A revisão integrativa de literatura foi fundamentada em artigos científicos escritos em inglês ou português e disponibilizados em repositórios virtuais de acesso público ou acessados através de instituições acadêmicas. O procedimento metodológico foi feito, primeiramente, conduzindo pesquisas eletrônicas entre os dias 22 de julho de 2020 a 21 de setembro de 2021 nas bases de dados do Web of Science, Scopus, PubMed, ScienceDirect, Google Scholar e MedRxiv . Nessa etapa, as pesquisas, quando procedidas em português, foram feitas utilizando a combinação dos seguintes termos: “SARS-CoV-2”, “presença”, “detecção”, “água residual”, “esgoto”, “tratado”, “água natural”, “água de rio”, “infectividade”, “viabilidade”, “variantes”, “risco ambiental”, “vigilância” e “monitoramento”. Quando procedidas em inglês, as pesquisas foram feitas mediante a combinação dos termos: “SARS-CoV-2”, “presence”, “detection”, “wastewater”, “sewage”, “treated”, “natural water”, “river water”, “infectivity”, “viability”, “variants”, “environmental risk”, “surveillance” and “monitoring”.

Após a obtenção dos documentos, eles foram triados quanto aos seus títulos e resumos, a fim de constatar se atendiam ao tema proposto e de eliminar os duplicados. Em seguida, os trabalhos foram classificados de acordo com os seguintes temas: (i) presença e detecção do SARS-CoV-2 em águas residuais ou naturais, (ii) infectividade e viabilidade do SARS-CoV-2 em águas residuais ou naturais, (iii) riscos associados à presença do SARS-CoV-2 em águas residuais ou naturais, (iv) abordagens para limitar a propagação do SARS-CoV-2 através de matrizes aquáticas e (v) monitoramento epidemiológico do SARS-CoV-2 e de suas variantes em águas residuais e naturais. Após a classificação, os artigos foram lidos na íntegra e refinados mediante aos critérios citados abaixo com o intuito de determinar a possibilidade de inclusão como referencial teórico na construção deste trabalho:

• As amostras utilizadas nos estudos foram coletadas a partir de matrizes aquáticas ou em etapas de processos de tratamento de esgoto;

• Os estudos apresentavam descrições detalhadas referentes ao local de origem das amostras e à data da coleta das amostragens;

• Os estudos apresentavam descrições detalhadas sobre os procedimentos utilizados para determinar a viabilidade do SARS-CoV-2 e detectar e/ou quantificar fragmentos do material genético desse vírus;

• Os estudos de quantificação do material genético do SARS-CoV-2 estavam com os valores expressos na forma de “cópias por volume de amostra”;

• As revisões sistemáticas, narrativas ou integrativas abordavam pesquisas inéditas e discussões relevantes referentes ao tema deste artigo.

O SARS-CoV-2, frequentemente presente em fluídos corpóreos expectorados, vômitos, fezes e urina de indivíduos com COVID-19, tem entrado nos sistemas de esgoto pelo lançamento de águas residuais provindas de hospitais, centros de isolamento e residências habitadas ou frequentadas por pessoas infectadas ^{44 , 45 , 46} . Através de vazamentos ocasionados por falhas na infraestrutura e/ou lançamentos de águas residuais sem tratamento, o SARS-CoV-2 tem sido capaz de contaminar corpos d’água receptores, como: córregos, rios, lagoas, estuários, lagos e lençóis freáticos ^{47 , 48 , 49 , 50} . Além disso, transbordamentos de esgotos combinados, geralmente devido às precipitações pluviométricas, têm aumentado a possibilidade da entrada do SARS-CoV-2 nos sistemas de águas naturais ^{12 , 46} . A Figura 3 ilustra os possíveis caminhos que o novo coronavírus pode percorrer até atingir o esgoto e as águas naturais.

Figura 3
Principais rotas que o SARS-CoV-2 pode ter para alcançar esgotos e águas naturais.
Fonte: Elaborada pelos autores, 2021.

A detecção do SARS-CoV-2 em amostras provindas desses ambientes tem sido feita por meio de procedimentos de biologia molecular, baseados na técnica de Transcrição Reversa seguida de Reação em Cadeia da Polimerase em Tempo Real (RT-qPCR). Os métodos, também chamados de PCR quantitativos, têm propiciado a cópia e a quantificação da presença de fragmentos de material genético do vírus através de replicações in vitro⁵¹ . Os métodos de RT-qPCR têm sido considerados como padrão ouro na detecção de baixas quantidades de material genético de forma sensível e específica em diferentes tipos de matrizes ⁵² . Relatos indicaram que a técnica foi capaz de determinar com sucesso a diversidade e a abundância de vários patógenos virais em amostras de águas residuárias e naturais, incluindo os da Hepatite A e E, Poliomavírus, Papilomavírus, Enterovírus, Rotavírus, Adenovírus, Parechovírus, Salivírus, Astrovírus e Zika ^{53 , 54 , 55 , 56 , 57 , 58} .

As análises, embora altamente influenciáveis por diversos parâmetros físico-químico-biológicos e metodológicos, foram capazes de detectar concentrações que variaram de 5,6 x 10 a 4,6 x 10 ⁸ partículas do genoma viral do SARS-CoV-2 por litro de água residual não tratada ^{59 , 60} . Quando procedidas em amostras oriundas de águas residuais tratadas, ou seja, a partir do efluente gerado por plantas de tratamento de esgoto (ETE), foram detectadas quantidades aproximadas de até 1,09 x 10 ⁶ partículas gênicas virais do novo coronavírus por litro ⁶¹ . Em águas naturais, como águas de rios e de córregos, os métodos analíticos foram capazes de detectar concentrações de até 3,28 x 10 ⁶ partículas do genoma do SARS-CoV-2 por litro de amostra ⁶² . A Tabela 1 sumariza estudos que detectaram partículas do genoma viral do SARS-CoV-2 em diferentes amostras de ambientes aquáticos.

Tabela 1
Relatos de detecção de fragmentos do genoma viral do SARS-CoV-2 em amostras de esgotos não tratados, lodos residuais de plantas de tratamento, esgotos tratados e águas naturais.

Métodos aplicados em virologia, baseados em técnicas de cultura de células in vitro , têm sido utilizados para fornecer estimativas referentes ao potencial infeccioso, ou viabilidade, que o vírus SARS-CoV-2 apresenta quando presente em águas residuais ou naturais ⁹⁶ . Os protocolos têm sido feitos por meio de técnicas e reagentes que não interferem com a integridade da bicamada lipídica que envolve o SARS-CoV-2 ⁹⁷ . Esses estudos têm sido utilizados para avaliar os potenciais riscos que águas residuais e naturais contaminadas apresentam aos humanos, principalmente quanto à possíveis transmissões por aerossóis e/ou via fecal-oral ⁴⁶ .

A avaliação dos riscos que uma amostra apresenta a hospedeiros humanos e também a animais, assim como a compreensão detalhada de como um vírus animal ultrapassou os limites das espécies para infectar humanos, como ressaltado por Andersen et al. ⁹⁸ , tem propiciado subsídios a estudos voltados para a prevenção de eventos zoonóticos futuros. Além disso, as pesquisas, com o intuito de fomentar modelos epidemiológicos com maiores precisões, têm considerado a influência que diversos fatores físico-químico-biológicos apresentam sobre a sobrevivência do SARS-CoV-2 em ambientes aquáticos, como a temperatura, o pH, o tempo de retenção, a quantidade de matéria orgânica, os reagentes químicos e a presença de microrganismos antagonistas ^{52 , 99 , 100} .

Embora até o momento não haja estudos que tenham comprovado a existência de partículas infectantes do SARS-CoV-2 em amostras provindas de esgotos, estudos reportados na literatura indicaram que o novo coronavírus, quando inoculado artificialmente, foi capaz de permanecer viável por até 4 dias nesse ambiente na temperatura de 24°C e 17,5 dias na temperatura de 4°C ¹⁰¹ . Em águas naturais, foi visto que o SARS-CoV-2 foi capaz de permanecer ativo e infeccioso por até 6,4 dias em água de rio a 24°C e 18,7 dias a 4°C ¹⁰¹ . Além disso, a transmissão do novo coronavírus através de esgoto contaminado foi evidenciada em uma pesquisa conduzida em uma comunidade de baixa renda na China ¹⁰² . A Tabela 2 sumariza a viabilidade que partículas infecciosas do SARS-CoV-2 podem apresentar quando inoculadas de forma artificial em diferentes matrizes aquosas.

Tabela 2
Persistência da viabilidade do SARS-CoV-2 em diferentes amostras de esgoto e águas naturais (inoculação artificial).

*Tempo de redução de 90% dos vírions viáveis ¹⁰⁴ ; **Tempo de redução de 99% dos vírions viáveis ¹⁰⁴ .

A presença de fragmentos do genoma viral do SARS-CoV-2 em esgotos e águas naturais tem gerado grande preocupação por parte dos pesquisadores devido aos possíveis riscos da transmissão indireta da COVID-19 via rota fecal-oral ^{102 , 106} . Os pesquisadores têm enfatizado a possibilidade de infecção do SARS-CoV-2 por meio do contato direto com esgotos ou águas contaminadas, aerossóis gerados nos sistemas de drenagem e tratamento, na descarga de vasos sanitários e também por conexões defeituosas de ralos e canos de esgoto em residências e edifícios ^{34 , 39 , 46} . A transmissão por essa rota, inclusive, foi evidenciada durante o surto de SARS-CoV-1 de 2003, no qual, estudos indicaram que gotículas aerolizadas de água contaminada com fezes foram responsáveis pela disseminação do vírus em um prédio residencial em Hong Kong ^{45 , 107} .

A presença de partículas do genoma do SARS-CoV-2 em águas naturais, como em lagos, em rios, em mananciais e em córregos, também tem indicado a possibilidade de disseminação do novo coronavírus em humanos através de atividades de recreação e de pesca, como frequentemente ocorrido por outras doenças transmitidas por patógenos virais entéricos ^{42 , 49 , 108} . A ocorrência do vírus nesses ambientes também tem levantado a possibilidade da disseminação do SARS-CoV-2 em animais domésticos e selvagens, novos hospedeiros que tenderiam a propiciar a propagação, o ressurgimento e a adaptação evolutiva do patógeno em surtos futuros por meio de infecções cruzadas ^{109 , 110 , 111 , 112 , 113} . Além disso, a disseminação do SARS-CoV-2 por meio de águas residuárias não tratadas tem demonstrado grande potencial em gerar consequências devastadoras em populações de espécies suscetíveis, como mamíferos terrestres e marinhos ^{114 , 115} .

A reutilização da água tratada e do lodo ativado provindo das estações de tratamento, como na irrigação e fertilização de plantações e espaços verdes urbanos, na recarga de águas subterrâneas e na utilização em processos industriais, também tem sido considerada preocupante ^{12 , 116 , 117 , 118 , 119} . Estudos, embora até o momento não tenham fornecido dados suficientes para determinar os riscos relacionados à propagação do SARS-CoV-2 por essas vias, evidenciaram a existência de partículas do genoma viral do novo coronavírus em águas residuais tratadas e no lodo ativado gerado em plantas de tratamento, ressaltando possíveis riscos associados à sua reutilização ^{83 , 88} . Vírus semelhantes, como o Coronavírus humano 229E (CoV229E) e o Coronavírus bovino (BCoV), inclusive, foram capazes de permanecer infectantes por até quatro e 14 dias em folhas de alface ( Lactuca sativa ), respectivamente ^{120 , 121} .

O saneamento inadequado e o lançamento de esgoto não tratado diretamente para as águas superficiais têm sido considerados possíveis fontes de contaminação das águas e solos pelo SARS-CoV-2 ^{12 , 106 , 122} . Consequentemente, tem sido hipotetizada a possível propagação da COVID-19 na população humana e de animais, domésticos ou selvagens, que tenham tido contato com as águas contaminadas ^{45 , 123} . A possibilidade de transmissão secundária do SARS-CoV-2 via esgoto ou águas naturais contaminadas tem sido majoritariamente preocupante em países com poucos recursos financeiros, que frequentemente possuem infraestruturas de saneamento e saúde insatisfatórias ^{124 , 125} . Nesses locais, onde comprovadamente tem havido uma maior chance da transmissão de patógenos de veiculação hídrica ¹¹⁵ , é altamente recomendada a adequação da infraestrutura de tratamento de água e esgoto existente.

Visando reduzir a carga viral e limitar a transmissão secundária, os pesquisadores têm recomendado que o tratamento de inativação do SARS-CoV-2 em águas residuais seja feito de forma descentralizada, especialmente em pontos críticos que tendem a apresentar maiores probabilidades de receber o novo coronavírus, como hospitais, clínicas comunitárias e lares de idosos ^{45 , 50} . As estações de tratamento de águas residuais, que convencionalmente não garantem a inativação do SARS-CoV-2, têm sido recomendadas a implementarem sistemas de desinfecção eficazes, que garantam que o vírus não se espalhe por meio de descarte de águas residuais ou esquemas de reutilização ^{12 , 117 , 123} .

Diante do risco relativamente alto de infecção do SARS-CoV-2 através da exposição aos aerossóis contaminados, também tem sido amplamente recomentado que os trabalhadores das ETE sigam procedimentos de precaução e segurança contra a exposição viral, como a utilização de equipamento de proteção individual (EPI) apropriados, higienizações pessoais e instalacionais constantes, e treinamentos operacionais regulares ^{118 , 126 , 127 , 128 , 129} . Além disso, tem sido enfatizada a necessidade de se investigar o impacto da presença de SARS-CoV-2 na comunidade microbiana que realiza a degradação biológica dos contaminantes nas águas residuais, incluindo a possibilidade da ocorrência de eventuais transferências horizontais de genes para hospedeiros microbianos ^{45 , 123 , 130} .

Os pesquisadores, considerando os estudos procedidos até o momento, têm defendido uma abordagem de precaução e vigilância relacionada à disseminação do SARS-CoV-2 e de suas variantes através do esgoto e água natural contaminados. O monitoramento ambiental, considerado como uma medida econômica e eficaz na avaliação da circulação de patógenos em uma comunidade, poderia ser utilizado como uma ferramenta de diagnóstico da disseminação das partículas virais do SARS-CoV-2 em amostras coletadas em esgotos e águas naturais ^{122 , 131} . A estratégia, chamada de Epidemiologia Baseada em Águas Residuais (EBAR), poderia ser utilizada como uma ferramenta não invasiva para alertar as comunidades sobre novas infecções por COVID-19 e, assim, promover a aplicação de melhores medidas para conter a propagação viral ^{132 , 133 , 134} .

A abordagem possibilitaria a enumeração de casos leves, pré-sintomáticos e assintomáticos, de pessoas que não têm acesso aos cuidados de saúde, que frequentemente não são detectadas por diagnósticos clínicos, mas que ainda podem disseminar a COVID-19 ^{135 , 136 , 137 , 138} . Dessa forma, as estratégias voltadas para a vigilância epidemiológica em esgotos poderiam ser utilizadas para inferir com maior precisão o número real de pessoas infectadas com SARS-CoV-2 nas comunidades e fomentar melhores práticas para coordenar esforços, alocar recursos de saúde e administrar a vacinação ^{139 , 140 , 141 , 142} .

O monitoramento dos esgotos também poderia ser utilizado para detectar de forma rápida e simplificada as variantes virais do SARS-CoV-2 de interesse que estão circulando nas comunidades, e avaliar a dinâmica da propagação dessas variantes nas populações ^{71 , 80 , 86 , 127 , 143 , 144 , 145 , 146 , 147} . Essas análises, por exemplo, foram capazes de monitorar o espectro mutacional e as tendências evolucionárias das variantes Alpha, Beta, Gamma e Delta do SARS-CoV-2 em diferentes bairros de cidades na França e nos Estados Unidos ^{148 , 149} . Pesquisas desse tipo, mais ainda, têm demonstrado a propensão de serem procedidas em amostras de águas residuárias previamente congeladas e arquivadas e, assim, promover futuros estudos voltados para a compreensão da ancestralidade do SARS-CoV-2 ¹⁵⁰ .

O monitoramento do SARS-CoV-2 em esgotos também poderia ser utilizado para avaliar os impactos ambientais e os riscos à saúde pública associados à transmissibilidade viral através de corpos d’água, chorume, biossólidos, partículas aerossolizadas e hospedeiros animais ^{116 , 151 , 152 , 153} . Os estudos poderiam ser realizados para determinar a eficiência dos sistemas de desinfecção e promover estratégias quanto à adequação de estações de tratamento de água e esgoto, incluindo os procedimentos de transporte e descarga dos resíduos ^{91 , 119} . As pesquisas, além disso, também possibilitariam a avaliação dos riscos associados às águas naturais e reaproveitadas, por exemplo, em atividades recreativas, pesca, irrigação de lavouras e áreas urbanas, recarga de lençóis freáticos e em processos industriais ^{12 , 42 , 88 , 118} .

Sobretudo, o monitoramento regular de esgotos e águas naturais, como ilustrado na Figura 4 , possibilitaria avaliar de forma aprimorada a propagação do SARS-CoV-2 no ciclo hidrológico, seu impacto no meio ambiente e na saúde dos seres humanos ^{45 , 96 , 127} . Os programas de monitoramento poderiam apoiar repositórios colaborativos internacionais de vigilância do novo coronavírus em águas residuais (www.covid19wbec.org) ¹⁵⁴ para, de tal modo, propiciar a comparação dos resultados de detecção em escalas globais e aprimorar os métodos de vigilância epidemiológica nesses ambientes ^{52 , 123 , 155} . Os esforços de detecção, juntamente com outros modelos epidemiológicos, como: dados sorológicos, diagnósticos rinofaríngeos, registros clínicos e internações hospitalares, poderiam ser utilizados para proporcionar maior eficácia de futuras intervenções de saúde pública ^{156 , 157} . A abordagem tem se demonstrado uma ferramenta valiosa para as autoridades avaliarem e agirem rapidamente frente a surtos epidêmicos, seja pelo SARS-CoV-2 ou por qualquer outro patógeno no futuro ^{158 , 159 , 160} .

Figura 4
Possíveis aplicações do monitoramento epidemiológico do SARS-CoV-2 em esgotos pela Epidemiologia Baseada em Águas Residuais.
Fonte: Elaborada pelos autores, 2021.

* E-mail: pedro.h.mainardi@unesp.br