pharmaceuticals to wastewater suspended particulate matter using pressurised liquid extraction, solid phase extraction and liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry | journal = J Chromatogr A | volume = 1218 | issue = 44 | pages = 7901–13 | date = November 2011 | pmid = 21968348 | doi = 10.1016/j.chroma.2011.08.092 | url = | issn = }}</ref>

Infine, vi sono anche prospettive teoriche che indicano la possibilità di ricercare i biomarcatori della dieta.<ref name="pmid21851132">{{cite journal | vauthors = Thomas KV, Reid MJ | title = What else can the analysis of sewage for urinary biomarkers reveal about communities? | journal = Environ. Sci. Technol. | volume = 45 | issue = 18 | pages = 7611–2 | date = September 2011 | pmid = 21851132 | doi = 10.1021/es202522d | url = | issn = }}</ref> <ref>Venkatesan AK, Chen J., Driver E., Gushgari A., Halden RU, " Valutare il potenziale per monitorare le tendenze della dieta a base vegetale nelle comunità utilizzando un approccio epidemiologico basato sulle acque reflue " in Wastewater-Based Epidemiology: Estimation of Community Consumo di farmaci e diete , Subedi B., Ed. (American Chemical Society, 2019), vol. 1319 , pagg. 187–198. </ref><ref name="pmid31591193">{{cite journal | vauthors = Choi PM, Tscharke B, Samanipour S, Hall WD, Gartner CE, Mueller JF, Thomas KV, O'Brien JW | title = Social, demographic, and economic correlates of food and chemical consumption measured by wastewater-based epidemiology | journal = Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. | volume = 116 | issue = 43 | pages = 21864–21873 | date = October 2019 | pmid = 31591193 | pmc = 6815118 | doi = 10.1073/pnas.1910242116 | url = | issn = }}</ref>

=== WBE e marcatori socieconomici ===
In una pubblicazione del 7 ottobre 2019 pubblicata sulla rivista Proc Natl Acad Sci USA ([[PNAS]]) da parte di ricercatori della [[The University of Queensland]], si studiano le acque reflue con parametri sociali, demografici ed economici delle rispettive popolazioni.<ref name="pmid31591193"/>
I risultati di questo unico studio danno suggerimenti importanti che vanno al di la di aspetti sanitari, indicando le potenzialità della ricerca epidemiologia effettuata attraverso lo studio delle acque reflue; inoltre lo studio nelle acque reflue dei costituenti della dieta suggeriscono che la disparità nella dieta è associata al livello di istruzione del campione esaminato.
I biomarcatori del consumo di caffeina, agrumi e fibre alimentari avevano forti correlazioni positive con l'indice che misura il vantaggio e lo svantaggio socioeconomico relativo.
Al contrario la ricerca nelle acque reflue dei biomarcatori: [[tramadolo]], [[atenololo]] e [[pregabalin]] mostravano una forte correlazione negativa con il sopraindicato indice.
L'atenololo e l'[[idroclorotiazide]] erano correlati positivamente con l'età media del campione esaminato come ampiamente prevedibile.
Inoltre, il consumo di caffeina è associato ad aspetti della capacità finanziaria e del livello di istruzione, mostrando (nella realtà australiana) che consumo di caffeina è maggiore nei gruppi socioeconomicamente avvantaggiati.
In molti paesi l'uso di oppioidi è associato a risultati scolastici limitati, reddito familiare inferiore e altri comportamenti di abuso di sostanze e questi corrispondono ai nostri risultati relativi al descrittore dell'indice socioeconomico per area considerato. Tuttavia, l'uso di metadone, codeina, ossicodone e tramadolo non erano associati all'età del bacino, che può essere considerata un indicatore dell'algesia.
Inoltre ancora, oppioidi, antidepressivi, anticonvulsivanti e atenololo possono essere consideratiun indicatore del disagio socioeconomico.
Il biomarcatore considerato per il consumo di alcolici non è correlato con l'età ma invece p correlato con una condizione sociodemografica avvantaggiata.
L'uso del tabacco potrebbe essere più elevato tra le persone socialmente isolate mentre esso è più basso nella classe medio-alta.
Per i [[FANS]] va fatta una distinzione tra quelli a lunga durata di azione come il [[naprossene]] o i retard con quelli a preve durata come l'ibuprofen, il primi erano correlati con un consumo più coerente con il dolore conico che prevale nelle fasce avanzata di età; mentre i secondi non sono correlati nel loro consumo con l'età o con indicatori socieconomici particolari.
Gli antipertensivi mostravano un uso uniforme in diversi gruppi sociodemografici, così anche gli antibiotici e dolcificanti.<ref name="pmid31591193"/>

=== WBE e biomarcatori genetici di malattia ===
=== WBE e biomarcatori genetici di malattia ===
[[Image:Mitochondrial DNA it.png|thumb|larghezzapx|Organizzazione del DNA mitocondriale umano.]]
[[Image:Mitochondrial DNA it.png|thumb|larghezzapx|Organizzazione del DNA mitocondriale umano.]]

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La Wastewater-Based Epidemiology o (WBE) o epidemiologia basata sulle acque reflue o sorveglianza basata sulle acque reflue o estrazione di informazioni chimiche sulle acque reflue è un nuovo strumento epidemiologico indirizzato alla ricerca di sostanze tossiche alimentari e specifici prodotti di escrezione umane nelle acque reflue; esso, inoltre, è potenzialmente in grado di agire come approccio complementare agli attuali sistemi di sorveglianza delle malattie infettive diventando un sistema di allarme rapido per focolai di malattie.[1]

Vista aerea di un impianto di depurazione delle acque.

Si esegue misurando entità chimiche o biologiche (biomarcatori) nelle acque reflue generate dalle persone che contribuiscono al bacino di un impianto di trattamento delle acque reflue o wastewater treatment plant (WWTP). La WBE da dei risultati che sono riferiti ad aggregati di popolazione; inoltre, essa è un'attività interdisciplinare che si avvale del contributo di specialisti come operatori di impianti di trattamento delle acque reflue, chimici analitici ed epidemiologi.

Storia

Uno dei due edifici dell'Osservatorio europeo delle droghe e delle tossicodipendenze(OEDT) a Lisbona, Portogallo.

La prima volta che fu adoperata questa metodica fu nel 2005, in campioni di acqua del fiume Po, da parte di Zuccato dell'Istituto di ricerche farmacologiche "Mario Negri" di Milano che ha estratto e quantificato con successo la cocaina sia nelle acque reflue che nelle acque superficiali per indagare sull'uso di cocaina nella comunità.[2] Da allora la metodica si è sviluppata e viene utilizzata in più paesi per misurare il consumo di varie sostanze chimiche. L'epidemiologia basata sulle acque reflue è stata sostenuta da enti governativi come l'Osservatorio europeo delle droghe e delle tossicodipendenze; controparti simili in altri paesi, come l'Australian Criminal Intelligence Commission[3] e le autorità cinesi[4] utilizzano l'epidemiologia basata sulle acque reflue per monitorare il consumo di droga nelle loro popolazioni.

Essa attualmente è un approccio relativamente consolidato per la ricerca del consumo di droghe da parte di una popolazione, ma in realtà sembra essere un promettente strumento di indagine epidemiologica per la ricerca di esposizione a:[5]

  1. determinati agenti (pesticidi, prodotti per la cura personale, inquinanti organici persistenti e agenti patogeni),
  2. incidenza di malattie specifiche (diabete, allergie, stress ossidativo e cancro),
  3. determinazione di alcune conseguenze sullo stile di vita (esposizione a prodotti per l'igiene personale, consumo di sostanze dopanti o prodotti per il trattamento della disfunzione erettile),
  4. conoscenza di fattori ambientali come l'aumento della temperatura nelle popolazioni.

Questa metodica permette di conoscere attraverso le acque reflue l'impronta digitale delle attività umane;[5] inoltre, essa permette di conoscere l'emergenza di nuove malattie epidemiche a livello di comunità riuscendo a monitorarle in modo completo e in tempo reale.

Laboratorio di Gascromatografia

Le fonti d'acqua che possono essere analizzate sono quelle che rientrano nel bacino delle aree urbane esaminate e possono includere acque superficiali, fonti di acqua domestica e acque reflue. L'analisi si fa sui composti chimici e/o biologici, presenti in queste acque, tra questi composti abbiamo:

  • sostanze tossiche alimentari,
  • specifici prodotti di escrezione umana (ad esempio metabolita|metaboliti o sostanze chimiche formate endogenamente a seguito di una esposizione a e/o malattie).

Il primo esempio mondiale di utilizzo di questa metodica per l'isolamento del SARS-CoV-2 è avvenuto nel 2020 in Australia: le copie di RNA virale sono state isolate ed enumerate utilizzando la reazione a catena della polimerasi quantitativa della trascrittasi inversa (RT-qPCR) risultante da due rilevamenti positivi effettuati nell'arco di sei giorni presso lo stesso impianto di trattamento delle acque reflue (WWTP).[6]

Principio

L'epidemiologia basata sulle acque reflue può essere paragonata all'analisi delle urine su scala comunitaria. I composti di piccole molecole consumati da un individuo possono essere escreti nelle urine e/o nelle feci sotto forma del composto originario invariato o di un metabolita. Nelle comunità con fognature reticolate, questa urina si combina con altri rifiuti, inclusa l'urina di altri individui mentre viaggiano verso un impianto di trattamento delle acque reflue. Le acque reflue vengono campionate all'ingresso di un impianto di trattamento delle acque reflue, prima del trattamento dell'acqua. Ciò è idealmente fatto con dispositivi di autocampionatore che raccolgono campioni compositi di flusso o tempo di 24 ore. Questi campioni contengono informazioni biochimiche o biomarcatori di tutte le persone che contribuiscono al bacino di un impianto di trattamento delle acque reflue.[7]

I campioni raccolti vengono inviati a un laboratorio, dove vengono utilizzate tecniche di chimica analitica (ovvero cromatografia liquida-spettrometria di massa) per quantificare i composti di interesse. Questi risultati possono essere espressi in carichi pro capite utilizzando le informazioni relative al volume di acque reflue rappresentato dal campione. I risultati possono essere ulteriormente espressi come carichi pro capite quando si considera la popolazione servita da un impianto di trattamento delle acque reflue.[8]

La seguente equazione riassume come viene determinato il consumo pro capite di una sostanza chimica di interesse (ad esempio un farmaco):

Dove R è la concentrazione di un residuo chimico in un campione di acque reflue, F è il volume di acque reflue rappresentato dal campione, C è un fattore di correzione che riflette la massa media e la frazione di escrezione molare di un farmaco originario o di un metabolita, e P è il numero di persone in un bacino idrografico. Variazioni o modifiche possono essere apportate a C per tenere conto di altri fattori come la degradazione di una sostanza chimica durante il suo trasporto nel sistema fognario.[9]

Aspetti temporali

Vista aerea dell'impianto di trattamento delle acque reflue Blue Plains, Washington, DC

Analizzando i campioni prelevati in diversi momenti temporali, è possibile valutare le tendenze quotidiane a lungo termine. Questo approccio ha mostrato tendenze come l'aumento del consumo di alcol e droghe ricreative nei fine settimana rispetto al'inizio settimana.[7] Uno studio epidemiologico temporale basato sulle acque reflue a Washington ha misurato campioni di acque reflue prima, durante e dopo la legalizzazione della cannabis. Confrontando il consumo di cannabis nelle acque reflue con le vendite di cannabis attraverso punti vendita legali, lo studio ha mostrato che l'apertura di punti vendita legali ha portato a una diminuzione della quota di mercato del mercato illegale.[10]

Aspetti spaziali

Logo dell'Osservatorio europeo delle droghe e delle tossicodipendenze (OEDT)

È possibile stabilire differenze nel consumo di sostanze chimiche tra luoghi diversi quando vengono utilizzati metodi comparabili per analizzare campioni di acque reflue da luoghi diversi. L'Osservatorio europeo delle droghe e delle tossicodipendenze conduce regolarmente test multi-città in Europa per stimare il consumo di droghe illegali. I dati di questi sforzi di monitoraggio vengono utilizzati insieme a metodi di monitoraggio più tradizionali per comprendere i cambiamenti geografici nelle tendenze del consumo di droga.[11]

I tassi di mortalità da uso di oppioidi, misurati come il numero di decessi per 100.000 individui.


Vantaggi e svantaggi

Sinossi della WBE Sec: [5]
Vantaggi Svantaggi
Essa è capace di definire le tendenze spaziali e temporali di una infezione nella popolazione. La selezione dei biomarcatori può rappresentare una sfida tecnologica.
I dati sono in tempo quasi reale (potenziale in tempo reale con l'utilizzo di biosensori nell'impianto di trattamento delle acque). La stabilità dei biomarcatori nelle acque reflue può essere un problema.
Le informazioni sono riferite a tutta la popolazione in esame. Incertezze relative al contributo della popolazione e dei flussi di acque reflue.cLa stabilità dei biomarcatori nelle acque reflue può essere un problema.
Non richiede approvazione di comitati etici a seconda delle dimensioni dell'area urbana. Intervallo di tempo significativo tra la raccolta e l'analisi dei dati.
Permette di determinare utilmente organismi patogeni (batteri e virus) --
marcatori biochimici legati alla risposta fisiologica (marcatori endogeni, ad esempio biomarcatori dell'infiammazione comprese piccole molecole e proteine) --
marcatori di intervento e la loro risposta biologica (farmaci e loro metaboliti) --
Permette di determinare utilmente marcatori di resistenza antimicrobica --

Utilizzi

Le sostanze chimiche comunemente misurate dalla WBE includono droghe illecite come cocaina e metanfetamina,[12] droghe lecite come tabacco e caffeina,[13] prodotti farmaceutici[14] e prodotti per la cura personale come i filtri ultravioletti.[15] Esposizione a sostanze chimiche come interferenti endocrini[16] o ritardanti di fiamma[17] possono anche essere misurati, così come le sostanze chimiche idrofobiche che si dividono in particolato.[18]

Infine, vi sono anche prospettive teoriche che indicano la possibilità di ricercare i biomarcatori della dieta.[19] [20][21]

WBE e marcatori socieconomici

In una pubblicazione del 7 ottobre 2019 pubblicata sulla rivista Proc Natl Acad Sci USA (PNAS) da parte di ricercatori della The University of Queensland, si studiano le acque reflue con parametri sociali, demografici ed economici delle rispettive popolazioni.[21] I risultati di questo unico studio danno suggerimenti importanti che vanno al di la di aspetti sanitari, indicando le potenzialità della ricerca epidemiologia effettuata attraverso lo studio delle acque reflue; inoltre lo studio nelle acque reflue dei costituenti della dieta suggeriscono che la disparità nella dieta è associata al livello di istruzione del campione esaminato. I biomarcatori del consumo di caffeina, agrumi e fibre alimentari avevano forti correlazioni positive con l'indice che misura il vantaggio e lo svantaggio socioeconomico relativo. Al contrario la ricerca nelle acque reflue dei biomarcatori: tramadolo, atenololo e pregabalin mostravano una forte correlazione negativa con il sopraindicato indice. L'atenololo e l'idroclorotiazide erano correlati positivamente con l'età media del campione esaminato come ampiamente prevedibile. Inoltre, il consumo di caffeina è associato ad aspetti della capacità finanziaria e del livello di istruzione, mostrando (nella realtà australiana) che consumo di caffeina è maggiore nei gruppi socioeconomicamente avvantaggiati. In molti paesi l'uso di oppioidi è associato a risultati scolastici limitati, reddito familiare inferiore e altri comportamenti di abuso di sostanze e questi corrispondono ai nostri risultati relativi al descrittore dell'indice socioeconomico per area considerato. Tuttavia, l'uso di metadone, codeina, ossicodone e tramadolo non erano associati all'età del bacino, che può essere considerata un indicatore dell'algesia. Inoltre ancora, oppioidi, antidepressivi, anticonvulsivanti e atenololo possono essere consideratiun indicatore del disagio socioeconomico. Il biomarcatore considerato per il consumo di alcolici non è correlato con l'età ma invece p correlato con una condizione sociodemografica avvantaggiata. L'uso del tabacco potrebbe essere più elevato tra le persone socialmente isolate mentre esso è più basso nella classe medio-alta. Per i FANS va fatta una distinzione tra quelli a lunga durata di azione come il naprossene o i retard con quelli a preve durata come l'ibuprofen, il primi erano correlati con un consumo più coerente con il dolore conico che prevale nelle fasce avanzata di età; mentre i secondi non sono correlati nel loro consumo con l'età o con indicatori socieconomici particolari. Gli antipertensivi mostravano un uso uniforme in diversi gruppi sociodemografici, così anche gli antibiotici e dolcificanti.[21]

WBE e biomarcatori genetici di malattia

Organizzazione del DNA mitocondriale umano.

La WBE può essere usata come una semplice piattaforma per il monitoraggio quantitativo dei biomarcatori genetici all'interno di una comunità. Utilizzando l'amplificazione isotermica mediata dal loop (LAMP) di biomarcatori di acidi nucleici si è in grado di quantificare rapidamente il DNA mitocondriale umano (mtDNA) da campioni di acque reflue non trattate; fornendo così un modello di biomarcatore di popolazione associato alla carcinogenesi, per i tumori mammari, renali e gastrici. I risultati ottenuti con questo metodo sono rapidi e semplici da ottenere.[22]

WBE e SARS-CoV-2

Virioni di SARS-CoV-2 (in giallo) che emergono dalla superficie di cellule infettata (blu/rosa) coltivate in laboratorio

La sorveglianza basata sulle acque reflue è un approccio promettente per il monitoraggio proattivo delle epidemie. Il SARS-CoV-2 viene eliminato nelle feci all'inizio del decorso clinico e infetta una vasta popolazione asintomatica, rendendolo un bersaglio ideale per il monitoraggio basato sulle acque reflue. Le feci possono rimanere positive per SARS-CoV-2 anche quando il tratto respiratorio diventa negativo e l'interazione con il tratto gastrointestinale pone una serie di domande sulle acque reflue e sui suoi trattamenti. Ciò malgrado non è stata trovata alcuna prova della trasmissione di COVID-19 attraverso questa via, malgrado ciò la WBE potrebbe essere vantaggiosamente sfruttato come strumento di preallarme di focolai epidemici.[23]

Una ricerca indica come i casi positivi stimati dai titoli virali delle acque reflue è di ordini di grandezza maggiore del numero di casi confermati clinicamente; questo facilità le autorità a comprendere meglio la progressione il tasso di mortalità e la progressione della malattia.[24]

Inoltre, l'analisi delle acque reflue può essere utilizzata per identificare le tendenze nella trasmissione della malattia prima della segnalazione di casi clinici e può far luce sulle caratteristiche dell'infezione che sono difficili da individuare nelle indagini cliniche, come le dinamiche di diffusione virale precoce.[25] Inoltre ancora, la rilevazione di SARS-CoV-2 nelle acque reflue nelle prime fasi della diffusione di COVID-19 evidenzia l'importanza di questa strategia come indicatore precoce dell'infezione all'interno di una popolazione specifica. Suggerendo ciò l'importanza di attuare nei comuni questo tipo di di strumento di sorveglianza epidemiologica.[26]

Il primo rilevamento di SARS-CoV-2 in acque reflue non trattate in Italia è avvenuto in campioni raccolti tra febbraio e aprile 2020 dagli impianti di trattamento delle acque reflue di Milano e Roma. Confermando come 6 campioni su 12 sono risultati positivi, ed in particolare si è osservato in un campione di acque reflue di Milano raccolto pochi giorni dopo il primo caso italiano notificato di SARS-CoV-2 autoctona. Lo studio italiano conclude sostenendo che: «la WBE ha il potenziale per essere applicata a SARS-CoV-2 come strumento sensibile per studiare le tendenze spaziali e temporali della circolazione del virus nella popolazione».[23]

Toilet di un aereo Boeing 777-200LR

Ricercatori della Repubblica Ceca hanno trovato nelle acque reflue non trattate di 33 impianti di trattamento la presenza di RNA di SARS-CoV-2 nell'11,6% dei campioni e in oltre il 27,3% degli impianti WWTP veniva trovato ripetutamente.[27]

Uno studio ha esaminato il possibile utilizzo della sorveglianza delle acque reflue dell'RNA SARS-CoV-2 dai sistemi di igienizzazione delle compagnie aeree e delle navi da crociera e il suo potenziale utilizzo come strumento di gestione della salute pubblica per la epidemia di COVID-19. Visto l'alto numero di falsi negativi sia dai test sulle acque reflue sia dai test clinici con tampone, i ricercatori di questo studio suggeriscono che le due strategie potrebbero essere utilmente impiegate insieme per massimizzare la probabilità di rilevare infezioni da SARS-CoV-2 tra i passeggeri.[28]

A partire dal 5 agosto 2020, l'OMS riconosce la sorveglianza delle acque reflue di SARS-CoV-2 come una fonte potenzialmente utile di informazioni sulla prevalenza e le tendenze temporali di COVID-19 nelle comunità, sottolineando che le lacune nella ricerca come le caratteristiche della diffusione virale dovrebbero essere affrontato.[29] Regolari programmi di sorveglianza per il monitoraggio della SARS-Cov-2 nelle acque reflue sono stati istituiti in popolazioni di paesi come Canada, Cina, Paesi Bassi, Singapore, Spagna e Stati Uniti.[30][31]

WBE e virus sorveglianza

Simbolo di pericolo per materiale pericoloso WHMIS Classe D-3: materiale infettivo a rischio biologico

La metodica WBE può anche fornire allarmi precoci nei confronti di focolai di virus patogeni comuni come l'epatite A, il poliovirus e il norovirus,[32][33][34] ed insieme a questi virus anche virus che appartengono alle famiglie Adenoviridae, Astroviridae, Caliciviridae, Coronaviridae, Flaviviridae, Hepeviridae, Herpesviridae, Matonaviridae, Papillomaviridae, Parvoviridae, Picornaviridae, Poxviridae, Retroviridae e Togaviridae.[35][36][37] Programmi sistematici di sorveglianza delle acque reflue per il monitoraggio degli enterovirus, vale a dire il poliovirus, sono stati istituiti già nel 1996 in Russia.[38] L'analisi delle acque reflue è stata dall'OMS per la prima volta riconosciuta come uno strumento importante secondo un documento, per la sorveglianza del poliovirus, dal titolo: Global Polio Surveillance Status Report 2019. Il documento indica specialmente nelle situazioni in cui mancano i metodi di sorveglianza tradizionali o dove si sospetta la circolazione o l'introduzione di un nuovo virus l'importanza della WBE.[39] Sempre l'OMS a partire dal 5 agosto 2020 (in una pubblicazione pre-print disponibile su medRxiv al settembre 2020) riconosce la sorveglianza delle acque reflue di SARS-CoV-2 come una fonte potenzialmente utile di informazioni sulla prevalenza e le tendenze temporali di COVID-19 nelle comunità, sottolineando che le lacune nella ricerca come le caratteristiche della diffusione virale dovrebbero essere affrontate grazie alla WBE.[40]

L'epidemiologia dei virus basata sulle acque reflue ha il potenziale per informare sulla presenza di focolai virali quando o dove non si sospetta. Uno studio del 2013 su campioni di acque reflue archiviati dai Paesi Bassi ha trovato l'RNA virale dell'Aichivirus-A in campioni di acque reflue olandesi risalenti al 1987, due anni prima della prima identificazione dell'Aichivirus A in Giappone.[41] Durante la pandemia COVID-19, l'epidemiologia basata sulle acque reflue utilizzando qPCR e/o RNA-Seq è stata utilizzata in vari paesi come metodo complementare per valutare il carico di COVID-19 nelle popolazioni.[42][39]

Programmi regolari di sorveglianza per il monitoraggio della SARS-Cov-2 nelle acque reflue sono stati istituiti in popolazioni di paesi come Canada, Cina, Paesi Bassi, Singapore, Spagna e Stati Uniti.[43]

WBE e droghe illecite

Striscie di cocaina

Stupefacenti

La tecnologia WBE può essere utilizzata anche nei paesi con economie non avanzate per la ricerca di droghe illecite in reti fognarie locali ben gestite e mantenute, oltre alla ricerca di altri prodotti come pesticidi, alcol, ritardanti di fiamma, nicotina e altre sostanze. Questa tecnologia è utile anche perché fornisce dati tossicocinetici per gli stupefacenti usati localmente che si prevede o si sa che emergeranno nei paesi sviluppati.[44]

Un ampia letteratura internazionale impiega la metodica WBE per determinare il consumo nella popolazione dei prodotti chimici, ed in particolare le droghe illecite.[21][45]

È stata pubblicata nel ottobre 2020 una prima metanalisi, condotta da ricercatori iraniani, finlandesi e turchi, in grado di stimare il grado e il tasso di consumo di droghe illecite attraverso studi sulla WBE su 37 sostanze; essa ha fornito la classifica generale delle droghe illecite in base al loro tasso di consumo aggregato:[46]

Una ricerca condotta in Sicilia in due impianti di riciclo acque reflue, da parte di ricercatori dell'Università di Palermo, ha rilevato come la popolazione esaminata, circa 545.000 abitanti, consumi 1,6 e 23,4 dose 1000 ab-1 giorno -1 di cocaina e cannabis rispettivamente.[47] In Corea del Sud una ricerca analoga condotta in 5 città durante il periodo di Natale e Capodanno del 2012-13 ha mostrato un consumo di metanfetamina come tasso di consumo medio stimato pari a 22 (mg / giorno / 1000 persone); un valore stimato da 4 a 80 volte inferiore ai tassi di consumo medi stimati nelle città dei paesi occidentali, con tassi di utilizzo nelle città più piccole superiori (2-4 volte) rispetto alla media.[48] Uno studio canadese invece indica che le dimensioni e la demografia dei centri abitati possono influenzare i modelli di abuso di droghe.[49]

Ormoni anabolizzanti

Anabolizanti

Nel 2019 in Australia è stato usato come "metodo di intelligence" la ricerca di ormoni steroidi in campioni di acque reflue, campioni che sono stati raccolti per un periodo di cinque anni da due impianti di trattamento delle acque reflue nel Queensland. I risultati hanno indicato che 9 composti anabolizanti sono escreti da 3 a 104 mg per 1000 individui al giorno.[50]

Inoltre, in occasione di eventi sportivi è stato rilevato, in una ricerca olandese del 2018 utilizzante la tecnica WBE, la presenza nelle acque reflue, e quindi l'uso, delle sostanze dimagranti efedrina, norefedrina, dimetilamilammina e 2,4-dinitrofenolo; l'uso di questi stimolanti era visibile appena prima e durante i giorni dell'evento e in quantità maggiori rispetto agli steroidi anabolizzanti.[51]

Nootropi

Piracetam - Psicostimolante nootropo

Uno studio polacco suggerisce di ricercare con la WBE la presenza di nootropi come: metilfenidato, modafinil e piracetam[52] spesso usati a scopo stimolante. Infatti queste sostanze sono spesso abusati dagli studenti come sostanze "dopanti per il cervello".[53][54][55][56]

Inibitori della Fosfodiesterasi PDE5

Viagra, Cialis e Levitra

I farmaci inibitori della fosfodiesterasi di tipo 5 (5PDE), presente nei corpi cavernosi, sono comunemente usati per il trattamento della disfunzione erettile. Ricerche indicano che la ricerca tramite la tecnica WBE di queste sostanze permette di capire che la presenza di queste nelle acque reflue è ben maggiore rispetto i dati sulle prescrizioni mediche per la disfunzione erettile; ciò indicherebbe un consumo illecito di farmaci contraffatti o di vendite di farmacie online non autorizzate.[57] I farmaci: sildenafil, vardenafil e tadalafil e i loro metaboliti sono stati ricercati nelle acque reflue di Amsterdam e di altre due città olandesi, ciò in una ricerca del 2016 progettata per verificare eventuali consumi ricreativi degli stessi. La ricerca non ha confermato il modello di consumo ricreativo di questi farmaci non mostrando durante la settimana e i fine settimana differenze tra i livelli dei farmaci e dei loro metaboliti nelle acque reflue. Inoltre la ricerca ha mostrato che scadenza del brevetto del Viagra a fine del 2013 ha portato ad un aumento delle vendite e del consumo di sildenafil.[58]

Alcol e/o nicotina

Wodka
Sigarette

La ricerca sulle acque reflue tramite la WBE è uno strumento emergente per il monitoraggio della salute pubblica; essa permette di avere l'opportunità di raccogliere informazioni sulla salute pubblica dalle acque reflue in modo anonimo, economico e quasi in tempo reale. Uno studio multicentrico europeo ha mostrato che esiste una variazione significativa nei periodi di campionamento per l'uso di nicotina e alcol. Sia la nicotina che l'alcol hanno mostrato un aumento dell'uso durante il fine settimana, mentre solo l'alcol ha mostrato un diverso modello di utilizzo durante la settimana.[59]

Una ricerca australiana ha evidenziato che il consumo di queste sostanze nelle città rurali era da tre a quattro volte superiore a quello delle comunità urbane.[60] Uno studio cinese del 2020 ha mostrato che il consumo di alcol e tabacco nella Cina urbana è a un livello medio rispetto ad altri paesi su base pro capite. Le stime WBE del consumo di tabacco erano relativamente comparabili con i risultati delle indagini tradizionali e delle statistiche sulle vendite. Le stime WBE del consumo di alcol erano inferiori ai risultati del sondaggio dell'OMS.[61]

WBE e biomarcatori endogeni del metabolismo

Regolazione endogena dei livelli ematici dei GC

Tra i biomarcatori endogeni specifici per il metabolismo umano, solo la creatina è usata per valutare lo stato di salute di una popolazione con la tecnica WBE; una ricerca suggerisce che anche la ricerca nelle acque reflue di acido 5-idrossiindolacetico (5-HIAA), cortisolo e androstenedione; pur con problemi di stabilità, può essere molto utile per valutare epidemiologicamente la salute delle popolazioni.[62]

WBE e micotossine

Aleukia alimentare tossica

Le micotossine sono comunemente presenti negli alimenti, ma rappresentano per la loro provata tossicità un serio problema per la salute umana. Gli studi di biomonitoraggio umano (HBM), l'analisi dei prodotti alimentari e le indagini dietetiche comunemente impiegati per la loro ricerca sono costosi e richiedono tempo. L'epidemiologia basata sulle acque reflue (WBE) può integrare gli strumenti consolidati di monitoraggio dell'esposizione. Infatti in una ricerca Italo/spagnola, del gennaio 2020, si è rilevato come le stime per l'assunzione di micotossine con la WBE erano molto vicine a quelle riportate negli studi HBM. Ciò indica come la WBE possa integrare gli studi HBM per valutare l'assunzione umana di classi specifiche di micotossine, aiutando così a identificare i rischi per la salute umana.[63] Tra le micotossine più importanti per la salute umana abbiamo diverse sostanze: aflatossina, citrinina (CIT), fumonisina, tricotecene, ocratossina-A (OTA), zearalenone. Uno studio belga, utilizzando la WBE, per il 16-69% della popolazione ha evidenziato il superamento dell'assunzione giornaliera tollerabile per deossinivalenolo-15-glucuronide (DON) e l'1% per ocratossina A (OTA).[64]

WBE e metalli pesanti e/o metalloidi

Estratto della tavola periodica che mostra gli elementi comunemente (ombreggiatura verde: B, Si, Ge, As, Sb, Te); irregolarmente (blu: Po, At); meno comunemente (rosa: Se); e raramente (giallo: C, Al) riconosciuti come metalloidi.

L'epidemiologia basata sulle acque reflue (WBE) è stata suggerita e utilizzata come nuovo approccio per determinare con precisione l'entità dell'esposizione a più sostanze a livello di popolazione; i metalli pesanti e metalloidi notoriamente sono dannosi per la salute umana a causa dei loro effetti tossici, genotossici e cancerogeni. Normalmente il biomonitoraggio umano (HBM) è il metodo di campionamento usato, però questo metodo ha diversi limiti, tra cui invasività, bias di campionamento, intensità di costi e tempi e questioni etiche. L'uso della WBE consentirebbe l'interpretazione della relazione tra l'esposizione ai metalli e la salute della popolazione, rivelerebbe effetti sinergici di diversi fattori di salute e modellizzerebbe i rischi per la salute pubblica in diversi scenari.[65]

Una ricerca cinese ha mostrato che l'arsenico è identificato come l'inquinante più importante tra i cinque metalli pesanti ricercati (Hg, Cd, Cr(VI), Pb e As); per entrambi i valori di quoziente di pericolo (HQ) <1 e per il rischio cancerogeno (CR), indicando rischi per la salute potenzialmente avversi per la popolazione locale.[66]

WBE e pesticidi

Applicazioni agricole di insetticidi

I pesticidi offrono molti vantaggi per l'umanità e l'agricoltura, ma allo stesso tempo rappresentano un potenziale rischio per la salute umana a causa del loro uso diffuso e dell'elevata attività biologica; un grande sforzo è rivolto allo studio della relazione tra il loro uso diffuso e gli effetti sull'uomo. L'epidemiologia basata sulle acque reflue (WBE) è un approccio alternativo al classico biomonitoraggio umano (HBM) (ricerca sul singolo individuo), essa ed è incentrata sull'analisi chimica dei biomarcatori dell'esposizione (pesticida) nelle acque reflue urbane. Questo metodo può fornire informazioni oggettive in tempo reale sugli xenobiotici ingeriti direttamente o indirettamente da una popolazione.

Una ricerca francese grazie alla WBE ha ricercato 4 classi di pesticidi (organoclorurati (clordecone), triazine, organofosfati e piretroidi), utilizzati da una popolazione in modo intenzionale e non intenzionale; fornendo informazioni oggettive in tempo reale sugli xenobiotici a cui una popolazione è esposta direttamente o indirettamente.[67] Un più ampio studio condotto in città europee ha ricercando tre classi di pesticidi: triazine, organofosfati e piretroidi. I risultati hanno indicato che i carichi di massa (mg / giorno / 1000 abitanti) erano più alti per gli organofosfati e più bassi per le triazine. I minori carichi di massa si sono avuti a Utrecht e Oslo, mentre a Castellón, Milano, Copenhagen e Bristol si sono trovati più alti carichi di massa di piretroidi mentre ancora a Castellón, Bristol e Zurigo si sono trovati i più alti carichi di massa per gli organofosfati.[68]

Uno studio italiano indica che le assunzioni di piretroidi misurate in sei città confrontate con la dose giornaliera accettabile (DGA) ha determinato che alcune delle popolazioni esaminate potrebbero affrontare rischi significativi per la salute.[69]

Utilizzi mirati

Kit-diagnostico - CDC 2019-Novel Coronavirus (2019-nCoV) Real-Time Reverse Transcriptase (RT)-PCR

L'utilizzo dei dati di sorveglianza delle acque reflue è basato sullo stato attuale delle conoscenze, essi sono in grado di fornire:

  • Le tendenze delle infezioni totali a livello di città e/o comprensorio cittadino servito.
  • L'indicatore principale di una potenziale infezione aumenta in seguito alla riapertura delle comunità.
  • Un'allarme preventivo per informare le decisioni di richiusura, in particolare per le strutture ad alto rischio come RSA per anziani, campus universitari, carceri, case di cura.
  • Il monitoraggio complessivo dell'evoluzione del virus e dell'origine globale all'emergenza.

Secondo un documento del CDC di Atlanta sono possibili in concreto usi mirati in ambienti definiti quali:[70]

  • Università
  • Prigioni e/o RSA
  • Strutture di trasformazione alimentare

Il CDC raccomanda altresì di collaborare con l'EPA per la standardizzazione e le raccomandazioni per ogni caso d'uso previsto: p.e. impianti di trattamento, università, case di cura, ecc.

Note

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Bibliografia

Riviste

Testi

Letteratura grigia

Voci correlate

Collegamenti esterni

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