WAVES – Wastewater Virome Analysis for Environmental Surveillance at Hospital Level

WAVES nasce dalla necessità di dotarsi di strumenti innovativi per la sorveglianza sanitaria, emersa con urgenza durante la pandemia da COVID‑19. Il progetto utilizza l’analisi del viroma nelle acque reflue come sistema complementare alla sorveglianza clinica, in grado di intercettare precocemente segnali di circolazione virale in popolazioni definite. WAVES caratterizza la ricchezza, la diversità e la dinamica del viroma umano in campioni provenienti da ospedali, campus universitari e impianti di depurazione, evidenziando differenze strutturali rilevanti tra comunità virali associate a popolazioni con diversi profili di salute.

Il progetto mira a sviluppare un quadro metodologico e computazionale per la sorveglianza ambientale del viroma, capace di sostenere strategie di prevenzione personalizzata e migliorare la capacità di risposta a minacce emergenti. La finalità è introdurre un sistema di monitoraggio non invasivo, replicabile e a basso costo che possa integrare le analisi cliniche tradizionali, supportando la gestione mirata della sanità pubblica e contribuendo all’identificazione precoce di patogeni emergenti.

La gestione delle epidemie richiede sistemi in grado di intercettare variazioni nella circolazione virale anche quando i dati clinici non sono disponibili o sono incompleti. Le tecnologie tradizionali non permettono di osservare la complessità del viroma umano a livello di popolazione. La metagenomica su acque reflue supera questo limite ma richiede potenza computazionale elevata, tecniche bioinformatiche avanzate e un’infrastruttura analitica che consenta di gestire milioni di sequenze per campione. WAVES risponde a questa esigenza integrando competenze virologiche, ambientali, cliniche e computazionali.

Nell’ambito del progetto sono stati raccolti 36 campioni nell’arco di sei mesi da tre contesti differenti: ospedale, campus universitario e impianto di depurazione. Le analisi mostrano che ospedale e impianto fognario presentano maggiore ricchezza tassonomica rispetto al campus, riflettendo l’eterogeneità delle popolazioni e i differenti profili clinici coinvolti. Diversi indicatori di presenza di viroma risultano significativamente più elevati nelle acque ospedaliere, mentre le comunità universitarie mostrano minor complessità, coerente con un campione giovane e generalmente sano. Dal punto di vista tecnico, il progetto ha implementato protocolli combinati di amplificazione per massimizzare la rilevazione di virus RNA e DNA, oltre a pipeline bioinformatiche personalizzate per normalizzazione, clustering, mappe visiva (heatmap) e classificazione tassonomica su tre livelli.

WAVES può migliorare la sorveglianza sanitaria intercettando precocemente segnali epidemiologici e fornendo indicatori utili per prevenire focolai in ambienti vulnerabili. La possibilità di associare dati di viroma a fattori ambientali e clinici consente politiche di prevenzione più tempestive e strategie di monitoraggio non invasive per popolazioni fragili o affette da patologie croniche. A livello di sistema sanitario, l’infrastruttura bioinformatica e i protocolli standardizzati costituiscono una base replicabile per reti regionali o nazionali di sorveglianza viromica. L’approccio ha valore anche per lo sviluppo di strumenti predittivi, biomarcatori ambientali, e tecnologie digital health con potenziali ricadute su farmaceutica, biotecnologie e risposta sanitaria alle epidemie.

Le metodologie sviluppate potranno essere adottate da Ospedali, Autorità Sanitarie Locali e Nazionali, Enti di Depurazione, Istituti di Ricerca, Università, Aziende Biotech e Startup Digital Health. L’approccio è trasferibile anche ad altri virus e contesti geografici, con applicazioni in ambito One Health, monitoraggio ambientale, controllo delle infezioni ospedaliere, predizione epidemiologica e supporto alla pianificazione sanitaria.