Ерік Джепсен
Ключові винос
- Випробування стічних вод на COVID-19 є ефективним способом відстеження потенційних спалахів.
- Завдяки вдосконаленому методу цей вид спостереження можна зробити швидше, ефективніше та дешевше.
- Поліпшення процесу дозволяє щодня випробовувати десятки зразків з каналізаційних та очисних споруд, а не лише кілька.
- Експрес-тестування стічних вод може також використовуватися для виявлення та відстеження інших спалахів вірусів у майбутньому.
На початку пандемії вчені звернулися до стічних вод як до системи попередження про спалахи COVID-19. Тестування зразків стічних вод на наявність вірусу виявилося корисним для виділення будівлі чи району, де COVID-19 вже є, навіть якщо носії безсимптомні. Метод застосовувався скрізь, від коледжів до місцевих громад.
Але у цього методу є одна істотна вада: його швидкість. Зараз команда з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго (UCSD) знайшла спосіб пришвидшити процес виявлення та швидше надати точні дані.
Початковий процес був повільним, тому що зразки стічних вод або стічних вод розбавляються і повинні бути концентровані, що займає багато етапів і використовує велику кількість ресурсів, розповідає Смерті Картікеян, доктор філософії, інженер з охорони навколишнього середовища та докторант медичного факультету UCSD. Картікеян є провідним автором звіту про процес, опублікованого цього місяця в журналіmSystems.
Прискорення процесу
На відміну від носового мазка, у якого береться невелика проба слизу, зразок стічної води з каналізації або очисних споруд розбавляється після того, як виплеснули все інше, що пішло в каналізацію.
Зразки стічних вод потрібно концентрувати так, щоб легше було виявити SARS-CoV-2, вірус, що викликає COVID-19, якщо він є. Але була необхідність у більш швидкому методі концентрації цих зразків та пошуку РНК від вірусу. Дослідники були особливо зацікавлені у пошуку методу, який можна було б робити одночасно на багатьох зразках і який міг дати точні результати в той же день.
Щоб пришвидшити процес, Картікеян та її команда звернулись до якоїсь роботизованої допомоги, яку вона вже мала у своїй лабораторії. До початку пандемії її дослідження зосереджувались на мікробіомі кишечника, області дослідження, яка також включає дослідження зразків стічних вод. Змінивши цю систему, вони змогли швидко витягти РНК із зразків стічних вод та запустити полімеразну ланцюгову реакцію (ПЛР) для пошуку генів-сигнатур COVID-19.
У системах, які раніше використовувались для спостереження за стічними водами, зразки води концентрувались методами фільтрації або опадів, що вимагало часу та багатьох ресурсів для проведення випробувань.
Натомість у цій високопродуктивній системі використовуються магнітні кульки, які переважно посилаються на біти вірусу, пояснює Картікеян. Потім робототехнічний процесор підбирає намистини за допомогою магнітної головки, залишаючи все інше позаду.
"Таким чином ви обираєте лише вірус, а не збираєте все сміття", - каже вона. "Це збільшує ваші шанси знайти вірус навіть у розбавленій системі". Потім концентровані зразки тестують на три різні генні мішені в геномі COVID-19 за допомогою ПЛР-тестування.
Що таке високопродуктивний скринінг?
Скринінг з високою пропускною здатністю використовує автоматизоване обладнання для швидкого тестування тисяч до мільйонів зразків на біологічну активність на організмі, клітині, шляху або молекулярному рівні.
Покращена система значно збільшує швидкість тестування.
“[Раніше] я не міг робити більше 10 зразків за день. На те, щоб зробити те саме, у мене пішли години », - говорить Картікеян. "Завдяки цьому ми можемо зробити 120 зразків за 4,5 години від отримання зразка до фактичного виявлення ПЛР".
Цей процес має додаткову перевагу в тому, що він дешевший, оскільки вимагає менше ресурсів і менше людей для запуску тестування, додає вона. Випробування можна проводити на зразках стічних вод об'ємом лише 10 мілілітрів.
Точність результатів за допомогою цього методу також висока. Швидке тестування дозволяє дослідникам прогнозувати, що відбуватиметься із розповсюдженням COVID-19 за тиждень наперед із хорошою точністю та за три тижні наперед із справедливою точністю.
Що це означає для вас
Нагляд за стічними водами за COVID-19 нагадує, що вірус може поширюватися навіть тоді, коли люди не відчувають симптомів. Важливо продовжувати вживати необхідних заходів безпеки, таких як носіння маски, соціальна дистанція та миття рук, щоб захистити себе та свою громаду.
Історія успіху
Випробування стічних вод із гуртожитків та інших будівель в UCSD проводиться з липня 2020 року. Команда під керівництвом доктора філософії Роб Найта, професора та директора Центру мікробіологічних інновацій при UCSD, виявила цю техніку.
Через місяць після того, як школа розпочала обстеження стічних вод, вони виявили позитивний безсимптомний випадок, і університет зміг розіслати попередження людям у постраждалих будівлях. Це полегшило цілеспрямоване тестування людей у певній місцевості, а не спроба тестувати всіх у студентському містечку. Результати скринінгу тепер доступні на загальнодоступній інформаційній панелі.
Інші університети, такі як Університет Арізони, використовують тестування стічних вод для відстеження поширення COVID-19. Нью-Йорк навіть контролює COVID-19 у зразках з 14 очисних споруд.
Система UCSD дозволяє швидко досліджувати більше зразків води, даючи працівникам охорони здоров’я поглянути на поширення вірусу, перш ніж люди можуть бути клінічно хворими. "Я не думаю, що хтось робить це в таких масштабах", - говорить Картікеян.
Система, що використовується в UCSD, може виявити навіть лише один випадок COVID-19 у будівлі, де проживає понад 400 мешканців. У молодого населення, такого як студентський колектив UCSD, інфіковані люди часто протікають безсимптомно, але все ще проливають вірус, говорить Картікеян. На той час, коли безсимптомний носій стає симптоматичним або поширює вірус на когось, хто виявляє симптоми інфекції, вірус міг поширитися в геометричній прогресії.
В даний час Картікеян та її колеги випробовують зразки стічних вод для округу Сан-Дієго. Установка для очищення стічних вод в Пойнт-Лома переробляє стічні води для понад 2,2 мільйона людей, що дозволяє збирати зразки в одному місці для всієї зони обслуговування. Важко і дорого проводити тестування на вірус для всієї популяції, але використання тестування стічних вод як методики нагляду дозволяє службовцям охорони здоров’я звузити райони, де тестування має вирішальне значення.
Округ Сан-Дієго хоче, щоб команда UCSD не тільки виявила вірус, а й послідувала геном вірусу, щоб побачити, які варіанти вірусу можуть циркулювати, говорить Картікеян. "Зараз ми будемо робити масштабне секвенування геномів", - додає вона.
Цей тип спостереження за стічними водами може бути пристосований для проведення нагляду за будь-яким вірусом, який проливається у фекаліях, зазначає Картікеян, додаючи, що він може використовуватися при багатьох видах епідемій інфекційних хвороб і може допомогти виявити майбутні пандемії раніше.
