Эрик Джепсен
Ключевые выводы
- Тестирование сточных вод на COVID-19 - эффективный способ отслеживания потенциальных вспышек.
- Благодаря усовершенствованному методу наблюдение такого типа можно проводить быстрее, эффективнее и дешевле.
- Улучшение процесса позволяет тестировать десятки образцов из канализации и очистных сооружений каждый день, а не только горстку.
- Быстрое тестирование сточных вод также может использоваться для обнаружения и отслеживания других вирусных вспышек в будущем.
На раннем этапе пандемии ученые обратились к сточным водам как к системе предупреждения о вспышках COVID-19. Тестирование проб сточных вод на наличие вируса оказалось полезным для выделения здания или территории, где уже присутствует COVID-19, даже если носители протекают бессимптомно. Метод был реализован повсюду, от колледжей до местных сообществ.
Но у этого метода есть один существенный недостаток: его скорость. Теперь команда Медицинского факультета Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD) нашла способ ускорить процесс обнаружения и быстрее предоставлять точные данные.
Первоначальный процесс был медленным, потому что образцы сточных вод или сточных вод разбавлены и должны быть сконцентрированы, что требует многих шагов и требует большого количества ресурсов, говорит Verywell Смрути Картикеян, доктор философии, инженер-эколог и научный сотрудник Медицинской школы UCSD. Картикеян - ведущий автор отчета о процессе, опубликованного в этом месяце в журнале.mSystems.
Ускорение процесса
В отличие от носового тампона, который берет небольшой образец слизи, образец сточной воды из канализации или очистных сооружений разбавляется после того, как пролился на все остальное, что попало в канализацию.
Образцы сточных вод необходимо концентрировать, чтобы было легче найти SARS-CoV-2, вирус, вызывающий COVID-19, если он присутствует. Но требовался более быстрый способ сконцентрировать эти образцы и найти РНК вируса. Исследователи были особенно заинтересованы в поиске метода, который можно было бы применять одновременно на многих образцах и получать точные результаты в тот же день.
Чтобы ускорить процесс, Картикеян и ее команда обратились к роботам, которые уже были у нее в лаборатории. До начала пандемии ее исследования были сосредоточены на микробиоме кишечника - области исследований, которая также включает изучение образцов сточных вод. Изменяя эту систему, они смогли быстро извлечь РНК из образцов сточных вод и запустить полимеразную цепную реакцию (ПЦР) для поиска генов-сигнатур COVID-19.
В системах, ранее использовавшихся для наблюдения за сточными водами, пробы воды концентрировались с использованием методов фильтрации или осаждения, что требовало времени и значительных ресурсов для проведения испытаний.
Вместо этого в этой высокопроизводительной системе используются магнитные шарики, которые преимущественно связываются с частицами вируса, объясняет Картикеян. Затем роботизированный процессор собирает шарики с помощью магнитной головки, оставляя все остальное позади.
«Таким образом вы выбираете только вирус, а не забираете весь мусор», - говорит она. «Это увеличивает ваши шансы найти вирус даже в разбавленной системе». Затем концентрированные образцы тестируются на наличие трех разных генных мишеней в геноме COVID-19 с помощью ПЦР-тестирования.
Что такое высокопроизводительный скрининг?
При высокопроизводительном скрининге используется автоматизированное оборудование для быстрого тестирования тысяч и миллионов образцов на биологическую активность на уровне организма, клетки, пути или молекулярного уровня.
Усовершенствованная система значительно увеличивает скорость тестирования.
«[Раньше] я не мог делать больше 10 образцов в день. Мне потребовались часы, чтобы сделать то же самое », - говорит Картикеян. «Благодаря этому мы можем сделать 120 образцов за 4,5 часа с момента получения образца до фактического обнаружения ПЦР».
Она добавляет, что у этого процесса есть дополнительное преимущество, заключающееся в том, что он дешевле, поскольку для его проведения требуется меньше ресурсов и меньше людей. Тестирование может проводиться на образцах сточных вод объемом до 10 миллилитров.
Точность результатов этим методом также высока. Согласно заявлению Медицинской школы Калифорнийского университета в США, быстрое тестирование позволяет исследователям предсказать, что будет происходить с распространением COVID-19 на неделю вперед с хорошей точностью и на три недели вперед с достаточной точностью.
Что это значит для вас
Надзор за сточными водами на COVID-19 - это напоминание о том, что вирус может распространяться даже тогда, когда у людей нет симптомов. Чтобы обезопасить себя и свое сообщество, важно постоянно соблюдать необходимые меры предосторожности, такие как ношение маски, социальное дистанцирование и мытье рук.
История успеха
Тестирование сточных вод из общежитий и других зданий в UCSD ведется с июля 2020 года. Команда во главе с Робом Найтом, доктором философии, профессором и директором Центра инноваций микробиома в UCSD, обнаружила метод.
Через месяц после того, как школа начала обследование сточных вод, они обнаружили положительный бессимптомный случай, и университет смог разослать оповещения людям в пострадавших зданиях. Это способствовало целевому тестированию отдельных лиц в определенной области, а не попыткам проверить всех в университетском городке. Результаты проверки теперь доступны на публичной панели управления.
Другие университеты, такие как Университет Аризоны, используют тестирование сточных вод для отслеживания распространения COVID-19. Нью-Йорк даже отслеживает COVID-19 в образцах из 14 очистных сооружений.
Система UCSD позволяет быстро исследовать больше образцов воды, давая представителям общественного здравоохранения возможность взглянуть на распространение вируса до того, как люди могут заболеть клинически. «Я не думаю, что кто-то делает это в таком масштабе», - говорит Картикеян.
Система, используемая в UCSD, может обнаружить даже один случай COVID-19 в здании с более чем 400 жителями. По словам Картикеян, в молодом населении, таком как студенчество Университета Калифорнии, инфицированные люди часто протекают бессимптомно, но все еще распространяют вирус. К тому времени, когда бессимптомный носитель превращается в симптоматику или передает вирус кому-то, у кого проявляются симптомы инфекции, вирус мог распространиться экспоненциально.
Картикеян и ее коллеги в настоящее время исследуют образцы сточных вод в округе Сан-Диего. Станция очистки сточных вод в Пойнт-Лома обрабатывает сточные воды для более чем 2,2 миллиона человек, что позволяет собирать пробы в одном месте для всей зоны обслуживания. Сложно и дорого проводить тестирование на вирус среди всего населения, но использование тестирования сточных вод в качестве метода наблюдения позволяет должностным лицам общественного здравоохранения сузить круг областей, в которых тестирование имеет решающее значение.
Округ Сан-Диего хочет, чтобы команда UCSD не только обнаружила вирус, но и секвенировала геном вируса, чтобы увидеть, какие варианты вируса могут циркулировать, говорит Картикеян. «Теперь мы собираемся провести крупномасштабное секвенирование генома», - добавляет она.
Картикеян говорит, что этот тип наблюдения за сточными водами может быть адаптирован для наблюдения за любыми вирусами, которые выделяются с фекалиями, добавляя, что он может быть использован во многих типах эпидемий инфекционных заболеваний и может помочь выявить будущие пандемии на более раннем этапе.
