Erik Jepsen
Kľúčové jedlá
- Testovanie odpadovej vody pre COVID-19 je efektívnym spôsobom na sledovanie potenciálnych ohnísk.
- Vďaka vylepšenej metóde je možné tento typ sledovania vykonávať rýchlejšie, efektívnejšie a lacnejšie.
- Vylepšenie procesu umožňuje testovať desiatky vzoriek z kanalizácie a čistiarní odpadových vôd každý deň, a to nielen za hrsť.
- Rýchle testovanie odpadových vôd sa môže použiť aj na detekciu a sledovanie ďalších vírusových prepuknutí v budúcnosti.
Na začiatku pandémie sa vedci obrátili na odpadovú vodu ako varovný systém pre prepuknutie nákazy vírusom COVID-19. Testovanie vzoriek odpadových vôd na prítomnosť vírusu sa osvedčilo pri vyčlenení budovy alebo oblasti, kde je už COVID-19, dokonca aj ak sú nosiče bez príznakov. Metóda bola implementovaná všade od vysokých škôl až po miestne komunity.
Ale táto metóda má jednu významnú chybu: svoju rýchlosť. Tím lekárskej fakulty Kalifornskej univerzity v San Diegu (UCSD) teraz našiel spôsob, ako urýchliť proces detekcie a rýchlejšie poskytovať presné údaje.
Pôvodný proces bol pomalý, pretože vzorky odpadových vôd alebo odpadových vôd sa zriedia a musia sa koncentrovať, čo vyžaduje veľa krokov a využitie dostatku zdrojov, hovorí Verywell Smruthi Karthikeyan, PhD, environmentálny inžinier a postdoktorandský výskumník na UCSD School of Medicine. Karthikeyan je hlavným autorom správy o postupe zverejnenej tento mesiac v časopisemSystémy.
Urýchlenie procesu
Na rozdiel od výteru z nosa, ktorý odoberá malú vzorku hlienu, sa vzorka odpadovej vody z kanalizácie alebo z čističky odpadových vôd zriedi po tom, ako sa vrhla na všetko ostatné, čo odišlo do odtoku.
Vzorky odpadových vôd je potrebné koncentrovať, aby sa dal ľahšie nájsť SARS-CoV-2, vírus, ktorý spôsobuje COVID-19, ak je prítomný. Ale bola tu potreba rýchlejšej metódy na koncentráciu týchto vzoriek a nájdenie RNA z vírusu. Vedci sa osobitne zaujímali o nájdenie metódy, ktorá by sa dala vykonať súčasne na mnohých vzorkách a mohla by poskytnúť presné výsledky v rovnaký deň.
Na urýchlenie procesu sa Karthikeyan a jej tím obrátili na robotickú pomoc, ktorú už mala vo svojom laboratóriu. Pred začiatkom pandémie sa jej výskum zameral na črevný mikrobióm, oblasť štúdia, ktorá zahŕňa aj skúmanie vzoriek odpadových vôd. Úpravou tohto systému boli schopní rýchlo extrahovať RNA zo vzoriek odpadových vôd a spustiť polymerázovú reťazovú reakciu (PCR) na hľadanie podpisových génov COVID-19.
V systémoch, ktoré sa predtým používali na sledovanie odpadových vôd, sa vzorky vody koncentrovali pomocou filtračných alebo zrážacích metód, čo si vyžadovalo čas a množstvo zdrojov na vykonanie testov.
Namiesto toho tento vysokovýkonný systém využíva magnetické guľôčky, ktoré sa prednostne spájajú s kúskami vírusu, vysvetľuje Karthikeyan. Robotický procesor potom pomocou magnetickej hlavy zdvihne guľôčky a všetko ostatné nechá za sebou.
"Týmto spôsobom vyberiete iba vírus a nezachytíte všetky haraburdy," hovorí. "Zvyšuje to tvoju šancu na nájdenie vírusu aj v zriedenom systéme." Koncentrované vzorky sa potom testujú na tri rôzne génové ciele v genóme COVID-19 pomocou testovania PCR.
Čo je vysokovýkonný skríning?
Vysokovýkonný skríning využíva automatizované zariadenie na rýchle testovanie biologickej aktivity na organizme, bunkách, dráhach alebo molekulárnych úrovniach tisícov až miliónov vzoriek.
Vylepšený systém výrazne zvyšuje rýchlosť testovania.
"[Predtým] nemohol som urobiť viac ako 10 vzoriek za deň. Trvalo mi hodiny, kým som urobil to isté, “hovorí Karthikeyan. "S týmto dokážeme urobiť 120 vzoriek za 4,5 hodiny od prijatia vzorky po skutočnú detekciu PCR."
Dodáva, že tento proces má ďalšiu výhodu v tom, že je lacnejší, pretože vyžaduje menej zdrojov a menej ľudí na spustenie testovania. Testovanie je možné vykonať na vzorkách odpadových vôd s objemom len 10 mililitrov.
Presnosť výsledkov pri tejto metóde je tiež vysoká. Rýchle testovanie umožňuje vedcom predpovedať, čo sa bude diať s rozšírením COVID-19 týždeň vopred s dobrou presnosťou a tri týždne vopred so spravodlivou presnosťou, uvádza sa vo vyhlásení lekárskej fakulty UCSD.
Čo to pre vás znamená
Sledovanie odpadových vôd pre COVID-19 je pripomienkou, že vírus sa môže šíriť, aj keď jednotlivci nepociťujú príznaky. Je dôležité neustále prijímať potrebné bezpečnostné opatrenia, ako je nosenie masky, spoločenské dištancovanie sa a umývanie rúk, aby ste boli v bezpečí seba i svoju komunitu.
Príbeh o úspechu
Testovanie odpadových vôd z internátov a iných budov na UCSD prebieha od júla 2020. Techniku objavil tím vedený PhD. Robom Knightom, profesorom a riaditeľom Centra pre inováciu mikrobiómov na UCSD.
Mesiac po tom, čo škola začala zisťovať odpadové vody, zistili pozitívny bezpríznakový prípad a univerzita dokázala rozposielať varovania ľuďom v postihnutých budovách. To uľahčilo cielené testovanie jednotlivcov v danej oblasti, a nie pokus o testovanie všetkých na akademickej pôde. Výsledky skríningu sú teraz k dispozícii na verejnom paneli.
Ostatné univerzity, napríklad Arizonská univerzita, používajú na sledovanie šírenia COVID-19 testovanie odpadových vôd. New York City dokonca monitoruje COVID-19 vo vzorkách zo svojich 14 čistiarní odpadových vôd.
Systém UCSD umožňuje rýchle testovanie väčšieho množstva vzoriek vody, čo dáva predstaviteľom verejného zdravotníctva pohľad na šírenie vírusu skôr, ako môžu byť ľudia klinicky chorí. "Nemyslím si, že to niekto robí v takomto rozsahu," hovorí Karthikeyan.
Systém používaný na UCSD dokáže detekovať čo i len jeden prípad COVID-19 v budove s viac ako 400 obyvateľmi. U mladej populácie, ako je napríklad študentský inštitút na UCSD, sú infikovaní ľudia často bez príznakov, ale stále sa vírusom zbavujú, tvrdí Karthikeyan. V čase, keď sa asymptomatický nosič stane symptomatickým alebo rozšíri vírus na niekoho, kto vykazuje príznaky infekcie, mohol sa vírus šíriť exponenciálne.
Karthikeyan a jej kolegovia v súčasnosti testujú vzorky odpadových vôd pre okres San Diego. Čistiareň odpadových vôd v Point Loma spracováva odpadové vody pre viac ako 2,2 milióna ľudí, čo umožňuje odber vzoriek na jednom mieste pre celú oblasť služieb. Je ťažké a nákladné vykonať testovanie na vírus u celej populácie, ale použitie testovania odpadových vôd ako techniky sledovania umožňuje pracovníkom verejného zdravotníctva zúžiť oblasti, v ktorých je testovanie rozhodujúce.
Okres San Diego chce, aby tím UCSD nielen detekoval vírus, ale aj sekvenoval vírusový genóm, aby zistil, ktoré varianty vírusu môžu cirkulovať, hovorí Karthikeyan. „Teraz urobíme rozsiahle sekvenovanie genómu,“ dodáva.
Tento typ sledovania odpadových vôd je možné prispôsobiť tak, aby vykonával sledovanie každého vírusu, ktorý sa vylučuje vo výkaloch, hovorí Karthikeyan a dodáva, že by sa mohol použiť pri mnohých druhoch epidémií infekčných chorôb a mohol by pomôcť odhaliť budúce pandémie skôr.
