Erik Jepsen
Kluczowe wnioski
- Testowanie ścieków pod kątem COVID-19 to skuteczny sposób na śledzenie potencjalnych epidemii.
- Dzięki ulepszonej metodzie tego typu inwigilację można wykonać szybciej, wydajniej i taniej.
- Udoskonalenie procesu umożliwia badanie dziesiątek próbek z kanalizacji i oczyszczalni ścieków każdego dnia, a nie tylko kilku.
- Szybkie testy ścieków mogą być również wykorzystywane do wykrywania i śledzenia innych epidemii wirusów w przyszłości.
Na początku pandemii naukowcy zwrócili się do ścieków jako systemu ostrzegania przed epidemiami COVID-19. Testowanie próbek ścieków na obecność wirusa okazało się przydatne w wyodrębnianiu budynku lub obszaru, na którym COVID-19 już występuje, nawet jeśli nosiciele nie mają objawów. Metoda została wdrożona wszędzie, od uczelni po społeczności lokalne.
Ale ta metoda ma jedną istotną wadę: szybkość. Teraz zespół ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UCSD) znalazł sposób na przyspieszenie procesu wykrywania i szybsze dostarczanie dokładnych danych.
Pierwotny proces był powolny, ponieważ próbki ścieków lub ścieków są rozcieńczane i muszą być zagęszczane, co wymaga wielu kroków i zużywa wiele zasobów, mówi dr Smruthi Karthikeyan, inżynier środowiska i badacz z tytułem doktora w UCSD School of Medicine, mówi Verywell. Karthikeyan jest głównym autorem raportu z procesu opublikowanego w tym miesiącu w czasopiśmiemSystems.
Przyspieszenie procesu
W przeciwieństwie do wymazu z nosa, który pobiera małą próbkę śluzu, próbka ścieków z kanalizacji lub oczyszczalni ścieków jest rozcieńczana po rozlaniu wszystkiego, co spłynęło do kanalizacji.
Próbki ścieków należy zatężyć, aby SARS-CoV-2, wirus wywołujący COVID-19, jeśli jest obecny, był łatwiejszy do znalezienia. Potrzebna była jednak szybsza metoda zagęszczania tych próbek i znajdowania RNA wirusa. Naukowcy byli szczególnie zainteresowani znalezieniem metody, którą można by zastosować jednocześnie na wielu próbkach i która mogłaby dostarczyć dokładne wyniki tego samego dnia.
Aby przyspieszyć ten proces, Karthikeyan i jej zespół skorzystali z pomocy robotów, które miała już w swoim laboratorium. Przed rozpoczęciem pandemii jej badania koncentrowały się na mikrobiomie jelitowym, obszarze badań obejmującym również badanie próbek ścieków. Modyfikując ten system, byli w stanie szybko wyodrębnić RNA z próbek ścieków i przeprowadzić reakcję łańcuchową polimerazy (PCR) w celu wyszukania genów sygnatur COVID-19.
W systemach wcześniej stosowanych do monitorowania ścieków próbki wody zagęszczano za pomocą metod filtracji lub opadów, co wymagało czasu i wielu zasobów do przeprowadzenia testów.
Zamiast tego ten wysokoprzepustowy system wykorzystuje kulki magnetyczne, które preferencyjnie łączą się z fragmentami wirusa, wyjaśnia Karthikeyan. Robotyczny procesor następnie podnosi kulki za pomocą głowicy magnetycznej, pozostawiając wszystko inne.
„W ten sposób wybierasz tylko wirusa i nie zbierasz wszystkich śmieci” - mówi. „Zwiększa to szanse na znalezienie wirusa nawet w rozcieńczonym systemie”. Zagęszczone próbki są następnie testowane pod kątem trzech różnych celów genowych na genomie COVID-19 za pomocą testów PCR.
Co to jest wysokoprzepustowe badanie przesiewowe?
Wysokowydajne badania przesiewowe wykorzystują zautomatyzowany sprzęt do szybkiego testowania tysięcy lub milionów próbek pod kątem aktywności biologicznej na poziomie organizmu, komórki, szlaku lub molekularnego.
Ulepszony system znacznie przyspiesza testowanie.
„[Wcześniej] nie mogłem zrobić więcej niż 10 próbek dziennie. To samo zajęło mi wiele godzin ”- mówi Karthikeyan. „Dzięki temu możemy wykonać 120 próbek w 4,5 godziny od otrzymania próbki do faktycznego wykrycia metodą PCR”.
Dodaje, że ten proces jest tańszy, ponieważ wymaga mniej zasobów i mniej osób do przeprowadzenia testów. Badanie można przeprowadzić na próbkach ścieków o objętości zaledwie 10 mililitrów.
Dokładność wyników tą metodą jest również wysoka. Szybkie testy pozwalają naukowcom przewidzieć, co się stanie z rozprzestrzenianiem się COVID-19 z tygodniowym wyprzedzeniem z dobrą dokładnością i trzy tygodnie wcześniej z uczciwą dokładnością, zgodnie z oświadczeniem UCSD School of Medicine.
Co to oznacza dla Ciebie
Nadzór ścieków pod kątem COVID-19 przypomina, że wirus może się rozprzestrzeniać nawet wtedy, gdy ludzie nie odczuwają objawów. Ważne jest, aby zachować niezbędne środki ostrożności, takie jak noszenie maski, dystans społeczny i mycie rąk, aby zapewnić bezpieczeństwo sobie i swojej społeczności.
Historia sukcesu
Testowanie ścieków z akademików i innych budynków w UCSD trwa od lipca 2020 r. Zespół kierowany przez dr Roba Knighta, profesora i dyrektora Centrum Innowacji Mikrobiomu na UCSD, odkrył tę technikę.
Miesiąc po tym, jak szkoła zaczęła badać ścieki, wykryła pozytywny bezobjawowy przypadek, a uniwersytet był w stanie wysłać ostrzeżenia do ludzi w dotkniętych budynkach. Ułatwiło to ukierunkowane testowanie osób w danym obszarze, zamiast próbować testować wszystkich na kampusie. Wyniki badań przesiewowych są teraz udostępniane na publicznym pulpicie nawigacyjnym.
Inne uniwersytety, takie jak University of Arizona, wykorzystują testy ścieków do śledzenia rozprzestrzeniania się COVID-19. Nowy Jork monitoruje nawet COVID-19 w próbkach z 14 oczyszczalni ścieków.
System UCSD umożliwia szybkie badanie większej liczby próbek wody, co pozwala urzędnikom zdrowia publicznego przyjrzeć się rozprzestrzenianiu się wirusa, zanim ludzie zachorują klinicznie. „Nie sądzę, by ktokolwiek robił to na taką skalę” - mówi Karthikeyan.
System używany w UCSD może wykryć nawet jeden przypadek COVID-19 w budynku liczącym ponad 400 mieszkańców. W młodej populacji, takiej jak studenci UCSD, zarażeni ludzie często nie mają objawów, ale nadal wydalają wirusa, mówi Karthikeyan. Do czasu, gdy bezobjawowy nosiciel stanie się objawowy lub rozprzestrzeni wirusa na osobę, która wykazuje objawy infekcji, wirus mógł rozprzestrzeniać się wykładniczo.
Karthikeyan i jej koledzy testują obecnie próbki ścieków dla hrabstwa San Diego. Oczyszczalnia ścieków w Point Loma przetwarza ścieki dla ponad 2,2 miliona ludzi, umożliwiając pobieranie próbek w jednym miejscu z całego obszaru usług. Przeprowadzanie testów na obecność wirusa na całej populacji jest trudne i kosztowne, ale wykorzystanie testów ścieków jako techniki nadzoru pozwala urzędnikom zdrowia publicznego zawęzić obszary, w których badanie ma kluczowe znaczenie.
Hrabstwo San Diego chce, aby zespół UCSD nie tylko wykrył wirusa, ale także sekwencjonował genom wirusa, aby zobaczyć, które warianty wirusa mogą krążyć, mówi Karthikeyan. „Teraz zamierzamy przeprowadzić sekwencjonowanie genomu na dużą skalę” - dodaje.
Ten rodzaj nadzoru ścieków można dostosować do prowadzenia nadzoru pod kątem każdego wirusa wydalanego z kałem, mówi Karthikeyan, dodając, że może być stosowany w wielu typach epidemii chorób zakaźnych i może pomóc we wcześniejszym wykrywaniu przyszłych pandemii.
.jpg)
