Detectives de las alcantarillas: cómo rastrearon un nuevo linaje de COVID-19 en aguas residuales

El virólogo Dave O’Connor admite que se estaba desesperando cuando empezó a pedir a los dueños de perros muestras de caca. Durante gran parte de 2022, el científico de la Universidad de Wisconsin-Madison y sus colegas han estado siguiendo la pista a una variante fuertemente mutada del SARS-CoV-2, el virus que causa el COVID-19. A principios de este año, descubrieron la variante en las aguas residuales del lugar extraídas de más de 100.000 personas.

Siguiendo el sistema de alcantarillado hacia cuencas cada vez más pequeñas, redujeron el origen de la variante a una zona concreta. O’Connor y su equipo pensaron que la variante podría estar circulando en los perros, en parte porque encontraron material genético canino en las mismas muestras de aguas residuales. Así que se dirigieron al parque canino local. “Fue la petición más extraña que jamás hayas oído: ‘Oye, somos científicos, ¿podemos quedarnos con esa bolsa de caca de perro que estás tirando?”, dijo el experto en diálogo con la revista Nature.

Los perros resultaron ser otra pista falsa en la búsqueda de meses del equipo para rastrear el origen de la variante. Han aparecido variantes de aspecto similar en personas con sistemas inmunitarios comprometidos y, cada vez más, los investigadores creen que las variantes procedentes de infecciones crónicas en estas personas podrían dar lugar a linajes que alteren la pandemia, como Ómicron.

O’Connor y su equipo creen que están buscando a una persona portadora de la variante; no hay pruebas de que el linaje se haya extendido a nadie más. Los investigadores colaboran con las autoridades sanitarias, que esperan que al identificar a la persona -que lleva infectada al menos ocho meses- puedan tratar la infección y reducir las posibilidades de que se extienda.

Ningún caso individual tiene muchas posibilidades de generar la próxima supervariante (que probablemente se calificará Pi según el sistema de denominación de variantes de la OMS). Pero rastrear el origen de una variante potencial -entre las miles que probablemente circulan por el mundo- podría ayudar a los investigadores a entender los factores biológicos que hicieron surgir variantes como Ómicron. Estas infecciones también podrían actuar como una bola de cristal sobre el futuro del virus.

“De aquí saldrá Pi. No creo que la gente se dé cuenta de que ya está aquí. Muchos de los linajes que estamos encontrando hacen que Ómicron parezca peatonal”, explicó Marc Johnson, virólogo de la Universidad de Missouri en Columbia que, con O’Connor, está codirigiendo los esfuerzos para rastrear los linajes de aguas residuales en Wisconsin, y encabezando las búsquedas de variantes similares en otras dos docenas de lugares. “Es un trabajo detectivesco muy inteligente. Es fenomenal”, añadió Bill Hanage, epidemiólogo de la Escuela de Salud Pública T.H. Chan de Harvard, en Boston (Massachusetts). “Todavía no sabemos realmente de dónde vienen las variantes”.

Los investigadores de la salud pública llevan más de un siglo investigando el agua: en 1854, el epidemiólogo británico John Snow descubrió que un brote de cólera en Londres se debía a una bomba de agua contaminada. El esfuerzo mundial por erradicar el poliovirus, que se desprende de las heces, se basa en la detección de los virus en las aguas residuales, ya que los casos de parálisis son muy raros.

Durante la pandemia, los investigadores descubrieron que la toma de muestras en las alcantarillas puede advertir de la aparición del COVID-19. La mayoría de estos esfuerzos se centraron en las variantes comunes del SARS-CoV-2 que circulaban en la comunidad y que se recogían en las pruebas rutinarias. Pero en marzo del año pasado, Johnson y sus colegas empezaron a detectar linajes virales en las aguas residuales que no coincidían con nada de las bases de datos mundiales que contienen millones de secuencias.

Estos “linajes crípticos” estaban cargados de cambios en la proteína de la espiga que el SARS-CoV-2 utiliza para entrar en las células, y a la que se dirige el sistema inmunitario. Estos cambios aparecerían más tarde en variantes que evaden el sistema inmunitario, como Ómicron.

La secuenciación de aguas residuales para el SARS-CoV-2 puede ser exquisitamente sensible. Pero cuando los casos de Ómicron inundaron las cuencas hidrográficas que Johnson estaba estudiando a finales de 2021, ahogaron los linajes crípticos que su equipo estaba buscando. Para superar esto, Johnson desarrolló un enfoque de secuenciación para identificar linajes raros, no la última de las mutaciones que se detectó hasta el momento, que podrían haber estado infectando a una sola persona. “Realmente estás buscando una aguja en el pajar”, remarcó.

Con este método en marcha, Johnson hizo un llamamiento a las aguas residuales, recogiendo finalmente muestras de más de 600 zonas atendidas por sistemas de recogida de aguas residuales, en 39 estados de EEUU. “Escribí a todos mis conocidos. Lo publiqué en Twitter: ‘Sólo digo que me envíen su caca’”.

Martin Shafer, biogeoquímico medioambiental del Laboratorio Estatal de Higiene de Wisconsin, en Madison, proporcionó muestras del estado. O’Connor, cuyo laboratorio formó parte de un esfuerzo en todo Wisconsin para rastrear el SARS-CoV-2 mediante el muestreo de aguas residuales y aire, movilizó un equipo para investigar el críptico linaje que los investigadores están rastreando ahora. La variante, que apareció por primera vez en aguas residuales recogidas en enero de 2022, compartía numerosas mutaciones con Ómicron, pero procedía de una parte totalmente diferente del árbol genealógico del SARS-CoV-2.

Para acotar el origen de la variante, los investigadores siguieron muestras recogidas en cuencas cada vez más pequeñas de la red de alcantarillado. Para ello, los trabajadores municipales tuvieron que colocar docenas de dispositivos de muestreo especializados bajo las tapas de las alcantarillas durante las profundidades del invierno de Wisconsin. “La gente estaba haciendo un trabajo que se salía de sus descripciones de trabajo”, aseguró O’Connor.

Esta ayuda no puede darse por sentada, para Rose Kantor, microbióloga de la Universidad de California en Berkeley, que trabaja con Johnson para rastrear linajes crípticos en las aguas residuales de California. Sus investigaciones llegaron a un punto muerto cuando no pudieron convencer a los funcionarios de que recogieran más muestras. A medida que se reducía la búsqueda de la variante de Wisconsin, Johnson no dejaba de temer que ésta desapareciera. “No era la primera vez que intentábamos rastrear un linaje, pero a menudo se desvanecen”, remarcó. “Estaba constantemente flipando”.

Pero en cada bifurcación del sistema de alcantarillado, el linaje sólo se encontraba en un camino. Tras descartar a los perros, las ratas y los ciervos -que pueden ser portadores del SARS-CoV-2-, los investigadores sospecharon que estaban buscando a una persona con una infección crónica. En junio, rastrearon el linaje hasta las aguas residuales de una única empresa con menos de 30 empleados. Los investigadores están preparando un preprint que describe la investigación.

Mientras los funcionarios de salud pública implicados en la investigación sopesaban sus próximos movimientos, el equipo de O’Connor y Johnson siguió rastreando la variante y estudiando sus propiedades.

Desde su descubrimiento, el linaje había ganado mutaciones adicionales y su diversidad genética había crecido, rasgos distintivos de un virus que evoluciona en el cuerpo de una sola persona sin propagarse. Los experimentos demostraron que la variante era incluso mejor que el linaje Ómicron BA.1 a la hora de frustrar los anticuerpos desencadenados por la vacunación y la infección previa.

Pero no estaba claro el riesgo que la variante suponía para cualquier persona que no fuera la portadora. “La gran mayoría de estos linajes no se transmiten, hasta donde sabemos”, indicó O’Connor.

Ryan Westergaard, epidemiólogo estatal de enfermedades transmisibles del Departamento de Salud y Seguridad de Wisconsin, en Madison, reconoció que su equipo se lo pensó mucho antes de pedir a la empresa y a sus empleados que se sometieran a la prueba del SARS-CoV-2. “No queríamos provocar el pánico y decir que hay una nueva variante peligrosa al acecho en nuestra comunidad”, sostuvo. Pero Westergaard quería ayudar a que la persona portadora de la infección recibiera tratamiento, y reducir el riesgo de contagio.

Alrededor del 60% de los empleados de la empresa se han sometido a pruebas con hisopos nasales, pero ninguno parece ser portador del críptico linaje. El equipo de Westergaard está buscando ahora la variante en las pruebas comunitarias del SARS-CoV-2 y en las aguas residuales de otras alcantarillas de Wisconsin. Los investigadores también están volviendo a analizar muestras clínicas recogidas anteriormente para ver si la variante ya ha aparecido. “Seguimos atentos”, manifestó Westergaard.

Johnson, O’Connor y su equipo no han abandonado su búsqueda. Siguen detectando la variante, y en cantidades que Johnson nunca había visto antes en las aguas residuales. A esos niveles -y combinados con los hisopos nasales negativos de los empleados- Johnson se pregunta si la persona infectada alberga el virus principalmente en su intestino, en lugar de en sus vías respiratorias. El equipo espera analizar las muestras de heces de los empleados que lo deseen y está buscando la aprobación ética para dicho estudio.

Smruthi Karthikeyan, biólogo computacional de la Universidad de California en San Diego, se dio cuenta de algo similar mientras realizaba la secuenciación de aguas residuales en edificios universitarios. Algunas personas desprendían grandes cantidades de material genético del SARS-CoV-2 durante semanas después de que desaparecieran las infecciones de las vías respiratorias y los síntomas.

Las infecciones intestinales crónicas son un firme candidato a ser el origen de variantes del SARS-CoV-2 preocupantes como Ómicron, según Kristian Andersen, biólogo evolutivo de Scripps Research en La Jolla (California). Las células inmunitarias del intestino son más tolerantes a los microorganismos que las del resto del cuerpo, lo que podría permitir que el virus evolucionara en presencia de cierta presión inmunitaria, aunque no excesiva. En la mayoría de los casos, estas infecciones intestinales nunca se transmiten a otras personas, según Andersen, a menos que algo en el cuerpo cambie y el virus vuelva a las vías respiratorias. “Entonces se corre el riesgo de que se produzca un evento de emergencia como Ómicron”, advirtió.

“Por tanto, identificar a la persona en Wisconsin podría ayudar a los investigadores a entender cómo surgen variantes como Ómicron”, añadió Andersen. “Lo que esto demuestra es el motor de las variantes. El trabajo de detective que han hecho es increíble”.

Aunque los investigadores no puedan identificar a una persona portadora del linaje de Wisconsin, el estudio de linajes crípticos como éste podría ayudar a predecir el futuro del SARS-CoV-2, según O’Connor. La mayoría de sus mutaciones más destacadas se encuentran en la proteína spike, pero su equipo ha identificado cambios en regiones clave de otra molécula vírica, denominada ectodominio de la proteína de membrana, que también podrían ser importantes para la inmunidad.

“Puede que los linajes crípticos no resulten ser el ‘oráculo de la taza del váter’, pero si pueden ayudar a predecir tendencias generales en la evolución del SARS-CoV-2, esto podría ayudar a los investigadores a probar vacunas y tratamientos contra posibles variantes futuras, que podrían estar ya dando vueltas por una alcantarilla en algún lugar del mundo”, remarcó el experto. Y concluyó: “Si vemos esto en Wisconsin alumbrando con una luz brillante, hay que saber que está ocurriendo en todas partes”.

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