Erik Jepsen
Viktige takeaways
- Testing av avløpsvann for COVID-19 er en effektiv måte å spore potensielle utbrudd.
- Takket være en forbedret metode kan denne typen overvåking gjøres raskere, mer effektivt og billigere.
- Forbedringen i prosessen gjør at dusinvis av prøver fra kloakk og kloakkrenseanlegg kan testes hver dag i stedet for bare en håndfull.
- Rask avløpsvannstesting kan også brukes til å oppdage og spore andre virale utbrudd i fremtiden.
Tidlig i pandemien vendte forskere seg mot avløpsvann som et varslingssystem for COVID-19-utbrudd. Testing av avløpsvannprøver for tilstedeværelse av viruset har vist seg å være nyttig for å utpeke en bygning eller et område der COVID-19 allerede er tilstede, til og med hvis bærere er asymptomatiske. Metoden er implementert overalt fra høyskoler til lokalsamfunn.
Men denne metoden har en betydelig feil: dens hastighet. Nå har et team ved University of California i San Diego (UCSD) School of Medicine funnet en måte å øke oppdagelsesprosessen og gi nøyaktige data raskere.
Den opprinnelige prosessen var treg fordi prøver av avløpsvann eller kloakk er fortynnet og må konsentreres, noe som tar mange trinn og bruker mange ressurser, forteller Smruthi Karthikeyan, PhD, miljøingeniør og postdoktor ved UCSD School of Medicine, til Verywell. Karthikeyan er hovedforfatter på en rapport om prosessen som ble publisert denne måneden i tidsskriftetmSystems.
Fremskynde prosessen
I motsetning til en nesepinne, som tar en liten slimprøve, blir en avløpsvannprøve fra et kloakk eller kloakkrenseanlegg fortynnet etter å ha løsnet med alt annet som gikk i avløpet.
Avløpsprøver må konsentreres slik at SARS-CoV-2, viruset som forårsaker COVID-19, hvis det er tilstede, er lettere å finne. Men det var behov for en raskere metode for å konsentrere disse prøvene og finne RNA fra viruset. Forskere var spesielt interessert i å finne en metode som kunne gjøres samtidig på mange prøver og kunne levere nøyaktige resultater samme dag.
For å få fortgang i prosessen, vendte Karthikeyan og teamet henne til noe robotassistanse hun allerede hadde i laboratoriet sitt. Før pandemien startet, fokuserte hennes forskning på tarmmikrobiomet, et studieområde som også innebærer å undersøke kloakkprøver. Ved å modifisere dette systemet, var de i stand til raskt å ekstrahere RNA fra avløpsvannprøvene og kjøre en polymerasekjedereaksjon (PCR) for å søke etter signaturgener fra COVID-19.
I systemer som tidligere ble brukt for overvåking av avløpsvann, ble vannprøvene konsentrert ved hjelp av filtrerings- eller nedbørsmetoder, noe som tok tid og mange ressurser å kjøre tester.
I stedet bruker dette høyt gjennomstrømmingssystemet magnetiske perler som fortrinnsvis knytter seg til biter av viruset, forklarer Karthikeyan. Robotprosessoren henter deretter perlene ved hjelp av et magnetisk hode og lar alt annet ligge igjen.
"På denne måten velger du bare viruset og ikke henter alt søppelet," sier hun. "Det øker sjansene dine for å finne viruset selv i et fortynnet system." De konsentrerte prøvene blir deretter testet for tre forskjellige genmål på COVID-19 genomet ved hjelp av PCR-testing.
Hva er screening med høy gjennomstrømning?
Screening med høy gjennomstrømning bruker automatisk utstyr for raskt å teste tusenvis til millioner av prøver for biologisk aktivitet på organismen, mobilnettet, banen eller molekylært nivå.
Det forbedrede systemet øker hastigheten på testing.
“[Tidligere] Jeg kunne ikke gjøre mer enn ti prøver på en dag. Det tok meg timer å gjøre det samme, sier Karthikeyan. "Med dette kan vi gjøre 120 prøver på 4,5 timer fra mottak av prøven til den faktiske PCR-deteksjonen."
Denne prosessen har den ekstra fordelen av å være billigere, siden det krever færre ressurser og færre mennesker til å kjøre testingen, legger hun til. Testingen kan gjøres på avløpsprøver så lite som 10 ml i volum.
Nøyaktigheten av resultatene med denne metoden er også høy. Rask testing lar forskerne forutsi hva som vil skje med spredningen av COVID-19 en uke i forveien med god nøyaktighet og tre uker i forveien med god nøyaktighet, ifølge en uttalelse fra UCSD School of Medicine.
Hva dette betyr for deg
Avløpsovervåking for COVID-19 er en påminnelse om at viruset kan spre seg selv når individer ikke opplever symptomer. Det er viktig å fortsette å ta de nødvendige sikkerhetsforanstaltninger som å bære en maske, sosial distansering og vaske hendene for å holde deg selv og samfunnet trygt.
En suksesshistorie
Testing av avløpsvann fra sovesaler og andre bygninger ved UCSD har pågått siden juli 2020. Et team ledet av Rob Knight, PhD, professor og direktør for Center for Microbiome Innovation ved UCSD, oppdaget teknikken.
En måned etter at skolen begynte å undersøke avløpsvann, oppdaget de et positivt symptomfritt tilfelle, og universitetet var i stand til å sende ut varsler til folk i de berørte bygningene. Dette lette målrettet testing av enkeltpersoner i et gitt område i stedet for å prøve å teste alle på campus. Screeningsresultatene er nå tilgjengelig på et offentlig dashbord.
Andre universiteter, som University of Arizona, bruker avløpsvannstesting for å spore spredningen av COVID-19. New York City overvåker til og med COVID-19 i prøver fra sine 14 avløpsanlegg.
UCSD-systemet gjør at flere vannprøver kan testes raskt, noe som gir folkehelsepersonell en titt på spredningen av viruset før folk kan være klinisk syke. "Jeg tror ikke noen gjør det på en skala som denne," sier Karthikeyan.
Systemet som brukes på UCSD kan oppdage til og med bare ett tilfelle av COVID-19 i en bygning med mer enn 400 beboere. I en ung befolkning, for eksempel studentmassen ved UCSD, er smittede mennesker ofte asymptomatiske, men kaster fortsatt viruset, sier Karthikeyan. Når en asymptomatisk bærer blir symptomatisk eller sprer viruset til noen som viser symptomer på infeksjon, kan viruset ha spredt seg eksponentielt.
Karthikeyan og hennes kolleger tester for øyeblikket avløpsvannprøver for San Diego County. Avløpsrenseanlegget på Point Loma behandler kloakk for mer enn 2,2 millioner mennesker, slik at det kan samles prøver på ett sted for hele tjenesteområdet. Det er vanskelig og dyrt å utføre test for viruset på hele befolkningen, men bruk av avløpsvannstesting som en overvåkningsteknikk gjør det mulig for helsepersonell å begrense områdene der testing er avgjørende.
San Diego County vil at UCSD-teamet ikke bare skal oppdage viruset, men også sekvensere virusgenomet for å se hvilke varianter av viruset som kan sirkulere, sier Karthikeyan. "Nå skal vi gjøre storskala genom-sekvensering," legger hun til.
Denne typen overvåking av avløpsvann kan tilpasses for å utføre overvåking av virus som blir kastet i avføring, sier Karthikeyan og legger til at det kan brukes i mange typer epidemier av smittsom sykdom og kan bidra til å oppdage fremtidige pandemier tidligere.
