L’exposició a virus presents en l’ambient: descripció del viroma i avaluació del risc

Abstract

[cat] Existeix una gran diversitat de virus presents en l’ambient als quals els humans estem exposats, constituint l’exposoma víric. Les eines de vigilància ambiental, com ara l’epidemiologia basada en aigües residuals, han posat de manifest el seu potencial per monitoritzar la circulació vírica en una comunitat, sobretot amb la recent pandèmia de la COVID-19. Per aquest motiu, aquesta tesi s’ha centrat, primerament, en l’estudi de l’aigua residual com a font de contaminació i eina per a estudis epidemiològics. Concretament, s’han avaluat diferents mètodes de detecció i caracterització dels coronavirus presents en les aigües residuals en un context de pandèmia, principalment mitjançant tècniques de seqüenciació de nova generació (NGS). Els virus excretats a les aigües residuals poden ser resistents als tractaments de les estacions depuradores d’aigües residuals (EDARs) i acabar contaminant les fonts d’aigua que s’utilitzen per beure, per regar o per a ús recreatiu, suposant així potencials vies de transmissió d’aquests virus. En aquesta tesi, s’ha estudiat l’exposició a virus patògens presents en aigües i aliments mitjançant la detecció i caracterització vírica, especialment aplicant tècniques de NGS en aliments de producció orgànica i les seves fonts d’aigua de reg. A més, també s’ha avaluat la contaminació vírica i s’ha explorat la diversitat de virus presents en escorrenties i aigües subterrànies d’un entorn urbà, les quals, en l’actual context de sequera, són de gran interès per a diferents usos. Finalment, considerant que l’exposició ocupacional a patògens pot comportar riscos per a la salut dels treballadors, s’ha avaluat l’exposició vírica en entorns laborals. S’ha quantificat la contaminació vírica i s’han identificat virus presents en aerosols i superfícies d’una EDAR i una granja de porcs mitjançant tècniques de NGS. A més, s’han realitzat estimacions

del risc ocupacional associat a l’exposició a virus amb l’avaluació quantitativa del risc microbiològic (QMRA), seleccionant l’adenovirus humà (HAdV) per a l’EDAR i un virus hipotèticament zoonòtic amb característiques similars a l’adenovirus porcí (PAdV) per a la granja de porcs com a patògens de referència. Les vies d’exposició considerades en els models són la inhalació d’aerosols i la ingestió oral a través de superfícies contaminades i el contacte mà-boca. Aquesta tesi ha permès la identificació de virus presents en diverses matrius ambientals, incloent-hi aigües residuals, aigües d’escorrentia, aigües subterrànies, mostres d’origen animal, aliments de producció orgànica i aigües de reg, així com superfícies i aerosols d’entorns de treball. S’ha avaluat el nivell de contaminació vírica mitjançant la quantificació de virus indicadors de contaminació fecal i altres virus patògens. S’han identificat virus humans i animals d’interès aplicant tècniques de NGS, com la seqüenciació massiva d’amplicons i la seqüenciació amb enriquiment de dianes, utilitzant panells específics dirigits a la captura de seqüències de virus de vertebrats o també de coronavirus. Finalment, els resultats de QMRA han revelat un potencial risc ocupacional associat a l’exposició a HAdV per als treballadors d’EDARs, si no es prenen mesures. La simulació de QMRA a la granja de porcs també suggereix un potencial risc en cas d’exposició a un virus potencialment zoonòtic. Els resultats d’aquesta tesi ofereixen una visió rellevant sobre la presència de virus en diverses matrius ambientals i els potencials riscos associats amb l’exposició a aquests, contribuint al desenvolupament de mesures que ajudin a reduir aquests riscos i destacant la importància del monitoratge i la vigilància ambiental per a la detecció de virus emergents i zoonòtics, així com per a entendre les seves rutes de transmissió i identificar possibles fonts de contaminació.

[eng] There is a wide diversity of viruses present in the environment, constituting the viral exposome to which humans are exposed. Environmental surveillance tools, such as wastewater-based epidemiology, have demonstrated their potential in monitoring viral circulation in a community, particularly with the recent COVID-19 pandemic. For this reason, this thesis has primarily focused on studying wastewater as a source of contamination and as a tool for epidemiological studies. Specifically, different methods for detecting and characterizing coronaviruses in wastewater have been evaluated in the context of a pandemic, particularly through next-generation sequencing (NGS) techniques. Viruses excreted in wastewater can be resistant to treatments in wastewater treatment plants (WWTPs) and contaminate water sources used for drinking, irrigation, or recreational purposes, thereby becoming potential transmission routes for these viruses. This thesis has aimed to study exposure to pathogenic viruses present in water and food through viral detection and characterization, especially by applying NGS techniques in fresh produce and their irrigation water sources. Additionally, the viral diversity in urban groundwater and runoff has been explored, given its potential uses in the current context of water scarcity. Furthermore, considering that occupational exposure to pathogens can pose health risks, viral exposure in workplace scenarios has been assessed. Viral contamination has been evaluated, and NGS techniques have been performed to identify the viruses present in aerosols and surfaces to which workers in a WWTP and a swine farm might be exposed. Quantitative Microbial Risk Assessment (QMRA) has been conducted to estimate the occupational risk associated with viral exposure for WWTP workers, choosing human adenovirus (HAdV) as the reference pathogen. In the swine farm, QMRA has been performed as an extrapolation,

considering a hypothetical zoonotic virus with characteristics similar to porcine adenovirus (PAdV). The modelled exposure routes include aerosol inhalation and oral ingestion through contaminated surfaces and hand-to- mouth contact. This thesis has allowed the identification of viruses in various environmental matrices, including wastewater, runoff, groundwater, animal origin samples, fresh produce, irrigation water, as well as surfaces and aerosols in workplace scenarios. Viral contamination has been evaluated through the quantification of indicators of fecal contamination and other pathogenic viruses. Human and animal viruses of interest have been identified using NGS techniques, such as amplicon deep sequencing and target enrichment sequencing, using specific panels designed to capture sequences of vertebrate viruses or coronaviruses. Finally, QMRA analyses have revealed noteworthy risks associated with exposure to HAdV for WWTP workers if measures are not implemented. QMRA simulation at the swine farm suggests a potential risk in the case of exposure to a hypothetical zoonotic virus. Overall, the results of this thesis provide relevant insights into the presence of viruses in environmental matrices and the potential risks associated with the exposure to them. This contributes to the development of measures to mitigate these risks and emphasizes the importance of environmental monitoring and surveillance for the detection of emerging and zoonotic viruses, as well as for understanding their transmission routes and identifying potential sources of contamination.