Suur lugu ⟩ Eesti teadlased selgitavad: koroonaviiruse tegeliku leviku reedab meie reovesi

Põlva linna reoveepuhastusjaam. Foto: Paul Poderat/Lõuna-Eesti Postimees/Scanpix

Kui palju on koroonaviirus päriselt ühiskonnas levinud? Eestiski alustatud uuringud näitavad, et parima vastuse saame, kui vaatame kanalisatsiooni jõudvat bioloogilist materjali.

Reovee analüüsidele tuginev seire on viimase paari aastakümne jooksul muutunud omaette teadusharuks. See on osutunud edukaks strateegiaks, mis võimaldab tuvastada inimtegevuse tulemusel keskkonda vabanenud keemilisi ja bioloogilisi markereid ning jälgida nende tasemete muutumist ajas. Reoveeanalüüsid võimaldavad tuvastada nii narkootikumide, antibiootikumide kui ka viiruse jälgi, vastavalt piirkonnale, kus need on kanalisatsiooni sattunud. See on oluline abivahend ka koroonaviiruse leviku võimalikult varasel tuvastamisel.

Reovee ulatuslikum jälgimine sai alguse 1990. aastatel, mil keskenduti lastehalvatust põhjustava polioviiruse vastu võitlemisele. Tänu vaktsineerimisele oli polioviiruse levik maailmas tollal juba pidurdumas, kuid probleemiks oli see, et paljudel juhtudel ei ilmnenud viirusega nakatunud inimestel mingeid haigussümptomeid. Sellised asümptomaatilised nakatunud võisid viirust tahtmatult levitada ka piirkondades, kus see arvati olevat ammugi kadunud. Õnneks ilmnes õige pea, et polioviiruse olemasolu on võimalik tuvastada reoveest ning kui ohustatud piirkond oli reovee analüüside abil kindlaks tehtud, sai vaktsineerimisega kiiresti selle piirkonna elanikke viiruse eest kaitsta.

Samamoodi on ka käesoleva pandeemilise koroonaviiruse (Covid-19) leviku ulatuse mõistmine ülimalt tähtis. Paraku on viiruse levikust hea ülevaate saamine osutunud keeruliseks ülesandeks. Pandeemia alguses olid viiruse leviku peamisteks näitajateks positiivsete testide, haiglaravi vajavate inimeste ja surnute arvud. Hiljem hakati pöörama tähelepanu ka seroloogilistele andmetele, ehk siis viirusega kokkupuutele viitavate antikehade esinemissagedusele.

Teadlased Inglismaal Cranfieldis reoveest proove kogumas, et sellest siis koroonaviiruse levikut näidata. Foto: Christian Trampenau/Cranfieldi Ülikool/Reuters

Kõik need andmed on kasulikud, kuid kõigil neil on oma piirangud. Testide abil kogutud teave sõltub testimise ulatusest – kuna massiline testimine oleks väga kallis ja aeganõudev, saab testida vaid väikest osa elanikkonnast. Haiglaravil viibivate patsientide arv ei sobi aga hästi nakkuse leviku iseloomustamiseks, sest haiglasse satutakse mitu päeva pärast nakatumist ja enamus haigeid haiglaravi ei vajagi. Kõige keerulisem on aga tuvastada ilma haigussümptomiteta ehk asümptomaatilisi viirusekandjaid.

Ühe paljulubava koroonaviiruse leviku kaardistamise meetodina on viimasel ajal esile tõusnud viiruse kontsentratsiooni süsteemne mõõtmine reovees. See lähenemine võimaldab saada kiiresti ülevaatlikke andmed, mille põhjal saab anda hinnang viiruse tegelikule, kaasa arvatud varjatud, levikule. Reovee abil on korraga võimalik uurida suuremat osa elanikkonnast ning seda saab teha pikema ajaperioodi vältel. Sellised andmed sobivad vundamendiks, millele tuginedes saab juba muuta inimeste testimise ulatust. Samuti annab reovee analüüs kinnituse viiruspuhangu lõpust. Ning mis eriti oluline, reovee-põhine seire võimaldab tuvastada ka asümptomaatilise leviku ulatust.

Usaldusväärne seiremeetod

Polioviirusega saadud kogemused kinnitavad, et reovee analüüse saab edukalt kasutada epidemioloogilise tööriistana, kuna see annab ülevaate patogeeni levikust seiratavas piirkonnas. Analüüsidega saab teha kindlaks, kas patogeen on populatsioonis olemas ja kas tema esinemissagedus väheneb või on tõusuteel. See on tundlik ja usaldusväärne meetod, mida rakendatakse paljudes riikides nüüd edukalt ka koroonaviiruse leviku seireks.

Seda, et koroonaviirust on võimalik reoveest tuvastada, märkasid esmakordselt Hollandi teadlased. Käesoleva aasta märtsi alguses, ligikaudu nädal pärast seda kui Hollandis esimene Covid-19 haigestumine registreeriti, leiti koroonaviiruse RNAd viie linna reoveest. Peagi laekus sarnaseid teateid ka Hispaaniast, Itaaliast, Prantsusmaalt ja USAst. Koroonaviiruse RNA olemasolu reovees tuvastasid ka Pakistani seirejaamad, mille igapäevaseks ülesandeks on polioviiruse leviku jälgimine.

Koroonaviirus levib silmale nähtamatute piiskadega, mida nakatunud inimesed levitavad köhides, aevastades, rääkides või välja hingates. Ometigi märkasid teadlased üsna kiiresti, et viiruse RNAd on võimalik tuvastada ka Covid-19 patsientide väljaheidetest. Nimelt võib koroonaviirus nakatada mõningaid soolestiku sisepinna rakke, kuna nende pinnal paiknevad ACE2-retseptorid, mida viirus kasutab rakku sisenemiseks. Erinevate patsientide väljaheidetes leidub viiruse RNA-d erineval määral ja kogus sõltub ka haiguse kulgemisest, kuid viiruse olemasolu on sel moel võimalik tuvastada mitme nädala jooksul. Oluline on, et fekaaliproovidest võib leida märke viiruse esinemisest isegi siis, kui see on juba patsiendi hingamisteedest kadunud või kui tegemist on asümptomaatilise nakatumisega.

Armutu reovesi reedab ka uimastitarvitamise

Reovee-põhist seiret on kasutatud väga erinevate uuringute läbiviimiseks. Selle meetodi üheks rakendusalaks on olnud antibiootikumidele resistentsete mikroorganismide leviku kaardistamine, millega on ka Eestis juba mõnda aega tegeldud. Kuid sellega reovee analüüsimise võimalused ei piirdu. Näiteks viiakse Euroopas igal aastal läbi ulatuslik uuring, kus kasutatakse reovett selleks, et jälgida narkootikumide kasutamise levikut. Tarbitud narkootikumide jäägid ja laguproduktid satuvad uriini ja väljaheidetega reovette, mis võimaldab nende olemasolu ja kogust tuvastada.

Kanepi suitsetamise järel organismist reovette jõudvad bioloogilised ühendid on tuvastatavad veel kaua ja neid on ka Tallinna reoveest tuvastatud. Foto: Matthew Brown/Ap/Scanpix

Möödunud aastal läbi viidud uuringus jälgiti, millisel määral leidub 68 Euroopa linna reovees amfetamiini, kokaiini, MDMA ja metamfetamiini jääke. Selles uuringus osales ka Eesti Tervise Arengu Instituut. Analüüsiti narkootiliste ainete tarvitamise jääkide koguseid Tallinna reovees. Selgus, et Tallinna piirkonnas on kõige levinumateks narkootilisteks aineteks kanep, amfetamiin ja kokaiin. Kui kanepi tarvitamise jääkide kogused olid kõikidel nädalapäevadel sarnased, siis kokaiini tarvitati kõige enam nädalavahetustel. Seega on võimalik kindlaks teha mitte ainult mingi aine olemasolu reovees, vaid ka jälgida selle aine koguse muutumist ajas ning selle abil teha järeldusi tarbijate harjumustest ja tarbimise ulatusest.

Ülar Allas

Kõrvalepõikena tasub mainida, et Hongkongi teadlaste arvates võiks Covid-19 diagnoosimisel edukalt rakendada fekaaliteste. Selline testimismeetod sobiks inimestele, kellelt on respiratoorseid proove keeruline koguda. Eriti paslikud oleksid fekaalitestid imikutele ja väikelastele, sest nende puhul on respiratoorsete testide kasutamine raskendatud. Pealegi näib, et viirus paljuneb laste soolestikus aktiivsemalt kui täiskasvanute omas. Samas esinevad omad piirangud ka fekaalitestidel. Näiteks ei pruugi mõnede haigete fekaalid üldse viiruse RNA-d sisaldada.

Praeguste uuringute põhjal on raske öelda, kui nakkusohtlikud on värsked fekaalid. Samas on reoveest püütud nakkuslikku koroonaviirust SARS-CoV-2 isoleerida ja seda õnneks edutult. Seega olemasolevate andmete põhjal võime öelda, et reoveega koroonaviiruse nakkus ei levi. Samas ilmneb, et viiruse inaktiveeritud osakesed, millesse viiruse RNA peitub, on kaunis stabiilsed ja peavad heitvees vastu erinevatele kemikaalidele ja temperatuuridele. Seetõttu on võimalik reoveepuhastusjaamadest kogutud reoveest või reoveesetetest tuvastada nii koroonaviiruse RNA olemasolu kui ka RNA hulka. Vastavaks analüüsiks kasutatakse polümeraasi ahelreaktsiooni (PCR) meetodit, mida kasutatakse viiruse testimiseks ninaneelust.

Foto: TÜ

Reovee proov «hoiatab» ja «ennustab»

Covid-19 peiteaeg on teatavasti kuni kaks nädalat, mis tähendab, et enne sümptomite tekkimist ja testimist võib nakatunud inimene pikka aega enese teadmata viirust levitada. Samas on näidatud, et nakatunute fekaalid võivad koroonaviiruse osakesi sisaldada juba ammu enne, kui ta end haigena tunneb. Järelikult peaks saama reovees proovidest viiruse RNAd tuvastada juba enne, kui haiguspuhang mingis piirkonnas tekib.

Väga sageli on selline «hoiatus» ka tõeseks osutunud. Reovees leiduva koroonaviiruse RNA hulga ja sellele järgnevate Covid-19 haigusjuhtude arvu vahel valitsevat seost on näidanud näiteks Hollandi, Prantsusmaa ja USA teadlased. Enamasti «ennustab» reovees leiduv RNA kogus, milline on COVID-19 haiguse levik 5-7 päeva pärast. Kui viiruse RNA kontsentratsioon mingi piirkonna reovees kasvab, on põhjust eeldada, et 5-7 päeva pärast võib selles piirkonnas täheldada positiivsete testide ja haiglaravi vajavate patsientide arvu kasvu.

Ja vastupidi – viiruse RNA kontsentratsiooni vähenemine reovees on märk sellest, et positiivsete testide ja haigestunute hulk hakkab peagi vähenema. Reovees esineva viiruse RNA «ennustavat» mõju on uuritud näiteks USAs New Havenis, kus teadlased analüüsisid reovett rohkem kui 10 nädala jooksul ja märkasid, et viiruse RNA tasemed edestasid diagnostiliste testidega saadud tulemusi umbes nädala võrra.

Ülaltoodust järeldub, et reovee kaudu toimuv seire on tõhus strateegia Covid-19 leviku jälgimiseks. See võimaldab koguda andmeid ka nendes maakera piirkondades, kus inimeste juurdepääs tervishoiuasutustele on raskendatud. Reoveepõhisel seirel on kliinilise testimisega võrreldes rida eeliseid. See on väga kasulik täiendus traditsioonilistele seiremeetoditele, kuna annab territoriaalselt määratletud populatsiooni olukorra kohta kiire ja põhjaliku ülevaate. See on odavam ja inimeste jaoks kordades mugavam kui laustestimine.

Osa igapäevasest epidemioloogiast  

Mitmes riigis on asutud paljude reoveeproovide kogumiskohtade põhjal moodustama süstemaatilisi seirevõrgustikke. Üks arenenumaid seiresüsteeme on välja töötatud Austraalias. Reoveeuuringutel põhinevat seiret rakendatakse riiklikul tasemel ka näiteks Saksamaal, Hollandis ja Uus-Meremaal. Mõnes riigis, näiteks Soomes, on koroonaseire ehitatud toimiva narkoseire süsteemi peale.

Kui tulevikus muutub koroonaviiruse vaktsiin kättesaadavaks, aitab reoveepõhine seire kiiresti välja selgitada piirkonnad, kus vaktsiini kasutamine on eriti vajalik. Praegu annab see olukorrast kiire ülevaate ning aitab langetada õiged otsuseid. Viiruse varjatud leviku kaardistamine aitab välja selgitada piirkonnad, kus on vajalik sotsiaalne distantseerumine või testimise intensiivistamine. See aitab tulevasi haiguspuhanguid «ette näha», kuid annab ka märku viiruse taandumisest.

Eestis jätkub reovee uuring aasta lõpuni

TÜ meditsiiniteadlaste veetavast koroonaleviku seireuuringust selgus juba oktoobris, et viirus levib ka haiguskolletest väljaspool ning enamasti varjatult ehk ilma haigustunnusteta. See uuring hõlmab väikest hulka Eesti elanikkonnast ja üksnes täisealisi elanikke ega kajasta seega viiruse levikut alaealiste hulgas. Reovee seireuuring aitab olukorra tõsidust paremini mõista ning vajalikke meetmeid kiiremini ja õigemas piirkonnas kasutusele võtta.

Eestis viib reoveel põhinevat koroonaviiruse seiret läbi Tartu Ülikool koostöös Terviseameti ja Eesti Keskkonnauuringute Keskusega. Kasutatava metoodika valideerimine toimus aprillist kuni juulini. Augustiks oli selge, et metoodika on analüüside tegemiseks sobiv ning sellest ajast viiakse läbi regulaarset seiret. Igal nädalal jälgitakse koroonaviiruse RNA taset 20 reovee puhastusjaamas, mis asuvad Eesti suuremates asulates.

Reovee analüüsil põhineva seiresüsteemi 24 tunni komposiitproovid 9. - 10. novembri seisuga. Foto: TÜ

Sel viisil hõlmab regulaarne seire 66 protsenti Eesti elanikkonnast. Lisaks kogutakse üle Eesti ka pistelisi proove, näiteks nakkuse leviku poolest kahtluse all olevatest väikelinnadest, hooldekodudest, vanglatest ja ühiselamutest. Sel nädalal juhiti Terviseameti tähelepanu näiteks signaali olemasolule Tartu vanglas, mis viis testimiseni ja nakatunute tuvastamiseni.

Iganädalane proovide kogumine leiab aset esmaspäevast kolmapäevani ja sellega tegeleb Eesti Keskkonnauuringute Keskus. Kolmapäevast kuni reedeni toimub Tartu Ülikooli tehnoloogiainstituudis proovide analüüs. Reede pärastlõunaks on tulemused selgunud ja need tehakse kohe kättesaadavaks terviseametile. Seejärel panevad kolme asutuse esindajad reedel ühiselt paika järgmise nädala seirekava.

TÜ professor Tanel Tenson

Eestis tehtava uuringu usaldusväärsus

Viiruse otsimine reovees põhineb tundlikul molekulaarsel meetodil, küll aga segab viiruse määramist reovee iseloom, ei ole tegemist just kõige puhtama materjaliga milles leiduvad ained võivad tulemusi varjutada. Õnneks oli selle aasta suveks kogunenud koroonaviiruse testimismetoodika kohta palju infot üle maailma. See aitas meid metoodika juurutamisel väga olulisel määral.  Praeguseks oleme analüüsinud ligi 500 reoveeproovi üle Eesti ning on tekkinud kindlus metoodika usaldusväärsuse osas, kuigi väiksemate detailide testimine veel käib.

Senised tulemused

Reoveeproovi võtmine Eestis. Foto: Eesti keskkonnauuringute keskus

Kevadel kogusime proove Kuressaarest ja Võrust ning tuvastasimegi neist linnadest kõrge viirusosakeste hulga. Juuli keskpaigas me nendes samades puhastites enam viiruse jälgi ei leidnud, mis näitas, et nakatunute tase on oluliselt vähenenud või ei ole nakatunuid enam üldse. Siis tuli ka otsus alates augustist alustada tervet Eestit hõlmava seirega. See langes kokku  Tartus «möllanud» nn ööklubi lainega, mis õnnestus  tänu rakendatud meetmetele siiski kiiresti peatada. Reoveeseire tulemused kinnitasid, et puhang vaibus ja nii sai Rally Estonia ka lõplikult rohelise tule. Inimesed käitusid mõistlikult ja mingit uut suurt levikut ei toimunud.

Sügise edenedes oleme testinud ka väiksemaid objekte ja asulaid, mis suuri linnu hõlmava seire alla ei kuulu, nagu kõrgkoolide ühiselamud, hooldekodud jne. Tulemused näitavad et viiruse olemasolu on võimalik reovee abil ennetavalt näha. Terviseamet, kellega me igapäevaselt koostööd teeme, on väga kiiresti tegutsenud, seni on hullem ära hoitud.

Julgen öelda, et reoveeuuringul on oma osa selles, et Eestis on viiruse levik olnud aeglasem kui enamikus muus Euroopas, kasvõi naaberriigis Lätis. Samas teadlasena tean, et kuna kontrollkatset pole võimalik läbi viia, siis rangelt võttes teaduslikult seda tõestada ei saa. Peamine osa viiruse edasise leviku tõkestamisel on muidugi inimeste endi käitumisel ja nende kasutatavatel ettevaatusabinõudel. 

Olemasolevate andmete põhjal saab öelda, et kui viiruse hulk on püsivalt üle määramispiiri, siis piirkonnas leidub viirusekandjaid, kuid ilmselt vähe. Oleme näinud et viiruse ilmumine reovette võib toimuda umbes nädal varem, kui inimesi hakatakse positiivseks testima. Seda kinnitavad ka teiste riikide uuringud. Viiruse hulk reovees kasvab suurusjärkudes, kui levik laieneb. Võib lihtsasti arvata, kus on hetkel viirusega nakatunuid kõige kontsentreeritumalt ja kus need meie mõistes ülikõrged viiruste kontsentratsioonid on mõõdetud. Senine reoveel põhinev andmestik on väga heas kooskõlas terviseameti statistikaga, viirust leidub rohkem piirkondades, kus tuvastatakse rohkem viiruskandjaid ning kus on rohkem haigestunud inimesi. Meie andmed näitavad, et viiruse levik laieneb, kuid on näha, et viirus ei ole Lõuna-Eestis veel nii laialdaselt levinud.  Viirusosakeste senine rekord tuli Viru vanglast eelmisel nädalal.

TÜ vanemteadur Veljo Kisand