Hur avloppstestning kan hjälpa till att stoppa COVID-19-community-spridning

Smederevac / Getty

Viktiga takeaways

• COVID-19-viruspartiklar upptäcktes under rutinmässig testning av avloppsvatten på sovsalarna vid University of Arizona.
• Skolan följde omedelbart upp genom att testa studenter och personal och identifierade två personer som var positiva för COVID-19 men som inte hade symtom.
• Historien fick folk att undra varför fler samhällen inte testar urin och avföring för COVID-19.
• Experter säger att testsystemet redan är överbelastat och att lägga till ytterligare prover skulle bara öka den tröga resultathastigheten.

Medan man regelbundet testade sovsavlopp upptäckte University of Arizona SARS-CoV-2, viruset som orsakar COVID-19, i proverna. Universitetet svarade med omedelbara åtgärder för att stoppa ett potentiellt utbrott, men berättelsen väckte frågor om varför urin- och avföringsprover ännu inte har lagts till i testalternativen för COVID-19.

"Det här är faktiskt ganska nytt", säger Aaron Peacock, doktor, chef för molekylärbiologi vid Microbac Laboratories, Inc, till Verywell. "Det har egentligen inte gjorts regelbundet ... de flesta av dessa företag som gör avloppsvatten [testar] är våra energiföretag, så de är i städer eller län, eller de är distriktsdistrikt, och de ' är kraftigt reglerade. ”

Peacock var inte inblandad i testning av University of Arizona's dorm avloppsvatten, men Microbac Laboratories arbetar för närvarande med andra högskolor och universitet för att testa sitt avloppsvatten för SARS-CoV-2 viralantal.

Företaget arbetar också med vissa städer och kommuner som har tilldelat finansiering för SARS-CoV-2-testning. Peacock säger att avloppsvattentestning under en pandemi - och i övrigt - kan komplettera andra testmetoder för att ge campus, företag och samhällen en större bild av de framtida problemen.

Övervakning av trender för samhällsinfektioner

Att testa avloppsprover för COVID-19-virusantal är annorlunda än att testa en person i taget. Olika modeller och algoritmer kan hjälpa till att övervaka ett allmänt antal aktiva infektioner i ett område, och data kan hjälpa till att informera en gemenskap om huruvida infektionsfall går upp, går ner eller förblir desamma.

"Om du tittar på det här sättet är du uppe i en ballong på 10 000 fot och tittar ner på skogen och ger dig en övergripande uppfattning om vad som händer i skogen. Men när du testar enskilda människor testar du enskilda träd, säger Peacock.

Peacock säger att SARS-CoV-2 kan kasta i en persons avföring innan de har symtom.

"Det är en slags förbud mot vad som kan komma ner för gädda för aktiva infektioner", säger han.

Enligt den logiken kan detektering av viruspartiklar i avloppsvatten hjälpa samhällen att identifiera COVID-19-fall tidigare, vilket är vad som hände vid University of Arizona.

Skolans centrum för hållbar teknik för vatten och energi testade avloppsvatten från bostadshus under den första veckan med personliga lektioner. De hittade närvaron av SARS-CoV-2 i en sovsal. När de testade studenterna och personalen på den platsen identifierade de två individer som var positiva för viruset men inte hade symtom.

Som en del av campusens "Test, Trace, Treat" -strategi, var alla studenter tvungna att ha ett negativt antigentest innan de kunde flytta in på bostadshus, enligt ett uttalande från universitetet.

"Det handlar om timing här", säger Jagdish Khubchandani, doktor, MPH, MBBS, professor i folkhälsa vid New Mexico State University, till Verywell. "Jag tror att jag testar mig idag, förhoppningsvis - och troligtvis - att jag är negativ. Men du lämnar mig ensam i tre dagar. På några dagar kan jag ha gått till den lokala livsmedelsbutiken eller träffat några människor och jag blev smittad. ”

Fånga fall före symtom

Enligt forskning från Johns Hopkins Medicine, när en person testas i de tidiga dagarna av en COVID-19-infektion, kan resultatet ge ett falskt negativt.

För studien, som publicerades iAnnaler för internmedicindata från 1330 prover som genomgick testning av omvänd transkriptas-polymeraskedjereaktion (RT-qPCR) granskades. Forskarna beräknade dagligen falskt negativa priser med hjälp av testresultaten och det rapporterade infektionsdatumet eller när symtomen uppstod.

Enligt deras uppskattningar var individer som testades för viruset under de fyra dagarna efter att de smittats 67% mer benägna att testa negativa och får därför falskt negativa. Testet visade sig vara mer exakt åtta dagar efter infektion, men även då var den falskt positiva andelen 20%.

"Även när jag blir smittad", förklarar Khubchandani hypotetiskt, "initialt under de första 7 till 10 dagarna - eller till och med två veckor för vissa människor - har jag inga symtom, men jag fortsätter fortfarande att kasta viruset."

University of Arizona flyttade de två studenterna som testade positivt för COVID-19 från bostadshallen till karantän. Studenterna kommer att fortsätta lektionerna online tills de säkert kan återvända till sovsalar och personliga studier.

Efter att eleverna hade satts i karantän testade skolans vatten- och energisystem för hållbar teknik dormens avloppsvatten igen och fann inga spår av viruset.

Om viruset sprids i kroppsavfall och potentiellt kan användas för att upptäcka koronavirus tidigare än COVID-19-tester som nasofaryngeal pinne, varför testar inte fler skolor och samhällen urin- och fekalprover?

"Urinanalys skulle utgöra ytterligare steg och börda för testning", säger Khubchandani. Eftersom testströmningar och förseningar från eftersläkta laboratorier redan är ett problem, skulle testning av kroppsavfall för individer vara en ytterligare utmaning.

Hur man testar avloppsvatten för COVID-19

Peacock förklarar att Microbac Laboratories får ett representativt prov på ett av två sätt. Det första är vad som kallas ett griptest, där ett slumpmässigt prov samlas in. Det andra är ett sammansatt test, där ett instrument sätts på plats för att samla upp avloppsvatten var 15: e eller 20: e minut.

Därefter justeras provets pH så att viruspartiklarna fastnar vid andra partiklar, vilket underlättar filtrering. Därefter extraheras nukleinsyror och potentiellt virus-RNA och ett RT-qPCR-test utförs. Testet "förändrar RNA till det komplementära DNA", säger Peacock. "Och sedan läses det kompletterande DNA av vårt instrument."

RT-qPCR

RNA omvandlas till komplementärt DNA, en syntetisk form av DNA tillverkad av en RNA-mall. Testet har många tillämpningar, från genetik till klinisk forskning.

RT-qPCR-testet är samma analys som används för prover som samlats in från nasofaryngeala pinnprover. Du behöver dock ett annat mått för testning av avloppsvatten. Microbac testar också med avseende på peppermildt fläckvirus (PMMoV).

"Det är typ av det vanligaste virusrelaterade viruset i avloppsvatten", säger Peacock. Det har också använts för att testa vattenkvaliteten. "Du kan använda den PMMoV för att informera dig om hur mycket mänskligt avfall som finns i avloppsvattnet vid varje given tidpunkt", säger Peacock och citerar behovet av att skilja från mänsklig insats och industriell insats. "Och sedan kan du använda det för att soffa dina resultat för dina SARS-CoV-2-nummer."

Testa bortom sovsalar

"Företag, industrier, fabriker och arbetsplatser kan vara bra ställen för att bedöma virusets belastning", säger Khubchandani. Under de första månaderna av pandemin blev köttpackningsväxter till exempel COVID-19 hotspots för utbrott. Kontroll av förekomsten av viruset i en anläggnings avloppsvatten kan bidra till att förhindra framtida utbrott.

Jagdish Khubchandani, doktor, MPH, MBBS

Jag tror att det jag måste betona är att vår största utmaning med att testa avloppsvatten eller människor är: hur översätter du det till allmän anpassning?

Städer kan också använda testningen för att samla in data från olika underavsnitt i en gemenskap. "Var du än har en hissstation (en pumphus) eller ett område där vattnet samlas - [oavsett om det är för ett kvarter eller för en gymnasium - kan du testa det", säger Peacock.

Med detta sagt kan finansiering och byråkrati fortfarande vara ett hinder. ”I en större samhällssituation finns det massor av extra utgifter för att berika provet för att få rätt typ av virusbelastning. Och många städer kanske inte har sådana typer av resurser. ” Säger Khubchandani.

Khubchandani tar också upp en annan viktig faktor för att samla in data. "Jag tror att det jag måste betona är att vår största utmaning med att testa avloppsvatten eller människor är: hur översätter du det till allmän anpassning?"

Om ett samhälle upptäcker en hög belastning på COVID-19 genom avloppstestning, måste mer aggressiva sociala distanseringsåtgärder och testning av individer inom det samhället ske.Khubchandani tillägger att uppgifterna i slutändan är ”bara användbara om det finns en realtidsbedömning och gemenskapsåtgärder som styrs av den bedömningen.”

Vad detta betyder för dig

Medan ditt samhälle kanske inte testar sitt avlopp för COVID-19 när som helst, är historien från University of Arizona en påminnelse om att viruset kan spridas även när du inte har symtom. Att fortsätta att vidta lämpliga försiktighetsåtgärder för social avstånd, bära din mask och utöva effektiv handhygien är fortfarande de bästa sätten att skydda dig, din familj och ditt samhälle.