Kad su se pojavile studije koje pokazuju da je osoba pozitivna na COVID -19 -; jesu li bili simptomatski ili nisu -; izbacili virus u stolici, "Činilo se da je kanalizacija mjesto" događanja "za traženje, "rekao je Smruthi Karthikeyan, Doktor znanosti, inženjer zaštite okoliša i postdoktorski istraživač na Medicinskom fakultetu Sveučilišta Kalifornija u San Diegu.
Od srpnja do studenog 2020. Karthikeyan i tim, vodi Rob Knight, Doktor znanosti, profesor i direktor Centra za mikrobiomske inovacije na UC San Diego, uzorkovali su otpadnu vodu kako bi vidjeli mogu li otkriti SARS-CoV-2, virusa koji uzrokuje COVID-19. Mogli su. No, koncentriranje otpadnih voda pokazalo se uskim grlom -; to je spor i naporan proces u više koraka.
Sada, u radu objavljenom 2. ožujka, 2021. u mSustavi , istraživači opisuju kako su automatizirali koncentraciju otpadnih voda uz pomoć robota za rukovanje tekućinom. Pokazali su robusnost svog sustava uspoređujući ga sa postojećim metodama i pokazujući da mogu predvidjeti slučajeve COVID-19 u San Diegu do tjedan dana s izvrsnom točnošću, i tri tjedna s poštenom točnošću, samo gradska kanalizacija.
Okrug San Diego ima samo jedno primarno postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda, koji se nalazi na obali u gradskoj četvrti Point Loma. Sav izmet ispira oko 2,3 milijuna stanovnika San Diega, uključujući one u kampusu UC San Diego, završi tamo.
Sedam dana u tjednu, Karthikeyan ili njegov kolega odvezli su se do pročistača kako bi pokupili uzorke otpadnih voda koje su za njih prikupili i pohranili laboratorijski tehničari. Donijeli su uzorke u Knight's laboratorij u kampusu Medicinskog fakulteta Sveučilišta San Diego u La Jolli.
Nažalost, ne možemo samo izravno testirati uzorke otpadnih voda na način na koji bismo uzeli uzorke iz nosnih briseva pacijenata. To je zato što su uzorci koje dobivamo jako razrijeđeni -; samo pomislite na broj ljudi koji doprinose stvaranju otpada, plus svo smeće koje se ispire i odvodi u kanalizacijski sustav. "
Smruthi Karthikeyan, Doktor znanosti, Postdoktorski istraživač, Medicinski fakultet Sveučilišta Kalifornija u San Diegu
Natrag u laboratorij, istraživači obrađuju kanalizaciju koristeći svoju robotsku platformu. Sustav ekstrahira RNA -; genetski materijal koji čini genome virusa poput SARS-CoV-2-; iz uzoraka, te provodi lančanu reakciju polimeraze (PCR) u potrazi za potpisnim genima virusa. Automatizirani, visokopropusni sustav može obraditi 24 uzorka svakih 40 minuta. Kasnije istog dana, Karthikeyan dodaje podatke na digitalnu nadzornu ploču koja prati nove pozitivne slučajeve.
Prema Knight -u, tehnika je brža, jeftiniji i osjetljiviji od ostalih pristupa nadzoru otpadnih voda. Tim je u mogućnosti identificirati jedan slučaj COVID-19 u zgradi od približno 500 ljudi.
Istraživačima i studentima u Knight's laboratoriju nije strano što se bave uzorcima stolice. Tim je odavno poznat po svojim istraživanjima crijevnog mikrobioma -; jedinstvene zajednice mikroba koje žive u našim gastrointestinalnim traktima. Ljudi u cijelom svijetu sudjeluju u njihovom istraživačkom programu, Inicijativa Microsetta (prikladno skraćeno "TMI"), slanjem njihovih fekalnih briseva u Knight's UC San Diego laboratorij. Projekt s mnoštvom izvora omogućio je timu proučavanje mnogih čimbenika koji bi mogli utjecati na sastav mikrobioma crijeva osobe, i na mnoge načine kako utječe na naše zdravlje.
U proljeće 2020. Vitezov tim brzo se usredotočio na potragu za jednim određenim mikrobom:SARS-CoV-2. Ubrzo je tim postao sastavni dio programa Return to Learn UC San Diego, pristup zasnovan na dokazima koji je omogućio sveučilištu da nastavi nuditi smještaj u kampusu te osobne sate i mogućnosti istraživanja. S približno 10, 000 studenata na kampusu, mnoge komponente programa držale su stopu slučajeva COVID-19 znatno nižom od okolne zajednice i većine fakultetskih kampusa, održavanje stope pozitivnosti manje od 1 posto.
Povratak na Learn oslanja se na tri stupa:smanjenje rizika, otkrivanje i intervencija virusa. Vitezov tim i njihovi suradnici imaju veliku ulogu u otkrivanju virusa u kampusu. Pomažu u provjeri asimptomatske prisutnosti SARS-CoV-2 u učenika i osoblja (često se sami prikupljaju pomoću testnih setova dostupnih u automatu), na površinama i u otpadnim vodama.
Tim nastavlja prikupljati uzorke svakodnevno od više od 100 uzoraka otpadnih voda u kampusu UC San Diego, koji pokrivaju više od 300 zgrada. Otprilike mjesec dana nakon što je sustav za otkrivanje kampusa u ljeto 2020. pozitivan slučaj otkriven je na području fakulteta Revelle jednog petka popodne. Zajednica kampusa obaviještena je u roku od 14 sati, a ciljane poruke poslane su ljudima povezanim sa zahvaćenim zgradama, preporučujući da se testiraju na virus što je prije moguće. Više od 650 ljudi testirano je na COVID-19 tog vikenda.
Kao rezultat, identificirane su dvije asimptomatske osobe pozitivne na COVID-19. Nakon što ih je kampus odmah obavijestio, samoizolirali su se prije nego što je moglo doći do izbijanja bolesti. Sada, rezultati probira otpadnih voda dostupni su na javnoj nadzornoj ploči, a pozitivni uzorci se sekvenciraju kako bi se pratila pojava novih varijanti SARS-CoV-2. Program Povratak na učenje, uključujući ispitivanje otpadnih voda, postao model za druga sveučilišta, Školski okruzi i regije K-12.
"Kako se prepreka za ulazak i rad nastavlja smanjivati, nadamo se da će epidemiologija otpadnih voda postati šire prihvaćena, "Knight je rekao." Brzo, veliki sustavi ranog upozoravanja na zarazne bolesti mogli bi biti osobito korisni za nadzor zajednice u ranjivim populacijama i zajednicama s manjim pristupom dijagnostičkim ispitivanjima i s manje mogućnosti za udaljenost i izolaciju -; za vrijeme ove pandemije, i sljedeći. "