Ерик Джепсен
Основни продукти за вкъщи
- Тестването на отпадъчни води за COVID-19 е ефективен начин за проследяване на потенциални огнища.
- Благодарение на подобрения метод този вид наблюдение може да се извърши по-бързо, по-ефективно и по-евтино.
- Подобрението в процеса позволява да се тестват десетки проби от канализационни и пречиствателни станции всеки ден, а не само шепа.
- Бързо тестване на отпадъчни води може да се използва и за откриване и проследяване на други вирусни огнища в бъдеще.
В началото на пандемията учените се обърнаха към отпадъчните води като система за предупреждение за огнища на COVID-19. Тестването на проби от отпадъчни води за наличието на вируса се оказа полезно при открояване на сграда или район, където COVID-19 вече присъства, дори ако носителите са безсимптомни. Методът е приложен навсякъде - от колежите до местните общности.
Но този метод има един съществен недостатък: неговата скорост. Сега екип от Медицинския факултет на Калифорнийския университет в Сан Диего (UCSD) намери начин да ускори процеса на откриване и да предостави по-бързо точни данни.
Първоначалният процес е бил бавен, тъй като пробите от отпадъчни води или отпадъчни води се разреждат и трябва да се концентрират, което отнема много стъпки и използва много ресурси, казва Smruthi Karthikeyan, доктор по околна среда, инженер по околна среда и постдокторант в Медицинския факултет на UCSD, казва Verywell. Картикеян е водещ автор на доклад за процеса, публикуван този месец в списаниетоmSystems.
Ускоряване на процеса
За разлика от назален тампон, който взема малка проба слуз, пробата от отпадъчни води от канализацията или пречиствателната станция се разрежда, след като се е разплитала с всичко останало, което е отишло в канализацията.
Пробите от отпадъчни води трябва да се концентрират, така че SARS-CoV-2, вирусът, който причинява COVID-19, ако е наличен, да бъде по-лесен за намиране. Но имаше нужда от по-бърз метод за концентриране на тези проби и намиране на РНК от вируса. Изследователите се интересуваха конкретно от намирането на метод, който може да се направи едновременно на много проби и може да даде точни резултати от същия ден.
За да ускори процеса, Картикеян и нейният екип се обърнаха към някаква роботизирана помощ, която тя вече имаше в лабораторията си. Преди да започне пандемията, нейното изследване се фокусира върху чревния микробиом, област на изследване, която също включва изследване на проби от отпадъчни води. Чрез модифицирането на тази система те успяха бързо да извлекат РНК от пробите на отпадъчните води и да проведат полимеразна верижна реакция (PCR), за да търсят гени за подпис на COVID-19.
В системи, използвани преди за наблюдение на отпадъчните води, водните проби бяха концентрирани с помощта на методи за филтриране или утаяване, което отнемаше време и много ресурси за провеждане на тестове.
Вместо това тази високопроизводителна система използва магнитни зърна, които за предпочитане се свързват с битове на вируса, обяснява Картикеян. След това роботизираният процесор взима мъниста с помощта на магнитна глава, оставяйки всичко останало зад себе си.
„По този начин избирате само за вируса, а не за всички боклуци“, казва тя. „Това увеличава шансовете ви да откриете вируса дори в разредена система.“ След това концентрираните проби се тестват за три различни генни мишени върху генома на COVID-19, като се използва PCR тестване.
Какво е скрининг с висока производителност?
Скринингът с висока производителност използва автоматизирано оборудване за бързо тестване на хиляди до милиони проби за биологична активност на организъм, клетъчно, пътно или молекулярно ниво.
Подобрената система значително увеличава скоростта на тестване.
„[Преди това] не можех да правя повече от 10 проби на ден. Отне ми часове, за да направя същото “, казва Картикеян. „С това можем да направим 120 проби за 4,5 часа от получаването на пробата до действителното откриване на PCR.“
Този процес има допълнителната полза да бъде по-евтин, тъй като изисква по-малко ресурси и по-малко хора за провеждане на теста, добавя тя. Тестването може да се извърши върху проби от отпадъчни води с обем от 10 милилитра.
Точността на резултатите с този метод също е висока. Бързото тестване позволява на изследователите да прогнозират какво ще се случва с разпространението на COVID-19 седмично предварително с добра точност и три седмици предварително с справедлива точност, се казва в изявление на UCSD School of Medicine.
Какво означава това за вас
Наблюдението на отпадъчните води за COVID-19 напомня, че вирусът може да се разпространи дори когато индивидите не изпитват симптоми. Важно е да продължите да взимате необходимите мерки за безопасност като носене на маска, социално дистанциране и измиване на ръцете, за да запазите себе си и общността си в безопасност.
История на успеха
Тестването на отпадъчни води от общежития и други сгради в UCSD се провежда от юли 2020 г. Екип, ръководен от д-р Роб Найт, професор и директор на Центъра за иновации на микробиоми в UCSD, откри техниката.
Месец след като училището започна да изследва отпадъчните води, те откриха положителен асимптоматичен случай и университетът успя да изпрати сигнали до хората в засегнатите сгради. Това улесни целевото тестване на лица в даден район, вместо да се опитва да тества всички в кампуса. Резултатите от скрининга вече са достъпни на публично табло.
Други университети, като Университета в Аризона, използват тестване на отпадъчни води, за да проследят разпространението на COVID-19. Ню Йорк дори наблюдава COVID-19 в проби от своите 14 пречиствателни станции.
Системата UCSD позволява бързо да се тестват повече водни проби, като дава на служителите в областта на общественото здраве поглед върху разпространението на вируса, преди хората да са клинично болни. „Не мисля, че някой го прави в мащаб като този“, казва Картикеян.
Системата, използвана в UCSD, може да открие дори само един случай на COVID-19 в сграда с повече от 400 жители. При млада популация, като студентската група в UCSD, заразените хора често са безсимптомни, но все още проливат вируса, казва Картикеян. По времето, когато асимптоматичният носител се превръща в симптоматичен или разпространява вируса на някой, който проявява симптоми на инфекция, вирусът може да се разпространи експоненциално.
В момента Картикеян и нейните колеги тестват проби за отпадъчни води за окръг Сан Диего. Съоръжението за пречистване на отпадъчни води в Пойнт Лома обработва отпадъчни води за повече от 2,2 милиона души, което позволява събирането на проби на едно място за цялата зона на обслужване. Трудно и скъпо е да се провеждат тестове за вирус върху цялото население, но използването на тестове за отпадъчни води като техника за наблюдение позволява на служителите в общественото здравеопазване да стеснят областите, където тестовете са от решаващо значение.
Окръг Сан Диего иска екипът на UCSD не само да открие вируса, но и да секвенира генома на вируса, за да види кои варианти на вируса могат да циркулират, казва Картикеян. „Сега ще направим мащабно секвениране на генома“, добавя тя.
Този тип наблюдение на отпадъчните води може да бъде адаптиран за провеждане на наблюдение за всеки вирус, който се отделя във фекалиите, казва Картикеян, добавяйки, че може да се използва при много видове епидемии от инфекциозни заболявания и може да помогне за откриване на бъдещи пандемии по-рано.
