Erik Jepsen
Key Takeaways
- A szennyvíz COVID-19 vizsgálata hatékony módszer a lehetséges járványok nyomon követésére.
- A továbbfejlesztett módszernek köszönhetően az ilyen típusú megfigyelés gyorsabban, hatékonyabban és olcsóbban végezhető el.
- A folyamat javulása lehetővé teszi a szennyvízcsatornákból és szennyvíztisztító telepekből származó minták több tucatjának naponta történő tesztelését, nem csak egy maroknyi mennyiséget.
- Gyors szennyvízvizsgálatot lehet használni a jövőben más vírusos járványok felderítésére és nyomon követésére is.
A világjárvány elején a tudósok a szennyvízre, mint a COVID-19 járványok figyelmeztető rendszerére fordultak. A szennyvízminták vírus jelenlétének vizsgálata hasznosnak bizonyult egy olyan épület vagy terület kiemelésében, ahol a COVID-19 már jelen van, még ha a hordozók tünetmentesek. A módszert a főiskoláktól kezdve a helyi közösségekig mindenütt alkalmazták.
Ennek a módszernek azonban van egy jelentős hibája: sebessége. Most a San Diego-i (UCSD) Orvostudományi Egyetem Kaliforniai Egyetemének csapata megtalálta a módját a felderítési folyamat felgyorsítására és a pontos adatok gyorsabb rendelkezésre bocsátására.
Az eredeti folyamat lassú volt, mert a szennyvíz vagy a szennyvíz mintái hígulnak, és koncentrálni kell, ami sok lépést megtesz és rengeteg erőforrást használ fel - mondja a Verywellnek Smruthi Karthikeyan, PhD, az UCSD Orvostudományi Karának környezetvédelmi mérnöke és posztdoktori kutatója. Karthikeyan a folyóiratban ebben a hónapban közzétett jelentés vezető szerzőjemSystems.
A folyamat felgyorsítása
Ellentétben az orrvesszővel, amely egy kis nyálkamintát vesz, a szennyvíz mintáját egy szennyvízcsatornából vagy szennyvíztisztító telepről hígítják, miután minden mással lecsapódtak, ami a lefolyóba került.
A szennyvízmintákat koncentrálni kell, hogy a SARS-CoV-2, a COVID-19 okozó vírus, ha van, könnyebben megtalálható legyen. De szükség volt egy gyorsabb módszerre a minták koncentrálására és az RNS megtalálására a vírusból. A kutatókat kifejezetten érdekelte egy olyan módszer megtalálása, amely egyszerre végezhető el sok mintán, és pontos, ugyanazon a napon eredményeket tudna nyújtani.
A folyamat felgyorsítása érdekében Karthikeyan és csapata robotikai segítséget fordított a laboratóriumában. A járvány kezdete előtt kutatása a bélmikrobiomra összpontosult, egy olyan kutatási területre, amely magában foglalja a szennyvízminták vizsgálatát is. A rendszer módosításával képesek voltak gyorsan kivonni az RNS-t a szennyvízmintákból, és polimeráz-láncreakciót (PCR) futtatni a COVID-19 aláíró génjeinek megkeresésére.
A korábban szennyvízfigyelésre használt rendszerekben a vízmintákat szűrési vagy kicsapási módszerekkel koncentrálták, amelyekhez idő és sok erőforrás kellett a tesztek futtatásához.
Ehelyett ez a nagy áteresztőképességű rendszer olyan mágneses gyöngyöket használ, amelyek elsősorban a vírus bitjeihez kapcsolódnak - magyarázza Karthikeyan. Ezután a robotprocesszor mágneses fej segítségével felveszi a gyöngyöket, minden mást hátrahagyva.
"Így csak a vírust választja, és nem veszi fel az összes szemetet" - mondja. "Ez még híg rendszerben is növeli az esélyét a vírus megtalálásának." A koncentrált mintákat ezután három különböző géncélra teszteljük a COVID-19 genomon PCR-teszt alkalmazásával.
Mi a nagy áteresztőképességű szűrés?
A nagy áteresztőképességű szűrés automatizált berendezéssel gyorsan teszteli a minták ezreitől millióig a biológiai aktivitást a szervezet, a sejt, az útvonal vagy a molekula szintjén.
A továbbfejlesztett rendszer nagyban megnöveli a tesztelés sebességét.
„[Korábban] 10 mintánál többet nem tudtam megtenni egy nap alatt. Órákba telt, mire ugyanezt tettem ”- mondja Karthikeyan. "Ezzel 120 mintát tudunk megtenni 4,5 óra alatt a minta beérkezésétől a tényleges PCR detektálásig."
Ennek a folyamatnak az az előnye, hogy olcsóbb, mivel kevesebb erőforrást és kevesebb embert igényel a teszt futtatásához - teszi hozzá. A vizsgálatot akár 10 ml térfogatú szennyvízmintákon is elvégezhetjük.
Az eredmények pontossága ezzel a módszerrel szintén magas. A gyors tesztelés lehetővé teszi a kutatók számára, hogy jó előre megjósolják, mi fog történni a COVID-19 terjedésével, egy héttel előre, három héttel előre pedig megfelelő pontossággal - áll az UCSD Orvostudományi Karának közleményében.
Mit jelent ez az Ön számára
A COVID-19 szennyvízfigyelése emlékeztet arra, hogy a vírus akkor is terjedhet, ha az egyéneknek nem jelentkeznek tünetei. Fontos, hogy folyamatosan betartsa a szükséges biztonsági óvintézkedéseket, mint például a maszk viselése, a társadalmi távolságtartás és a kézmosás, hogy biztonságban tudja magát és közösségét.
Sikertörténet
Az UCSD kollégiumaiból és egyéb épületeiből származó szennyvíz tesztelése 2020 júliusa óta zajlik. Rob Knight, PhD, professzor és az UCSD Mikrobiom Innovációs Központjának igazgatója által vezetett csapat fedezte fel a technikát.
Egy hónappal azután, hogy az iskola megkezdte a szennyvíz felmérését, pozitív tünetmentes esetet észleltek, és az egyetem riasztásokat küldhetett az érintett épületekben tartózkodó embereknek. Ez megkönnyítette az egyének célzott tesztelését egy adott területen, ahelyett, hogy megpróbálna mindenkit tesztelni az egyetemen. A szűrési eredmények mostantól elérhetőek egy nyilvános műszerfalon.
Más egyetemek, például az Arizonai Egyetem, szennyvízvizsgálattal követik nyomon a COVID-19 terjedését. New York City a 14 szennyvíztisztító telep mintáiban még a COVID-19-et is figyeli.
Az UCSD rendszer lehetővé teszi több vízminta gyors vizsgálatát, ezáltal a közegészségügyi tisztviselők áttekinthetik a vírus terjedését, mielőtt az emberek klinikailag betegek lehetnek. "Nem hiszem, hogy bárki ilyen méretben csinálná" - mondja Karthikeyan.
Az UCSD-nél használt rendszer akár csak egy COVID-19 esetet is képes észlelni egy több mint 400 lakosú épületben. Egy fiatal népességben, például az UCSD hallgatói körében, a fertőzött emberek gyakran tünetmentesek, de még mindig ontják a vírust - mondja Karthikeyan. Mire egy tünetmentes hordozó tünetessé válik, vagy a vírust átterjeszti valakire, akinek fertőzés tünetei vannak, a vírus exponenciálisan terjedhetett.
Karthikeyan és munkatársai jelenleg szennyvízmintákat vizsgálnak San Diego megyében. A Point Loma szennyvíztisztító telepe több mint 2,2 millió ember számára dolgozza fel a szennyvizet, lehetővé téve a minták egy helyen történő összegyűjtését az egész szolgáltatási területen. Nehéz és drága elvégezni a vírus tesztelését az egész populáción, de a szennyvízvizsgálat felügyeleti technikaként történő felhasználása lehetővé teszi a közegészségügyi tisztviselők számára, hogy szűkítsék azokat a területeket, ahol a teszt elengedhetetlen.
San Diego megye azt akarja, hogy az UCSD csapata ne csak a vírust észlelje, hanem szekvenálja a vírusgenomot, hogy lássa, mely vírusváltozatok keringhetnek - mondja Karthikeyan. "Most nagyszabású genomszekvenálást fogunk végezni" - teszi hozzá.
Ez a fajta szennyvízfigyelés alkalmazható a székletben levő vírusok felügyeletére, mondja Karthikeyan, hozzátéve, hogy a fertőző betegségek számos típusú járványában alkalmazható, és segíthet a jövőbeni járványok korábbi felderítésében.
