The public health value of wastewater surveillance for viruses with pandemic potential: a modelling study

Quando un nuovo virus passa dagli animali agli esseri umani, i primi segni di un focolaio sono spesso invisibili ai medici e agli ospedali che solitamente monitorano le malattie. La sorveglianza clinica, ovvero il sistema di osservazione dei pazienti malati, spesso perde i momenti iniziali della diffusione virale perché i primi individui infetti potrebbero non sentirsi abbastanza male da cercare assistenza, oppure i loro sintomi potrebbero essere scambiati per qualcosa di comune. Nello spazio tra uno spillover silenzioso e un'epidemia a pieno regime, le autorità di sanità pubblica hanno bisogno di un modo per vedere cosa sta accadendo prima che i letti degli ospedali si riempiano. Un metodo promettente consiste nell'osservare i rifiuti che fluiscono dalle nostre città. Poiché gli esseri umani espellono virus nelle feci e nelle urine, il sistema fognario funge da campionatore massiccio e automatico della salute di una comunità. Questo approccio, noto come sorveglianza delle acque reflue, offre un modo a basso costo per rilevare i patogeni senza la necessità di testare ogni singola persona, ma gli scienziati si sono a lungo chiesti esattamente quanto sarebbe utile per il prossimo virus sconosciuto che minaccia di causare una pandemia.

Un team di ricercatori si è posto l'obiettivo di rispondere a questa domanda costruendo un modello informatico che combinava dati reali su come i virus lasciano il corpo con simulazioni di come le malattie si diffondono nelle popolazioni. Non hanno aspettato la comparsa di un nuovo virus; al contrario, hanno creato un quadro per testare quanto bene la sorveglianza delle acque reflue funzionerebbe per diversi tipi di minacce emergenti. Gli scienziati hanno fornito al loro modello informazioni su quanta quantità di virus una persona espelle, quanto sia probabile che quella persona mostri sintomi e quanto velocemente il virus si muova da una persona all'altra. Eseguendo migliaia di queste epidemie simulate, hanno potuto vedere in quali condizioni il sistema fognario avrebbe suonato l'allarme più velocemente o in modo più affidabile rispetto al sistema tradizionale di osservazione dei pazienti malati.

I risultati di queste simulazioni hanno rivelato che la sorveglianza delle acque reflue non è una soluzione magica per ogni virus, ma diventa incredibilmente preziosa quando vengono soddisfatte specifiche condizioni. Il modello ha mostrato che il sistema migliora le probabilità di trovare un focolaio precocemente, o ne accelera il rilevamento, principalmente per i virus che vengono espulsi in grandi quantità. Nello specifico, il metodo si è dimostrato più efficace per i virus che una persona rilascia in quantità comprese tra un centesimo e dieci volte quanto osservato con il virus che causa il COVID-19. Il valore di questo allerta precoce dipendeva inoltre fortemente da come il virus si comporta in una popolazione. Il sistema funzionava meglio quando le infezioni avvenivano in scoppi stretti e concentrati, creando un picco improvviso nel numero di persone che espellono il virus in un dato giorno. In questi scenari, il sistema fognario agisce come una rete sensibile, catturando l'ondata di materiale virale che i sistemi clinici potrebbero perdere finché non è troppo tardi.

I ricercatori hanno applicato il loro quadro di riferimento a diversi virus del mondo reale per vedere come si sarebbero comportati. Le caratteristiche di virus come SARS-CoV-2, Mpox, Influenza A, Lassa e Ebola Zaire sembravano renderli buoni candidati per questo tipo di monitoraggio, poiché tendono a espellere materiale sufficiente per essere rilevati nei rifiuti. Al contrario, il modello suggeriva che altri virus, come la chikungunya, potrebbero non essere così facilmente tracciabili in questo modo perché non vengono espulsi con gli stessi volumi o schemi elevati. Lo studio conclude che, sebbene la sorveglianza delle acque reflue sia uno strumento potente, il suo successo dipende dai tratti biologici del virus stesso. Comprendendo questi tratti in anticipo, le autorità di sanità pubblica possono utilizzare questo quadro basato sull'evidenza per decidere dove investire le proprie risorse, assicurando che questo metodo di rilevamento a basso costo sia impiegato contro le minacce in cui può effettivamente fare la differenza.