Il sistema di sorveglianza delle acque reflue della UC San Diego consente la diagnosi precoce della maggior parte dei casi COVID-19

Persone infette da SARS-CoV-2, il virus che causa il COVID-19, sono noti per versarlo nelle loro feci, anche se non manifesta alcun sintomo. Con quello in mente, Dall'estate del 2020, i ricercatori della Scuola di Medicina di San Diego dell'Università della California hanno analizzato le acque reflue degli edifici del campus alla ricerca di segni del virus, pensando che le informazioni potrebbero aiutare a prevenire le epidemie.

Smruthi Karthikeyan, PhD (a sinistra) e Rob Knight, PhD (a destra) preleva campioni di acque reflue dai robot di raccolta nel campus della UC San Diego. Credito:Erik Jepsen/UC San Diego.

Ora hanno dati per eseguirne il backup:screening per SARS-CoV-2 nelle acque reflue, il team ha dimostrato di poter rilevare anche un singolo infetto, persona asintomatica che vive o lavora in un grande edificio. La notifica agli occupanti di ogni edificio con acque reflue positive ha aumentato i tassi di test COVID-19 fino a 13 volte. Una volta che un occupante è risultato positivo, l'isolamento e il tracciamento dei contatti hanno contribuito a prevenire un'ulteriore diffusione del virus.

L'approccio ha consentito la diagnosi precoce dell'85% dei casi di COVID-19 nel campus, ricercatori hanno riferito nel 10 agosto numero 2021 di mSistemi . In altre parole, campioni di acque reflue sono risultati positivi prima della maggior parte delle diagnosi individuali.

I campus universitari beneficiano in particolare della sorveglianza delle acque reflue come mezzo per prevenire le epidemie di COVID-19, poiché sono pieni di popolazioni in gran parte asintomatiche, e sono potenziali punti caldi per la trasmissione che richiedono frequenti test diagnostici".

Smruthi Karthikeyan, dottorato di ricerca, primo autore, ingegnere ambientale e ricercatore post-dottorato presso la UC San Diego School of Medicine

Karthikeyan ha condotto lo studio con l'autore senior Rob Knight, dottorato di ricerca, professore e direttore del Center for Microbiome Innovation presso l'UC San Diego.

Circa 10, 000 studenti hanno vissuto nel campus dell'UC San Diego durante l'anno accademico 2020-2021, con bassi tassi di casi COVID-19 grazie alle numerose mitigazioni dei rischi, elementi di rilevazione e intervento virali che compongono il programma Return to Learn. Credito:Erik Jepsen/UC San Diego.

Lo screening delle acque reflue è parte integrante del programma Return to Learn della UC San Diego, un approccio basato sull'evidenza che ha permesso all'università di offrire alloggi nel campus e lezioni di persona e opportunità di ricerca durante la maggior parte della pandemia.

Return to Learn si basa su tre pilastri:mitigazione del rischio, rilevazione e intervento virale. Con circa 10, 000 studenti del campus durante l'anno accademico 2020-2021, le molte componenti del programma hanno mantenuto i tassi di casi COVID-19 molto più bassi rispetto alla comunità circostante e rispetto alla maggior parte dei campus universitari, mantenendo un tasso di positività inferiore all'1% durante quel periodo. Il programma Return to Learn, compreso il test delle acque reflue, è diventato un modello per altre università, Distretti e regioni scolastici K-12.

Ogni mattina, sette giorni alla settimana, un team di studenti e personale in magliette abbinate si dispiega in tutto il campus su carrelli da golf per raccogliere campioni di acque reflue da 126 robot di raccolta impostati per monitorare 350 edifici. Entro le 10, tornano al laboratorio di Knight presso la School of Medicine.

Là, Karthikeyan e il team elaborano le acque reflue utilizzando un diverso tipo di robot, che concentra il virus utilizzando nanoparticelle magnetiche, quindi estrae l'RNA, il materiale genetico che costituisce i genomi di virus come SARS-CoV-2, dai campioni. Il test della reazione a catena della polimerasi (PCR) viene utilizzato per cercare i geni caratteristici del virus.

Quando viene rilevato il virus, messaggi automatizzati ma mirati vengono inviati attraverso un sistema a livello di campus alle persone associate agli edifici interessati, come studenti, personale e docenti, raccomandando che vengano testati per il virus il prima possibile. I dati vengono aggiunti a un dashboard pubblico.

Una dashboard online tiene traccia del rilevamento delle acque reflue positive al COVID nel campus della UC San Diego e le rende disponibili al pubblico. Credito:UC San Diego.

Dal suo inizio, il team ha lavorato costantemente per ottimizzare il processo, ha detto Karthikeyan. L'attuale approccio automatizzato ha drasticamente ridotto di 20 volte il tempo di risposta da campione a risultato; ora cinque ore per 96 campioni. Miniaturizzando i campioni, i ricercatori hanno ridotto i costi di elaborazione a $ 13 per campione. Knight stima che l'approccio superi la scala di programmi di sorveglianza simili da 10 a 100 volte. Il prossimo passo, Egli ha detto, sarà quello di implementare metodi rapidi per testare le varianti SARS-CoV-2, compreso delta, in tempo reale.

"Questo sistema dimostra come le molte parti diverse di UC San Diego possono lavorare insieme come un sistema per mantenere sicuro il campus, " ha detto Knight. "Questo lavoro ha richiesto non solo progressi nell'elaborazione dei campioni virali, ma squadre tra cui la logistica, Salute e sicurezza ambientale, campus e informatica del sistema sanitario, Gestione delle strutture, e molti altri, così come la leadership del programma Return to Learn per realizzarlo. Ora stiamo aiutando altri campus e organizzazioni a replicare questo successo, che ha un potenziale non solo per il COVID-19, ma per molti altri patogeni trasmessi dalle feci, compresa l'influenza, in futuro."

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