El nuevo enfoque de un sistema de aguas residuales acelera la detección y el rastreo de COVID-19



Las matemáticas siguen siendo una fuerza poderosa contra COVID-19.

Su última contribución es un algoritmo sofisticado, que utiliza sistemas de aguas residuales municipales, para determinar ubicaciones clave en la detección y rastreo de COVID-19 hasta su origen humano, que puede ser una persona recién infectada o un punto caliente de personas infectadas. El tiempo es clave, dicen los investigadores que crearon el algoritmo, especialmente cuando COVID-19 está mejorando su transmisión, gracias a las variantes emergentes.

“Ser rápido es lo que queremos porque, mientras tanto, una persona recién infectada puede infectar a otras”, dijo Oded Berman, profesor de gestión de operaciones y estadística en la Rotman School of Management de la Universidad de Toronto.

Esta última investigación se basa en trabajos previos que realizó el profesor Berman con los coinvestigadores Richard Larson del Instituto de Tecnología de Massachusetts y Mehdi Nourinejad de la Universidad de York. El trío desarrolló inicialmente dos algoritmos para identificar ubicaciones de elección en un sistema de alcantarillado para la prueba manual de COVID-19 y el seguimiento posterior hasta la fuente. Las alcantarillas son un entorno rico para detectar la presencia de la enfermedad río arriba porque los restos genéticos de su virus se eliminan en las heces de las personas infectadas hasta una semana antes de que sepan que están enfermas.

La nueva investigación de los investigadores refina y optimiza ese trabajo inicial al modelar con mayor precisión la red en forma de árbol de un sistema de alcantarillado municipal típico de tuberías y pozos unidireccionales, y al acelerar el proceso de detección / rastreo a través de sensores automáticos instalados en pozos específicos, elegidos de acuerdo con un algoritmo más fácil de usar.

En este escenario, un sensor envía una alerta cada vez que se detecta COVID-19. A continuación, se realizan pruebas manuales en unas cuantas alcantarillas aguas arriba, también elegidas de acuerdo con el algoritmo, hasta que se localiza la fuente final, ya sea un pequeño grupo de hogares o un vecindario “hotspot”. Los residentes en esa área mucho más pequeña pueden ser contactados para realizar más pruebas y aislarlos según sea necesario, lo que limita los posibles nuevos brotes.

La aplicación de este enfoque a un sistema de aguas residuales con 2000 pozos de registro muestra que solo se tendrían que instalar siete sensores a lo largo de la red para detectar y rastrear COVID-19 hasta su origen en un día.

Los sensores nos permiten muestrear manualmente un número menor de pozos de registro que en nuestro trabajo anterior y detectar la infección mucho antes “.

Prof. Oded Berman

Aunque estos sensores aún no están disponibles, esta tecnología está en desarrollo. También se necesitará una prueba in situ precisa y rápida para COVID-19 y pruebas de campo para ajustar el sistema.

Los resultados son prometedores no solo para detectar COVID-19, sino también otros virus, como los norovirus, que son altamente infecciosos y causan vómitos y diarrea. También existe la posibilidad de que el trabajo se utilice en la vigilancia de los laboratorios de metanfetamina de cristal y la producción ilegal de bombas, debido a los subproductos químicos que terminan en las aguas residuales.

El profesor Berman normalmente trabaja en problemas del futuro, como la introducción de automóviles autónomos, por lo que su investigación sobre aguas residuales es la primera vez que aplica su experiencia a un problema mundial urgente.

“Es emocionante trabajar en algo que es muy necesario y que podría tener el potencial de ayudar a la gente pronto”, dijo. “Es muy diferente a lo que he hecho antes”.

El estudio fue publicado recientemente en MÁS UNO.

Fuente:

Referencia de la revista:

Nourinejad, M., et al. (2021) Colocación de sensores en redes de alcantarillado: un sistema para localizar nuevos casos de coronavirus. MÁS UNO. doi.org/10.1371/journal.pone.0248893.

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