Erik Jepsen
Ključni za poneti
- Ispitivanje otpadnih voda na COVID-19 učinkovit je način praćenja potencijalnih izbijanja.
- Zahvaljujući poboljšanoj metodi, ova vrsta nadzora može se obaviti brže, učinkovitije i jeftinije.
- Poboljšanje postupka omogućuje svakodnevno ispitivanje desetaka uzoraka iz kanalizacije i pročistača otpadnih voda, a ne samo nekoliko.
- Brzo ispitivanje otpadnih voda može se koristiti i za otkrivanje i praćenje drugih virusnih napada u budućnosti.
Početkom pandemije znanstvenici su se okrenuli otpadnim vodama kao sustavu upozorenja na izbijanje COVID-19. Testiranje uzoraka otpadnih voda na prisutnost virusa pokazalo se korisnim u izdvajanju zgrade ili područja u kojem je COVID-19 već prisutan, čak ako su nosači asimptomatski. Metoda je primijenjena svugdje, od fakulteta do lokalnih zajednica.
Ali ova metoda ima jednu značajnu manu: njezinu brzinu. Sada je tim sa Medicinskog fakulteta Sveučilišta Kalifornija u San Diegu (UCSD) pronašao način da ubrza postupak otkrivanja i brže pruži točne podatke.
Izvorni postupak bio je spor jer su uzorci otpadnih voda ili kanalizacije razrijeđeni i moraju se koncentrirati, što poduzima mnogo koraka i koristi puno resursa, kaže dr. Smruthi Karthikeyan, inženjer zaštite okoliša i postdoktorski istraživač na Medicinskom fakultetu UCSD. Karthikeyan je vodeći autor izvještaja o procesu objavljenog ovog mjeseca u časopisumSustavi.
Ubrzavanje procesa
Za razliku od nosnog brisa koji uzima mali uzorak sluzi, uzorak otpadne vode iz kanalizacije ili uređaja za pročišćavanje otpadnih voda razrjeđuje se nakon što se prolio sa svime ostalim što je otišlo u odvod.
Uzorke otpadne vode treba koncentrirati kako bi se lakše pronašao SARS-CoV-2, virus koji uzrokuje COVID-19, ako postoji. No postojala je potreba za bržom metodom za koncentriranje tih uzoraka i pronalaženje RNA od virusa. Istraživači su bili posebno zainteresirani za pronalaženje metode koja bi se mogla istovremeno provoditi na mnogim uzorcima i koja bi mogla dati točne rezultate istog dana.
Kako bi ubrzala proces, Karthikeyan i njezin tim obratili su se robotskoj pomoći koju je već imala u svom laboratoriju. Prije početka pandemije, njezino se istraživanje usredotočilo na mikrobiom crijeva, područje proučavanja koje također uključuje ispitivanje uzoraka kanalizacije. Modificirajući taj sustav, uspjeli su brzo izvući RNA iz uzoraka otpadne vode i pokrenuti lančanu reakciju polimeraze (PCR) u potrazi za genima s potpisom COVID-19.
U sustavima koji su se prije koristili za nadzor otpadnih voda, uzorci vode koncentrirani su metodama filtracije ili oborina, za što su bila potrebna vremena i mnogi resursi za provođenje ispitivanja.
Umjesto toga, ovaj visokopropusni sustav koristi magnetske kuglice koje se preferirano povezuju s dijelovima virusa, objašnjava Karthikeyan. Robotski procesor tada uzima kuglice pomoću magnetske glave, ostavljajući sve ostalo iza sebe.
"Na ovaj način odabirete samo virus, a ne pokupite sav otpad", kaže ona. "Povećava šanse za pronalaženje virusa čak i u razrijeđenom sustavu." Zatim se koncentrirani uzorci testiraju na tri različita genska cilja na genomu COVID-19 pomoću PCR testiranja.
Što je visokopropusni zaslon?
Probir visoke propusnosti koristi automatiziranu opremu za brzo testiranje tisuća do milijuna uzoraka na biološku aktivnost na razini organizma, stanice, puta ili molekule.
Poboljšani sustav uvelike povećava brzinu testiranja.
“[Ranije] nisam mogao napraviti više od 10 uzoraka dnevno. Trebali su mi sati da učinim istu stvar ”, kaže Karthikeyan. "Ovim možemo napraviti 120 uzoraka za 4,5 sata od primitka uzorka do stvarne PCR detekcije."
Ovaj postupak ima dodatnu prednost što je jeftiniji jer zahtijeva manje resursa i manje ljudi da bi pokrenuli testiranje, dodaje ona. Ispitivanje se može obaviti na uzorcima otpadnih voda zapremnine manje od 10 mililitara.
Točnost rezultata ovom metodom je također visoka. Brzo testiranje omogućuje istraživačima da predviđaju što će se događati s širenjem COVID-19 tjedan dana unaprijed s dobrom točnošću i tri tjedna unaprijed s pošteno točnošću, navodi se u izjavi s Medicinskog fakulteta UCSD.
Što ovo znači za vas
Nadzor otpadnih voda za COVID-19 podsjetnik je da se virus može širiti čak i kad pojedinci nemaju simptome. Važno je i dalje poduzimati potrebne sigurnosne mjere kao što su nošenje maske, udaljavanje od društva i pranje ruku kako biste zaštitili sebe i svoju zajednicu.
Priča o uspjehu
Ispitivanje otpadnih voda iz spavaonica i drugih zgrada na UCSD-u u tijeku je od srpnja 2020. Tim koji je vodio dr. Rob Knight, profesor i direktor Centra za mikrobiomske inovacije pri UCSD-u, otkrio je tehniku.
Mjesec dana nakon što je škola započela nadzor otpadnih voda, otkrili su pozitivan asimptomatski slučaj i sveučilište je moglo poslati upozorenja ljudima u pogođenim zgradama. To je olakšalo ciljano testiranje pojedinaca u određenom području, a ne pokušaj testiranja svih u kampusu. Rezultati pregleda sada su dostupni na javnoj nadzornoj ploči.
Druga sveučilišta, poput Sveučilišta u Arizoni, koriste ispitivanje otpadnih voda kako bi pratila širenje COVID-19. New York čak nadzire COVID-19 u uzorcima iz svojih 14 uređaja za pročišćavanje otpadnih voda.
UCSD sustav omogućuje brzo ispitivanje više uzoraka vode, pružajući službenicima javnog zdravstva uvid u širenje virusa prije nego što ljudi mogu biti klinički bolesni. "Mislim da to nitko ne radi u ovakvim razmjerima", kaže Karthikeyan.
Sustav koji se koristi na UCSD-u može otkriti čak i samo jedan slučaj COVID-19 u zgradi s više od 400 stanovnika. U mladoj populaciji, poput studentskog tijela na UCSD-u, zaražene su osobe često asimptomatske, ali i dalje prolijevaju virus, kaže Karthikeyan. Do trenutka kada asimptomatski nosač postane simptomatski ili proširi virus na nekoga tko pokazuje simptome infekcije, virus se mogao eksponencijalno proširiti.
Karthikeyan i njezini kolege trenutno testiraju uzorke otpadnih voda za županiju San Diego. Postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda u Point Lomi obrađuje kanalizaciju za više od 2,2 milijuna ljudi, omogućavajući prikupljanje uzoraka na jednom mjestu za cijelo područje pružanja usluga. Teško je i skupo provesti testiranje na virus na cijeloj populaciji, ali korištenje ispitivanja otpadnih voda kao tehnike nadzora omogućava službenicima javnog zdravstva da suze područja na kojima je testiranje presudno.
Okrug San Diego želi da tim UCSD-a ne samo otkrije virus već i sekvencira genom virusa kako bi se vidjelo koje varijante virusa mogu cirkulirati, kaže Karthikeyan. "Sada ćemo napraviti veliko sekvenciranje genoma", dodaje ona.
Ova vrsta nadzora otpadnih voda može se prilagoditi za provođenje nadzora nad bilo kojim virusom koji se baci u fecesu, kaže Karthikeyan, dodajući da bi se mogao koristiti u mnogim vrstama epidemija zaraznih bolesti i mogao bi pomoći ranije otkriti buduće pandemije.
