Die zentralen Thesen
- Das Testen von Abwasser auf COVID-19 ist eine wirksame Methode, um potenzielle Ausbrüche zu verfolgen.
- Dank einer verbesserten Methode kann diese Art der Überwachung schneller, effizienter und kostengünstiger durchgeführt werden.
- Durch die Verbesserung des Verfahrens können täglich statt einer Handvoll Dutzende von Proben aus Abwasserkanälen und Kläranlagen untersucht werden.
- Schnelle Abwassertests können auch verwendet werden, um in Zukunft andere Virusausbrüche zu erkennen und zu verfolgen.
Schon früh in der Pandemie wandten sich Wissenschaftler Abwasser als Warnsystem für COVID-19-Ausbrüche zu. Das Testen von Abwasserproben auf das Vorhandensein des Virus hat sich als nützlich erwiesen, um ein Gebäude oder einen Bereich zu identifizieren, in dem COVID-19 bereits vorhanden ist, auch wenn die Träger asymptomatisch sind. Die Methode wurde überall eingesetzt, von Hochschulen bis hin zu lokalen Gemeinden.
Aber diese Methode hat einen wesentlichen Fehler: ihre Geschwindigkeit. Nun hat ein Team der medizinischen Fakultät der University of California in San Diego (UCSD) einen Weg gefunden, den Erkennungsprozess zu beschleunigen und genaue Daten schneller bereitzustellen.
Der ursprüngliche Prozess war langsam, weil Abwasser- oder Abwasserproben verdünnt werden und konzentriert werden müssen, was viele Schritte erfordert und viele Ressourcen verbraucht, sagt Smruthi Karthikeyan, PhD, Umweltingenieurin und Postdoktorandin an der UCSD School of Medicine, zu Health-huh.com. Karthikeyan ist der Hauptautor eines Berichts über den Prozess, der diesen Monat in der Zeitschrift mSystems veröffentlicht wurde.
Beschleunigung des Prozesses
Im Gegensatz zu einem Nasenabstrich, der eine kleine Schleimprobe entnimmt, wird eine Abwasserprobe aus einer Kanalisation oder Kläranlage verdünnt, nachdem sie mit allem anderen, was in den Abfluss geflossen ist, herumgeschwappt wurde.
Abwasserproben müssen konzentriert werden, damit SARS-CoV-2, das Virus, das COVID-19 verursacht, falls vorhanden, leichter gefunden werden kann. Es bestand jedoch Bedarf an einer schnelleren Methode, um diese Proben zu konzentrieren und RNA aus dem Virus zu finden. Die Forscher waren insbesondere daran interessiert, eine Methode zu finden, die gleichzeitig an vielen Proben durchgeführt werden kann und genaue Ergebnisse am selben Tag liefert.
Um den Prozess zu beschleunigen, wandten sich Karthikeyan und ihr Team an Roboterunterstützung, die sie bereits in ihrem Labor hatte. Vor Beginn der Pandemie konzentrierte sich ihre Forschung auf das Darmmikrobiom, ein Forschungsgebiet, das auch die Untersuchung von Abwasserproben umfasst. Durch die Modifikation dieses Systems konnten sie schnell RNA aus den Abwasserproben extrahieren und eine Polymerase-Kettenreaktion (PCR) durchführen, um nach Signaturgenen von COVID-19 zu suchen.
In bisher zur Abwasserüberwachung eingesetzten Systemen wurden die Wasserproben durch Filtrations- oder Fällungsmethoden aufkonzentriert, was für die Durchführung von Tests Zeit und Ressourcen beanspruchte.
Stattdessen verwendet dieses Hochdurchsatzsystem magnetische Kügelchen, die sich vorzugsweise mit Teilen des Virus verbinden, erklärt Karthikeyan. Der Roboterprozessor nimmt dann die Perlen mit einem Magnetkopf auf und lässt alles andere zurück.
Auf diese Weise wählst du nur den Virus aus und nimmst nicht den ganzen Müll auf, sagt sie. Es erhöht Ihre Chancen, das Virus selbst in einem verdünnten System zu finden. Die konzentrierten Proben werden dann mittels PCR auf drei verschiedene Gen-Targets auf dem COVID-19-Genom getestet
Was ist Hochdurchsatz-Screening?
Beim Hochdurchsatz-Screening werden automatisierte Geräte verwendet, um Tausende bis Millionen von Proben schnell auf biologische Aktivität auf der Ebene des Organismus, der Zelle, des Stoffwechselweges oder der molekularen Ebene zu testen.
Das verbesserte System erhöht die Testgeschwindigkeit erheblich.
[Zuvor] Ich konnte nicht mehr als 10 Proben an einem Tag machen. Ich habe Stunden gebraucht, um dasselbe zu tun, sagt Karthikeyan. Damit können wir 120 Proben in 4,5 Stunden vom Probeneingang bis zum eigentlichen PCR-Nachweis durchführen.
Dieser Prozess hat den zusätzlichen Vorteil, dass er billiger ist, da weniger Ressourcen und weniger Personen für die Durchführung der Tests erforderlich sind, fügt sie hinzu. Der Test kann an Abwasserproben mit einem Volumen von nur 10 Millilitern durchgeführt werden.
Die Genauigkeit der Ergebnisse bei dieser Methode ist ebenfalls hoch. Schnelltests ermöglichen es den Forschern, eine Woche im Voraus mit guter Genauigkeit und drei Wochen im Voraus mit ziemlicher Genauigkeit vorherzusagen, was mit der Verbreitung von COVID-19 passieren wird, so eine Erklärung der UCSD School of
Was das für Sie bedeutet
Die Abwasserüberwachung für COVID-19 erinnert daran, dass sich das Virus auch dann ausbreiten kann, wenn Personen keine Symptome aufweisen. Es ist wichtig, weiterhin die notwendigen Sicherheitsvorkehrungen wie das Tragen einer Maske, soziale Distanzierung und das Händewaschen zu treffen, um sich und Ihre Gemeinschaft zu schützen.
Eine Erfolgsgeschichte
Das Testen von Abwasser aus Wohnheimen und anderen Gebäuden an der UCSD läuft seit Juli 2020. Ein Team um Rob Knight, PhD, Professor und Direktor des Center for Microbiome Innovation an der UCSD, hat die Technik entdeckt.
Einen Monat nachdem die Schule mit der Abwasserüberwachung begonnen hatte, wurde ein positiver asymptomatischer Fall festgestellt und die Universität konnte Warnungen an die Menschen in den betroffenen Gebäuden senden. Dies erleichterte das gezielte Testen von Einzelpersonen in einem bestimmten Bereich, anstatt zu versuchen, alle auf dem Campus zu testen. Die Screening-Ergebnisse werden nun auf einem öffentlichen Dashboard zur Verfügung gestellt.
Andere Universitäten wie die University of Arizona verwenden Abwassertests, um die Ausbreitung von COVID-19 zu verfolgen. New York City überwacht COVID-19 sogar in Proben aus seinen 14 Kläranlagen.
Das UCSD-System ermöglicht es, schnell mehr Wasserproben zu testen, was den Beamten des öffentlichen Gesundheitswesens einen Einblick in die Ausbreitung des Virus gibt, bevor Menschen klinisch krank werden. Ich glaube nicht, dass irgendjemand es in einem solchen Ausmaß macht, sagt Karthikeyan.
Das an der UCSD verwendete System kann sogar nur einen Fall von COVID-19 in einem Gebäude mit mehr als 400 Einwohnern erkennen. In einer jungen Bevölkerung wie der Studentenschaft an der UCSD sind infizierte Menschen oft asymptomatisch, scheiden aber immer noch das Virus aus, sagt Karthikeyan. Bis ein asymptomatischer Träger symptomatisch wird oder das Virus auf jemanden überträgt, der Symptome einer Infektion zeigt, könnte sich das Virus exponentiell ausgebreitet haben.
Karthikeyan und ihre Kollegen testen derzeit Abwasserproben für San Diego County. Die Kläranlage in Point Loma verarbeitet Abwasser für mehr als 2,2 Millionen Menschen und ermöglicht die Entnahme von Proben an einem Ort für das gesamte Versorgungsgebiet. Es ist schwierig und teuer, die gesamte Bevölkerung auf das Virus zu testen, aber die Verwendung von Abwassertests als Überwachungstechnik ermöglicht es den Beamten des öffentlichen Gesundheitswesens, die Bereiche einzugrenzen, in denen Tests von entscheidender Bedeutung sind.
San Diego County möchte, dass das UCSD-Team nicht nur das Virus erkennt, sondern auch das Virusgenom sequenziert, um zu sehen, welche Varianten des Virus möglicherweise im Umlauf sind, sagt Karthikeyan. Jetzt werden wir eine Genomsequenzierung im großen Maßstab durchführen“, fügt sie hinzu.
Diese Art der Abwasserüberwachung kann an die Überwachung jedes Virus angepasst werden, das im Kot ausgeschieden wird, sagt Karthikeyan und fügt hinzu, dass sie bei vielen Arten von Epidemien von Infektionskrankheiten eingesetzt werden könnte und dazu beitragen könnte, zukünftige Pandemien früher zu erkennen.
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