Erik Jepsen
Ključni zajtrki
- Testiranje odpadne vode za COVID-19 je učinkovit način za sledenje morebitnim izbruhom.
- Zahvaljujoč izboljšani metodi je tovrstni nadzor mogoče opraviti hitreje, učinkoviteje in ceneje.
- Izboljšanje postopka omogoča, da se vsak dan preskusi več deset vzorcev iz kanalizacije in čistilnih naprav in ne le peščica.
- Hitra testiranja odpadne vode se lahko v prihodnosti uporabijo tudi za odkrivanje in izsleditev drugih virusnih izbruhov.
Na začetku pandemije so se znanstveniki obrnili na odpadno vodo kot opozorilni sistem za izbruhe COVID-19. Testiranje vzorcev odpadne vode na prisotnost virusa se je izkazalo za koristno pri izločitvi stavbe ali območja, kjer je COVID-19 že prisoten, celo če so nosilci asimptomatski. Metoda je bila uporabljena povsod, od fakultet do lokalnih skupnosti.
Toda ta metoda ima eno pomembno napako: hitrost. Zdaj je ekipa na Medicinski fakulteti Univerze v Kaliforniji v San Diegu (UCSD) našla način, kako pospešiti postopek odkrivanja in hitreje zagotoviti natančne podatke.
Prvotni postopek je bil počasen, ker se vzorci odpadne vode ali odplak razredčijo in jih je treba koncentrirati, kar traja več korakov in porabi veliko virov, pravi dr. Smruthi Karthikeyan, okoljski inženir in podoktorski raziskovalec na Medicinski fakulteti UCSD. Karthikeyan je vodilni avtor poročila o postopku, objavljenega ta mesec v revijimSistemi.
Pospeševanje postopka
Za razliko od nosnega brisa, ki odvzame majhen vzorec sluzi, se vzorec odpadne vode iz kanalizacije ali čistilne naprave po razredčenju z vsem ostalim, ki je šel po odtoku, razredči.
Vzorce odpadne vode je treba koncentrirati, da je lažje najti virus SARS-CoV-2, ki povzroča COVID-19, če je prisoten. Vendar je bila potrebna hitrejša metoda za koncentracijo teh vzorcev in iskanje RNA iz virusa. Raziskovalci so bili posebej zainteresirani za iskanje metode, ki bi jo lahko hkrati izvedli na številnih vzorcih in bi lahko zagotovili natančne rezultate istega dne.
Da bi pospešila postopek, sta se Karthikeyan in njena ekipa obrnili na neko robotsko pomoč, ki jo je že imela v svojem laboratoriju. Pred začetkom pandemije so se njene raziskave osredotočile na črevesni mikrobiom, področje preučevanja, ki vključuje tudi pregled vzorcev odplak. S spreminjanjem tega sistema so lahko hitro izvlekli RNA iz vzorcev odpadne vode in vodili verižno reakcijo s polimerazo (PCR) za iskanje genov s podpisom COVID-19.
V sistemih, ki so se prej uporabljali za nadzor odpadne vode, so bili vzorci vode koncentrirani z uporabo filtracijskih ali padavinskih metod, za kar so bili potrebni čas in številni viri za izvajanje testov.
Namesto tega ta visoko zmogljiv sistem uporablja magnetne kroglice, ki se prednostno povezujejo z deli virusa, pojasnjuje Karthikeyan. Robotski procesor nato z magnetno glavo pobere kroglice, vse ostalo pa pusti za seboj.
"Na ta način izberete samo virus in ne poberete vse smeti," pravi. "Poveča možnosti za iskanje virusa tudi v razredčenem sistemu." Nato se koncentrirani vzorci testirajo na tri različne genske tarče na genomu COVID-19 s pomočjo PCR testiranja.
Kaj je presejanje z visoko zmogljivostjo?
Presejanje z visoko zmogljivostjo uporablja avtomatizirano opremo za hitro testiranje tisoč do milijonov vzorcev na biološko aktivnost na ravni organizma, celic, poti ali molekule.
Izboljšani sistem močno poveča hitrost testiranja.
»[Prej] nisem mogel narediti več kot 10 vzorcev na dan. Za isto stvar sem rabil ure, «pravi Karthikeyan. "S tem lahko naredimo 120 vzorcev v 4,5 urah od prejema vzorca do dejanskega zaznavanja PCR."
Ta postopek ima še dodatno prednost, ker je cenejši, saj zahteva manj virov in manj ljudi za izvajanje testiranja, dodaja. Testiranje se lahko opravi na vzorcih odpadne vode v prostornini do 10 mililitrov.
Natančnost rezultatov s to metodo je prav tako visoka. Hitro testiranje omogoča raziskovalcem, da napovejo, kaj se bo dogajalo s širjenjem COVID-19 teden vnaprej z dobro natančnostjo in tri tedne vnaprej s pošteno natančnostjo, piše v izjavi Medicinske fakultete UCSD.
Kaj to pomeni za vas
Nadzor odpadnih voda za COVID-19 je opomnik, da se virus lahko širi tudi, kadar posamezniki nimajo simptomov. Pomembno je, da nadaljujete s potrebnimi varnostnimi ukrepi, kot so nošenje maske, socialno oddaljevanje in umivanje rok, da zaščitite sebe in svojo skupnost.
Zgodba o uspehu
Testiranje odpadne vode iz študentskih domov in drugih zgradb na UCSD poteka od julija 2020. Ekipa, ki jo je vodil dr. Rob Knight, profesor in direktor Centra za mikrobiomske inovacije pri UCSD, je odkrila tehniko.
Mesec dni po tem, ko je šola začela nadzorovati odpadne vode, so zaznali pozitiven asimptomatski primer in univerza je ljudem v prizadetih stavbah lahko poslala opozorila. To je olajšalo ciljno testiranje posameznikov na določenem območju, namesto da bi poskušali preizkusiti vse v kampusu. Rezultati pregleda so zdaj na voljo na javni nadzorni plošči.
Druge univerze, kot je Univerza v Arizoni, uporabljajo testiranje odpadne vode za sledenje širjenju COVID-19. New York City celo nadzira COVID-19 v vzorcih svojih 14 čistilnih naprav.
Sistem UCSD omogoča hitro testiranje več vzorcev vode, tako da imajo uslužbenci javnega zdravstva vpogled v širjenje virusa, preden so ljudje lahko klinično bolni. "Mislim, da tega nihče ne počne v takem obsegu," pravi Karthikeyan.
Sistem, ki se uporablja pri UCSD, lahko zazna celo samo en primer COVID-19 v stavbi z več kot 400 stanovalci. Pri mladi populaciji, kot je študentsko telo pri UCSD, so okuženi pogosto asimptomatski, vendar virus še vedno prenašajo, pravi Karthikeyan. Ko asimptomatski nosilec postane simptomatski ali virus razširi na nekoga, ki kaže simptome okužbe, se je virus lahko eksponentno razširil.
Karthikeyan s sodelavci trenutno testira vzorce odpadne vode za okrožje San Diego. Naprava za čiščenje odpadnih voda v Point Loma predela kanalizacijo za več kot 2,2 milijona ljudi, kar omogoča zbiranje vzorcev na enem mestu za celotno območje storitve. Težko in drago je izvajati testiranje na virus za celotno populacijo, vendar uporaba testiranja odpadne vode kot nadzorne tehnike omogoča javnim zdravstvenim delavcem, da zožijo področja, kjer je testiranje ključnega pomena.
Okrožje San Diego želi, da skupina UCSD virusa ne le odkrije, temveč tudi zaporedi virusni genom, da ugotovi, katere različice virusa lahko krožijo, pravi Karthikeyan. "Zdaj bomo naredili obsežno zaporedje genoma," dodaja.
To vrsto nadzora nad odpadnimi vodami je mogoče prilagoditi za izvajanje nadzora nad katerim koli virusom, ki se izloči z blatom, pravi Karthikeyan in dodaja, da se lahko uporablja pri številnih vrstah epidemij nalezljivih bolezni in bi lahko pomagal odkriti prihodnje pandemije prej.
