Los robots de manejo de líquidos para la vigilancia de aguas residuales ayudan a predecir los casos de COVID-19 en San Diego

En los primeros días de la pandemia de COVID-19, antes de que las pruebas de diagnóstico estuvieran ampliamente disponibles, fue difícil para los funcionarios de salud pública realizar un seguimiento de la propagación de la infección, o predecir dónde es probable que ocurran los brotes. Los intentos de adelantarse al virus siguen siendo complicados por el hecho de que las personas pueden infectarse y propagar el virus incluso sin experimentar ningún síntoma.

Cuando surgieron estudios que mostraban que una persona dando positivo por COVID-19 -; si eran o no sintomáticos; arrojar el virus en sus heces, "la alcantarilla parecía el lugar" de moda "para buscarla, "dijo Smruthi Karthikeyan, Doctor, ingeniero ambiental e investigador postdoctoral en la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego.

De julio a noviembre de 2020, Karthikeyan y equipo, dirigido por Rob Knight, Doctor, profesor y director del Center for Microbiome Innovation en UC San Diego, muestrearon aguas residuales para ver si podían detectar el SARS-CoV-2, el virus que causa COVID-19. Ellos podrían. Pero la concentración de las aguas residuales resultó ser un cuello de botella; es un proceso lento y laborioso de varios pasos.

Ahora, en un artículo publicado el 2 de marzo, 2021 en mSystems , los investigadores describen cómo han automatizado la concentración de aguas residuales con la ayuda de robots de manipulación de líquidos. Demostraron la solidez de su sistema comparándolo con los métodos existentes y demostrando que pueden predecir los casos de COVID-19 en San Diego en una semana con excelente precisión. y tres semanas con bastante precisión, solo usando aguas residuales de la ciudad.

El condado de San Diego tiene solo una planta principal de tratamiento de aguas residuales, ubicado en la costa en el barrio de Point Loma de la ciudad. Todos los excrementos arrojados por los aproximadamente 2.3 millones de residentes de San Diego, incluidos los del campus de UC San Diego, termina ahí.

Siete días a la semana, Karthikeyan o un colega condujeron hasta la planta de tratamiento para recoger muestras de aguas residuales que los técnicos de laboratorio habían recolectado y almacenado para ellos. Llevaron las muestras al laboratorio de Knight en el campus de la Facultad de Medicina de UC San Diego en La Jolla.

Desafortunadamente, no podemos analizar directamente las muestras de aguas residuales de la misma manera que lo haríamos con muestras de hisopos nasales de pacientes. Eso es porque las muestras que obtenemos están muy diluidas; solo piense en la cantidad de personas que contribuyen al flujo de desechos, más toda la basura que se tira y llega al sistema de alcantarillado ".

Smruthi Karthikeyan, Doctor, Investigador postdoctoral, Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego

De vuelta en el laboratorio los investigadores procesan las aguas residuales utilizando su plataforma robótica. El sistema extrae ARN -; el material genético que forma los genomas de virus como el SARS-CoV-2 -; de las muestras, y ejecuta la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) para buscar los genes característicos del virus. El automatizado El sistema de alto rendimiento puede procesar 24 muestras cada 40 minutos. Más tarde, el mismo día, Karthikeyan agrega los datos a un tablero digital que rastrea nuevos casos positivos.

Según Knight, la técnica es más rápida, más barato y más sensible que otros enfoques para la vigilancia de las aguas residuales. El equipo puede identificar un solo caso de COVID-19 en un edificio de aproximadamente 500 personas.

El monitoreo de aguas residuales es clave para el programa Return to Learn de UC San Diego

Los investigadores y estudiantes del laboratorio de Knight no son ajenos al tratamiento de muestras de heces. El equipo es conocido desde hace mucho tiempo por sus estudios del microbioma intestinal; las comunidades únicas de microbios que viven en nuestro tracto gastrointestinal. Personas de todo el mundo participan en su programa de investigación, La Iniciativa Microsetta (acertadamente abreviada "TMI"), enviando sus hisopos fecales al laboratorio de Knight en UC San Diego. El proyecto de colaboración colectiva ha permitido al equipo estudiar los muchos factores que podrían influir en la composición del microbioma intestinal de una persona. y las muchas formas en que influye en nuestra salud.

En la primavera de 2020, El equipo de Knight rápidamente cambió su enfoque para buscar un microbio en particular:SARS-CoV-2. Pronto, el equipo formó una parte integral del programa Return to Learn de UC San Diego, un enfoque basado en la evidencia que le ha permitido a la universidad continuar ofreciendo alojamiento en el campus y clases presenciales y oportunidades de investigación. Con aproximadamente 10, 000 estudiantes en el campus, los muchos componentes del programa han mantenido las tasas de casos de COVID-19 mucho más bajas que la comunidad circundante y la mayoría de los campus universitarios, manteniendo una tasa de positividad de menos del 1 por ciento.

Return to Learn se basa en tres pilares:mitigación de riesgos, detección e intervención viral. El equipo de Knight y sus colaboradores juegan un papel importante en la detección viral en el campus. Ayudan a detectar la presencia asintomática de SARS-CoV-2 en los estudiantes y el personal (a menudo se recopilan por sí mismos utilizando kits de prueba disponibles en las máquinas expendedoras). en superficies y en aguas residuales.

El equipo continúa recolectando muestras diariamente de más de 100 muestreadores de aguas residuales en el campus de UC San Diego, que cubren más de 300 edificios. Aproximadamente un mes después de que el sistema de detección del campus se puso en funcionamiento en el verano de 2020, Se detectó un caso positivo en el área de Revelle College un viernes por la tarde. Se notificó a la comunidad del campus en un plazo de 14 horas y se enviaron mensajes específicos a las personas asociadas con los edificios afectados. recomendando que se hagan la prueba del virus lo antes posible. Más de 650 personas se sometieron a pruebas de COVID-19 ese fin de semana.

Como resultado, dos individuos asintomáticos fueron identificados como positivos para COVID-19. Después de que el campus les notificó de inmediato, se autoaislaron antes de que ocurriera un brote. Ahora, Los resultados del análisis de aguas residuales están disponibles en un tablero público y las muestras positivas se están secuenciando para rastrear la aparición de nuevas variantes del SARS-CoV-2. El programa Return to Learn, incluyendo pruebas de aguas residuales, se ha convertido en un modelo para otras universidades, Regiones y distritos escolares K-12.

"A medida que la barrera de entrada y operación sigue cayendo, esperamos que la epidemiología basada en aguas residuales se adopte más ampliamente, "Knight dijo." Rápido, Los sistemas de alerta temprana de enfermedades infecciosas a gran escala podrían ser particularmente útiles para la vigilancia comunitaria en poblaciones vulnerables y comunidades con menos acceso a pruebas de diagnóstico y menos oportunidades para distanciar y aislar; durante esta pandemia, y el siguiente ".

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