Wissenschaftler suchen nach alternativen Methoden, um die Ausbreitung von COVID-19 vorherzusagen

Angesichts der anhaltenden Herausforderungen im Zusammenhang mit groß angelegten Tests auf COVID-19 – einschließlich des Mangels an Testkits, strenge Testkriterien und die inhärenten Einschränkungen aktueller Tracking-Systeme bei leicht symptomatischen und asymptomatischen Populationen, Wissenschaftler suchen nach alternativen Methoden, um Tests zu verstärken, um die Ausbreitung der Krankheit vorherzusagen.

Kristall Hepp, Assistenzprofessorin an der Fakultät für Informatik der NAU, Computer, und Cyber-Systeme (SICCS), testet Abwasser in Gemeinden im Norden Arizonas, um die Ausbreitung von SARS-CoV-2 zu bestimmen. das Virus, das COVID-19 verursacht. Da das Virus mit menschlichem Abfall ausgeschieden wird, Sie glaubt, dass Abwasser ein gangbarer Weg ist, um es aufzuspüren.

Während Wissenschaftler zweite oder sogar mehrere COVID-19-Ausbrüche vorhersagen, Hepp glaubt, dass Abwassertests als Frühwarnsystem dienen können, insbesondere in ländlichen Gemeinden, die von Gesundheitspersonal und medizinischen Einrichtungen unterversorgt sind, und können Betreiber von Kläranlagen auf erhöhte Risiken aufmerksam machen.

Es wird von entscheidender Bedeutung sein, die Überwachungsaktivitäten fortzusetzen, die zur Entwicklung dynamischer regionaler Interventionsstrategien beitragen können. Um während eines Ausbruchs dieser Größenordnung nachhaltig zu sein, eine robustere, eine praktikable und vom Menschen unabhängige Methode der Gemeinschaftsstichprobe muss implementiert werden."

Kristall Hepp, AssistenzprofessorIn, Fakultät für Informatik, Computer, und Cyber-Systeme, NAU

Zur Zeit, Hepp und ihr Team testen wöchentlich an sechs Standorten in Flagstaff Zufluss- (unbehandelt) und Abfluss- (behandelt) Proben. Mundspark, Kachina-Dorf und Kayenta, befindet sich innerhalb der Navajo-Nation. Zu den Mitarbeitern des Projekts gehören die Stadt Flagstaff, Pinewood Sanitärbezirk, Dorfverbesserungsbezirk Kachina, die Navajo Tribal Utility Authority und TGen-North.

Doktorandin Jill Cocking, Senior Research Specialist im Hepp Lab am SICCS, leitet den Laborteil der Arbeit und behandelt jede Probe als infektiös.

"Ich nehme dieses Material und entferne die Nukleinsäuren, “ sagte Cocking. „COVID-19 ist ein RNA-Virus (ein Virus, das Ribonukleinsäure als genetisches Material hat), Der nächste Schritt besteht also darin, die RNA in DNA umzuwandeln, damit sie mit einem von den Centers for Disease Control and Prevention entwickelten Assay nachgewiesen werden kann.

„Der Assay erstellt Kopien des genetischen Materials, bis es mit unseren Instrumenten nachgewiesen werden kann. Wenn das Coronavirus im Abwasser vorhanden ist, diese Analyse wird uns darüber informieren."

Proben von drei einfließenden Abwasserstandorten wurden Anfang April positiv getestet. Hepp, stellvertretender Direktor am Pathogen and Microbiome Institute (PMI) der NAU, stellt fest, dass das Team keine positiven Fälle im Abwasser gefunden hat, Dies zeigt an, dass der Kläranlagenprozess bei der Behandlung des Virus wirksam ist.

Die Forscher werden eine genetische Sequenzanalyse an positiven Proben im Zufluss durchführen, um nach verschiedenen Stämmen zu suchen.

„Das Virus entwickelt sich ständig weiter, ", sagte Hepp. "Es gibt immer neue Belastungen, die entstehen könnten. Wenn wir mehrere verschiedene Stämme mit unterschiedlichen Mutationen finden, dies würde darauf hindeuten, dass das Virus im Laufe der Zeit eine größere Chance hatte, innerhalb der Bevölkerung zu mutieren oder dass neue Einschleppungen stattgefunden haben. Eine höhere Anzahl von Stämmen zu einem bestimmten Zeitpunkt kann auf mehr infizierte Personen hinweisen."

Hepp arbeitet mit Jason Sahl, ein stellvertretender Direktor von PMI, der seine etablierte Genomik-Pipeline nutzen wird, WG-SCHNELL, Sortenvielfalt zu untersuchen.

„Unser WG-FAST-Ansatz kann die Identifizierung von Viren auf Stammebene ermöglichen, Stammmischungen identifizieren und klinische und Abwasserproben zuordnen, ", sagte Sahl. "Dieser Ansatz kann zirkulierende Viren identifizieren, ohne dass Menschen direkt beprobt werden müssen, und identifiziert Fälle unabhängig.

„Es kann auch COVID-19-Fälle erfassen, die möglicherweise nicht im Krankenhaus vorliegen, und die öffentlichen Gesundheitsbehörden auf zirkulierende Stämme aufmerksam machen. Dies wird bei der Kontaktverfolgung helfen und die Öffentlichkeit über neue Wellen von COVID-19 in ihren Gemeinden informieren."

"Diese Sequenzanalyse wird uns helfen, die zirkulierende Belastung in einer Gemeinschaft zu verstehen, die allgemeine Vielfalt des Virus und wie sich diese zwischen verschiedenen Orten und zu verschiedenen Jahreszeiten ändert, “ sagte Dave Engelthaler, außerordentlicher Professor und TGen-North-Direktor.

Hepps Studie soll bis zum Sommer andauern. Sie hofft, die Finanzierung durch die National Institutes of Health (NIH) zu sichern und die Forschung bis zum Ende des Ausbruchs auszudehnen.

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