De genetische code van virussen, waaronder SARS-CoV-2, muteert voortdurend, waardoor nieuwe varianten ontstaan die verschillende overdraagbaarheid, ernst en andere ziektekenmerken kunnen hebben. De rol van variantdetectie binnen afvalwatermonitoring blijft grotendeels wetenschappelijk onderbelicht en wordt onderbenut in de volksgezondheid en klinische diagnostiek. In het najaar van 2021 lanceerde The Rockefeller Foundation de Wastewater Action Group om verschillende benaderingen te bestuderen om afvalwatergegevens om te zetten in maatregelen voor de volksgezondheid. Toen de Omicron-variant van SARS-CoV-2 werd geïdentificeerd in Zuid-Afrika, mobiliseerde de Wastewater Action Group om te bepalen hoe afvalwatermonitoring kan worden gecombineerd met snelle identificatie van verschillende genetische varianten om de veranderende aard van de pandemie te karakteriseren.
Twee complementaire methoden voor het volgen van nieuwe varianten, reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) en next-generation genomic sequencing (NGS), kunnen worden geïntegreerd in programma’s voor het monitoren van afvalwater om pandemische reacties te informeren. Elke benadering heeft voordelen en beperkingen (tabel 1).
Van de oorspronkelijke Wuhan-stam van SARS-CoV-2 tot elke nieuwe variant, hebben onderzoekers over de hele wereld snel volledige genoomsequenties openbaar beschikbaar gemaakt, mogelijk gemaakt door goedkope en relatief snelle RT-PCR-assays21. Dit delen van virale genomen opende de deur naar het volgen van SARS-CoV-2-varianten, niet alleen in klinische monsters, maar ook in afvalwater van de gemeenschap.
Hoewel RT-PCR al meer dan drie decennia wordt gebruikt in klinische tests22het gebruik ervan bij het testen van afvalwater komt minder vaak voor, hoewel er eerder werk is gedaan om bacteriële varianten in afvalwater te karakteriseren, waaronder Escherichia coli varianten23 en antibioticaresistente stammen24. Tijdens de COVID-19-pandemie is RT-PCR een essentieel hulpmiddel geworden voor het detecteren van SARS-CoV-2-varianten in afvalwater. De methode is zeer gevoelig, heeft een snelle doorlooptijd25 en is kosteneffectief, aangezien één afvalwatermonster informatie kan opleveren over duizenden virale genomen in een populatie, waardoor het het werkpaard is geworden van de volksgezondheidsrespons.
NGS van viraal genetisch materiaal in afvalwater kan daarentegen worden gebruikt om de relatieve abundantie van virale mutaties in afvalwater aan te geven, waardoor een breder beeld van genetische diversiteit ontstaat dan de beperkte aan- of afwezigheidsinformatie die PCR-methoden bieden. Omdat afvalwatermonsters worden verzameld van een hele populatie van riooldiensten, kan het gebruik van NGS met afvalwatertesten informatie opleveren over virale mutaties bij veel verschillende infecties. Routinematige sequentiëring van afvalwatermonsters biedt een basis om te bestuderen hoe individuele mutaties in de loop van de tijd veranderen, en hoe interessante en zorgwekkende varianten ontstaan en zich verspreiden.
Het combineren van NGS (voor een breed beeld van het volledige scala aan aanwezige varianten) en gerichte RT-PCR-assays (voor snelle en gevoelige kwantificering van bekende varianten) is daarom de beste aanpak. Idealiter kunnen deze technieken in verschillende stadia worden gebruikt, waarbij NGS niet vaak wordt gebruikt op peilstations om te scannen op nieuwe varianten en PCR wordt gebruikt voor meer routinematige, kosteneffectievere tests.
De opkomst van de Omicron-variant van SARS-CoV-2 was een beslissend moment voor de rol van afvalwatermonitoring in de volksgezondheid, omdat het de praktische waarde van deze aanpak aan het licht bracht voor het in realtime detecteren van opkomende varianten in een gemeenschap26die vervolgens werden gebruikt om de besluitvorming in Texas, Oklahoma, Kentucky en Arizona te informeren (tabel 2).
