Erik Jepsen
Viktiga takeaways
- Testning av avloppsvatten för COVID-19 är ett effektivt sätt att spåra potentiella utbrott.
- Tack vare en förbättrad metod kan denna typ av övervakning göras snabbare, mer effektivt och billigare.
- Förbättringen av processen gör att dussintals prover från avlopp och reningsverk kan testas varje dag snarare än bara en handfull.
- Snabbt avloppsvattentestning kan också användas för att upptäcka och spåra andra virusutbrott i framtiden.
Tidigt i pandemin vände forskare sig till avloppsvatten som ett varningssystem för COVID-19-utbrott. Testning av avloppsvattenprover för förekomst av viruset har visat sig vara användbart för att utse en byggnad eller ett område där COVID-19 redan finns, även om bärare är asymptomatiska. Metoden har implementerats överallt från högskolor till lokala samhällen.
Men den här metoden har en betydande brist: dess hastighet. Nu har ett team vid University of California i San Diego (UCSD) School of Medicine hittat ett sätt att påskynda detekteringsprocessen och tillhandahålla korrekta data snabbare.
Den ursprungliga processen var långsam eftersom prover av avloppsvatten eller avloppsvatten späds ut och måste koncentreras, vilket tar många steg och använder mycket resurser, säger Smruthi Karthikeyan, doktor, miljöingenjör och postdoktor vid UCSD School of Medicine, till Verywell. Karthikeyan är huvudförfattaren till en rapport om processen som publicerades i månaden i tidskriftenmSystems.
Påskynda processen
Till skillnad från en näspinne, som tar ett litet slemprov, späds ett avloppsprov från en avlopps- eller avloppsreningsanläggning efter att ha slosats med allt annat som gick ner i avloppet.
Avloppsvattenprover måste koncentreras så att SARS-CoV-2, det virus som orsakar COVID-19, om det finns, är lättare att hitta. Men det fanns ett behov av en snabbare metod för att koncentrera dessa prover och hitta RNA från viruset. Forskare var särskilt intresserade av att hitta en metod som kunde göras samtidigt på många prover och som kunde leverera korrekta resultat samma dag.
För att påskynda processen vände sig Karthikeyan och hennes team till lite robothjälp som hon redan hade i sitt laboratorium. Innan pandemin började fokuserade hennes forskning på tarmmikrobiomet, ett studieområde som också omfattar undersökning av avloppsprover. Genom att modifiera det systemet kunde de snabbt extrahera RNA från avloppsproverna och köra en polymeraskedjereaktion (PCR) för att söka efter signaturgener för COVID-19.
I system som tidigare använts för övervakning av avloppsvattnet koncentrerades vattenproverna med hjälp av filtrerings- eller utfällningsmetoder, vilket tog tid och många resurser att testa.
Istället använder detta högkapacitetssystem magnetiska pärlor som företrädesvis länkar till virusbitar, förklarar Karthikeyan. Robotprocessorn plockar sedan upp pärlorna med ett magnetiskt huvud och lämnar allt annat bakom sig.
"På det här sättet väljer du bara viruset och inte tar upp allt skräp", säger hon. "Det ökar dina chanser att hitta viruset även i ett utspätt system." De koncentrerade proverna testas sedan för tre olika genmål på COVID-19 genomet med PCR-testning.
Vad är screening med hög kapacitet?
Screening med hög kapacitet använder automatiserad utrustning för att snabbt testa tusentals till miljontals prover för biologisk aktivitet på organismen, cellulär, vägen eller molekylär nivå.
Det förbättrade systemet ökar testhastigheten avsevärt.
”[Tidigare] Jag kunde inte göra mer än tio prover på en dag. Det tog timmar att göra samma sak, säger Karthikeyan. "Med detta kan vi göra 120 prover på 4,5 timmar från mottagandet av provet till den faktiska PCR-detekteringen."
Denna process har den extra fördelen att det är billigare eftersom det kräver färre resurser och färre människor för att köra testet, tillägger hon. Testningen kan göras på avloppsvattenprover så små som 10 ml i volym.
Noggrannheten i resultaten med denna metod är också hög. Snabbtestning gör det möjligt för forskarna att förutsäga vad som kommer att hända med spridningen av COVID-19 en vecka i förväg med god noggrannhet och tre veckor i förväg med rättvis noggrannhet, enligt ett uttalande från UCSD School of Medicine.
Vad detta betyder för dig
Avloppsvattenövervakning för COVID-19 är en påminnelse om att viruset kan spridas även när individer inte upplever symtom. Det är viktigt att du fortsätter att vidta nödvändiga säkerhetsåtgärder som att bära en mask, socialt distansera och tvätta händerna för att skydda dig själv och ditt samhälle.
En framgångshistoria
Testning av avloppsvatten från sovsalar och andra byggnader vid UCSD har pågått sedan juli 2020. Ett team ledt av Rob Knight, doktor, professor och chef för Center for Microbiome Innovation vid UCSD, upptäckte tekniken.
En månad efter att skolan började övervaka avloppsvattnet upptäckte de ett positivt symptomfritt och universitetet kunde skicka varningar till människor i de drabbade byggnaderna. Detta underlättade riktad testning av individer i ett visst område snarare än att försöka testa alla på campus. Screeningsresultaten görs nu tillgängliga på en offentlig instrumentpanel.
Andra universitet, som University of Arizona, använder avloppsvattentestning för att spåra spridningen av COVID-19. New York City övervakar till och med COVID-19 i prover från sina 14 avloppsreningsverk.
UCSD-systemet gör att fler vattenprover kan testas snabbt, vilket ger folkhälsomyndigheterna en titt på virusets spridning innan människor kan vara kliniskt sjuka. "Jag tror inte att någon gör det i en skala som den här", säger Karthikeyan.
Systemet som används vid UCSD kan upptäcka till och med bara ett fall av COVID-19 i en byggnad med mer än 400 invånare. I en ung befolkning, som studentkroppen vid UCSD, är smittade människor ofta asymptomatiska, men kasta fortfarande viruset, säger Karthikeyan. När en asymptomatisk bärare blir symptomatisk eller sprider viruset till någon som visar symtom på infektion, kan viruset ha spridit sig exponentiellt.
Karthikeyan och hennes kollegor testar för närvarande avloppsprover för San Diego County. Avloppsreningsanläggningen vid Point Loma bearbetar avloppsvatten för mer än 2,2 miljoner människor, så att prover kan samlas in på en plats för hela serviceområdet. Det är svårt och dyrt att testa viruset på hela befolkningen, men att använda avloppsvattentestning som en övervakningsteknik gör det möjligt för folkhälsoombud att begränsa de områden där testning är avgörande.
San Diego County vill att UCSD-teamet inte bara ska upptäcka viruset utan också sekvensera virusgenomet för att se vilka varianter av viruset som kan cirkulera, säger Karthikeyan. "Nu ska vi göra storskalig genom-sekvensering", tillägger hon.
Denna typ av avloppsvattenövervakning kan anpassas för att utföra övervakning av alla virus som avges i avföring, säger Karthikeyan och tillägger att det kan användas i många typer av epidemier av infektionssjukdomar och kan hjälpa till att upptäcka framtida pandemier tidigare.
-is-diagnosed.jpg)
