Erik Jepsen
Tärkeimmät takeaways
- Jäteveden testaus COVID-19: lle on tehokas tapa seurata mahdollisia tautipesäkkeitä.
- Parannetun menetelmän ansiosta tämän tyyppinen valvonta voidaan tehdä nopeammin, tehokkaammin ja halvemmalla.
- Prosessin parannuksen ansiosta kymmeniä näytteitä viemäreistä ja jätevedenpuhdistamoista voidaan testata päivittäin eikä vain kourallinen.
- Nopeaa jäteveden testausta voidaan käyttää myös muiden viruksen puhkeamisten havaitsemiseen ja seuraamiseen tulevaisuudessa.
Pandemian alkuvaiheessa tutkijat kääntyivät jäteveden varoitusjärjestelmäksi COVID-19-tautipesäkkeille.Jätevedenäytteiden testaus viruksen esiintymisen varalta on osoittautunut hyödylliseksi rakennuksen tai alueen valitsemisessa, jossa COVID-19 on jo läsnä, jopa jos kantajat ovat oireettomia. Menetelmä on toteutettu kaikkialla korkeakouluista paikallisiin yhteisöihin.
Mutta tällä menetelmällä on yksi merkittävä puute: sen nopeus. Nyt Kalifornian yliopiston San Diegon (UCSD) lääketieteellisen koulun ryhmä on löytänyt tavan nopeuttaa havaitsemisprosessia ja tuottaa tarkkoja tietoja nopeammin.
Alkuperäinen prosessi oli hidas, koska jätevedet tai jätevedet on laimennettu ja ne on keskitettävä, mikä vie monia vaiheita ja käyttää paljon resursseja, Smruthi Karthikeyan, PhD, ympäristöinsinööri ja tutkijatohtori UCSD: n lääketieteellisessä koulussa kertoo Verywellille. Karthikeyan on tässä kuussa lehdessä julkaistun prosessiraportin johtava kirjoittajamSystems.
Nopeuttaa prosessia
Toisin kuin nenätikku, joka ottaa pienen limanäytteen, viemäri- tai jätevedenpuhdistamosta peräisin oleva jäteveden näyte laimennetaan sen jälkeen, kun se on kaatunut kaikkeen muuhun viemäriin menneeseen.
Jätevedenäytteet on keskitettävä siten, että SARS-CoV-2, virus, joka aiheuttaa COVID-19: n, jos sitä on läsnä, on helpompi löytää. Mutta tarvittiin nopeampi menetelmä näiden näytteiden väkevöimiseksi ja viruksen RNA: n löytämiseksi. Tutkijat olivat erityisen kiinnostuneita löytämään menetelmä, joka voitaisiin tehdä samanaikaisesti useilla näytteillä ja joka voisi tuottaa tarkkoja, saman päivän tuloksia.
Nopeuttamaan prosessia Karthikeyan ja hänen tiiminsä kääntyivät robottiapuun, jota hänellä oli jo laboratoriossaan. Ennen pandemian alkua hänen tutkimuksensa keskittyi suolen mikrobiomiin, tutkimusalueeseen, johon kuuluu myös jätevesinäytteiden tutkiminen. Modifioimalla kyseistä järjestelmää he pystyivät nopeasti uuttamaan RNA: n jätevesinäytteistä ja suorittamaan polymeraasiketjureaktion (PCR) etsimään COVID-19: n allekirjoitusgeenejä.
Aikaisemmin jätevalvontaan käytetyissä järjestelmissä vesinäytteet konsentroitiin suodatus- tai saostusmenetelmillä, mikä vaati aikaa ja paljon resursseja testien suorittamiseen.
Sen sijaan tässä suuritehoisessa järjestelmässä käytetään magneettisia helmiä, jotka linkittävät ensisijaisesti viruksen bitteihin, Karthikeyan selittää. Sitten robottiprosessori poimii helmet magneettipään avulla, jättäen kaiken muun taakseen.
"Tällä tavalla valitset vain viruksen etkä poimi kaikkea roskaa", hän sanoo. "Se lisää mahdollisuuksiasi löytää virus myös laimeassa järjestelmässä." Konsentroiduista näytteistä testataan sitten kolme erilaista geenikohdetta COVID-19-genomissa PCR-testausta käyttäen.
Mikä on suuritehoinen seulonta?
Suuritehoinen seulonta testaa tuhansia miljoonia näytteitä nopeasti biologisen aktiivisuuden suhteen organismin, solun, reitin tai molekyylin tasolla automaattisilla laitteilla.
Parannettu järjestelmä lisää huomattavasti testauksen nopeutta.
"[Aiemmin] en voinut tehdä enempää kuin 10 näytettä päivässä. Minulla kesti tunteja tehdä sama asia ”, Karthikeyan kertoo. "Tämän avulla voimme tehdä 120 näytettä 4,5 tunnissa näytteen vastaanottamisesta todelliseen PCR-havaitsemiseen."
Tällä prosessilla on lisäetuna halvempi hinta, koska se vaatii vähemmän resursseja ja vähemmän ihmisiä testauksen suorittamiseen, hän lisää. Testaus voidaan tehdä jopa 10 millilitran tilavuudeltaan jätevesinäytteille.
Tulosten tarkkuus tällä menetelmällä on myös korkea. Nopea testaus antaa tutkijoille mahdollisuuden ennustaa, mitä tapahtuu COVID-19: n leviämisen kanssa viikkoa etukäteen hyvällä tarkkuudella ja kolme viikkoa etukäteen kohtuullisella tarkkuudella, UCSD: n lääketieteellisen korkeakoulun lausunnon mukaan.
Mitä tämä tarkoittaa sinulle
COVID-19: n jätevedenvalvonta on muistutus siitä, että virus voi levitä, vaikka ihmisillä ei ole oireita. On tärkeää noudattaa tarvittavia varotoimenpiteitä, kuten naamion käyttäminen, sosiaalinen etäisyys ja käsien pesu, jotta itsesi ja yhteisösi pysyvät turvassa.
Menestystarina
UCSD: n asuntoloista ja muista rakennuksista peräisin olevan jäteveden testaus on ollut käynnissä heinäkuusta 2020 lähtien. UCSD: n mikrotieteellisen innovaatiokeskuksen professorin ja professorin Rob Knightin johtama ryhmä löysi tekniikan.
Kuukausi sen jälkeen, kun koulu aloitti jätevedenmittauksen, he havaitsivat positiivisen oireettoman tapauksen ja yliopisto pystyi lähettämään hälytyksiä kärsineiden rakennusten ihmisille. Tämä helpotti yksilöiden kohdennettua testausta tietyllä alueella sen sijaan, että yritettäisiin testata kaikkia kampuksella. Seulontatulokset ovat nyt saatavilla julkisella hallintapaneelilla.
Muut yliopistot, kuten Arizonan yliopisto, käyttävät jäteveden testausta COVID-19: n leviämisen seuraamiseen. New York City valvoo jopa COVID-19-näytettä 14 jätevedenpuhdistamostaan.
UCSD-järjestelmän avulla voidaan testata useampia vesinäytteitä nopeasti, jolloin kansanterveysviranomaiset voivat tarkastella viruksen leviämistä ennen kuin ihmiset voivat olla kliinisesti sairaita. "Luulen, ettei kukaan tee sitä tällaisessa mittakaavassa", Karthikeyan sanoo.
UCSD: ssä käytettävä järjestelmä voi havaita vain yhden COVID-19-tapauksen rakennuksessa, jossa on yli 400 asukasta. Nuoressa väestössä, kuten UCSD: n ylioppilaskunnassa, tartunnan saaneet ihmiset ovat usein oireettomia, mutta he edelleen irtoavat viruksesta, Karthikeyan sanoo. Siihen mennessä, kun oireeton kantaja muuttuu oireenmukaiseksi tai leviää viruksen jollekin, jolla on infektio-oireita, virus olisi voinut levitä eksponentiaalisesti.
Karthikeyan ja hänen kollegansa testaavat parhaillaan jätevesinäytteitä San Diegon piirikunnassa. Point Loman jätevedenpuhdistamo käsittelee jätevettä yli 2,2 miljoonalle ihmiselle, jolloin näytteet voidaan kerätä samasta paikasta koko palvelualueelle. Viruksen testaaminen on vaikeaa ja kallista koko väestölle, mutta jäteveden testaus valvontatekniikkana antaa kansanterveysviranomaisille mahdollisuuden kaventaa alueita, joilla testaus on ratkaisevan tärkeää.
San Diegon piirikunta haluaa, että UCSD-tiimi ei vain havaitse virusta, vaan myös sekvensoi viruksen genomin nähdäksesi, mitkä viruksen variantit saattavat kiertää, Karthikeyan sanoo. "Nyt aiomme tehdä laajamittaisen genomin sekvensoinnin", hän lisää.
Tämän tyyppinen jätevalvonta voidaan mukauttaa valvomaan kaikkia ulosteista erittyviä viruksia, Karthikeyan sanoo ja lisää, että sitä voidaan käyttää monen tyyppisissä tartuntatautien epidemioissa ja se voi auttaa havaitsemaan tulevat pandemiat aikaisemmin.
.jpg)
