I robot per la gestione dei liquidi per la sorveglianza delle acque reflue aiutano a prevedere i casi di COVID-19 a San Diego

Nei primi giorni della pandemia di COVID-19, prima che i test diagnostici fossero ampiamente disponibili, era difficile per i funzionari della sanità pubblica tenere traccia della diffusione dell'infezione, o prevedere dove potrebbero verificarsi focolai. I tentativi di anticipare il virus sono ancora complicati dal fatto che le persone possono essere infettate e diffondere il virus anche senza manifestare alcun sintomo.

Quando sono emersi studi che dimostrano che una persona risulta positiva al COVID-19 -; indipendentemente dal fatto che fossero sintomatici -; spargono il virus nelle feci, "la fogna sembrava il luogo 'successo' dove cercarla, " disse Smruthi Karthikeyan, dottorato di ricerca, un ingegnere ambientale e ricercatore post-dottorato presso la University of California San Diego School of Medicine.

Da luglio a novembre 2020, Karthikeyan e squadra, guidato da Rob Knight, dottorato di ricerca, professore e direttore del Center for Microbiome Innovation presso l'UC San Diego, campioni di acque reflue per vedere se potevano rilevare SARS-CoV-2, il virus che causa il COVID-19. Potevano. Ma concentrare le acque reflue si è rivelato un collo di bottiglia -; è un processo a più fasi lento e laborioso.

Ora, in un articolo pubblicato il 2 marzo 2021 in mSistemi , i ricercatori descrivono come hanno automatizzato la concentrazione delle acque reflue con l'aiuto di robot per la gestione dei liquidi. Hanno dimostrato la robustezza del loro sistema confrontandolo con i metodi esistenti e dimostrando di poter prevedere i casi di COVID-19 a San Diego di una settimana con un'eccellente precisione, e tre settimane con discreta precisione, usando solo le acque reflue cittadine.

La contea di San Diego ha un solo impianto di trattamento delle acque reflue primarie, situato sulla costa nel quartiere di Point Loma della città. Tutti gli escrementi spazzati via dai circa 2,3 milioni di residenti di San Diego, compresi quelli del campus dell'UC San Diego, finisce lì.

Sette giorni alla settimana, Karthikeyan o un collega si sono recati all'impianto di trattamento per raccogliere campioni di acque reflue che erano stati raccolti e conservati per loro dai tecnici di laboratorio in loco. Hanno portato i campioni al laboratorio di Knight nel campus della UC San Diego School of Medicine a La Jolla.

Sfortunatamente, non possiamo semplicemente testare direttamente i campioni di acque reflue come faremmo con i campioni dei tamponi nasali dei pazienti. Questo perché i campioni che otteniamo sono altamente diluiti -; basti pensare al numero di persone che contribuiscono al flusso di rifiuti, più tutta la spazzatura che viene scaricata e arriva al sistema fognario."

Smruthi Karthikeyan, dottorato di ricerca, Ricercatore post-dottorato, Facoltà di Medicina dell'Università della California a San Diego

Tornato in laboratorio, i ricercatori elaborano le acque reflue utilizzando la loro piattaforma robotica. Il sistema estrae RNA -; il materiale genetico che compone i genomi di virus come SARS-CoV-2 -; dai campioni, ed esegue la reazione a catena della polimerasi (PCR) per cercare i geni caratteristici del virus. L'automazione, il sistema ad alta produttività può elaborare 24 campioni ogni 40 minuti. Più tardi lo stesso giorno, Karthikeyan aggiunge i dati a una dashboard digitale che tiene traccia dei nuovi casi positivi.

Secondo Cavaliere, la tecnica è più veloce, più economico e più sensibile di altri approcci alla sorveglianza delle acque reflue. Il team è in grado di identificare un singolo caso COVID-19 in un edificio di circa 500 persone.

Chiave di monitoraggio delle acque reflue per il programma Return to Learn della UC San Diego

I ricercatori e gli studenti del laboratorio di Knight non sono estranei a trattare con campioni di feci. Il team è noto da tempo per i suoi studi sul microbioma intestinale -; le comunità uniche di microbi che vivono nei nostri tratti gastrointestinali. Persone di tutto il mondo partecipano al loro programma di ricerca, L'iniziativa Microsetta (giustamente abbreviata "TMI"), inviando i loro tamponi fecali al laboratorio di Knight's UC San Diego. Il progetto crowdsourced ha permesso al team di studiare i molti fattori che potrebbero influenzare la composizione del microbioma intestinale di una persona, e i molti modi in cui influenza la nostra salute.

Nella primavera del 2020, Il team di Knight si è concentrato rapidamente sulla ricerca di un particolare microbo:SARS-CoV-2. Ben presto il team divenne parte integrante del programma Return to Learn dell'UC San Diego, un approccio basato sull'evidenza che ha permesso all'università di continuare a offrire alloggi nel campus e lezioni di persona e opportunità di ricerca. Con circa 10, 000 studenti nel campus, le molte componenti del programma hanno mantenuto i tassi di casi COVID-19 molto più bassi rispetto alla comunità circostante e alla maggior parte dei campus universitari, mantenendo un tasso di positività inferiore all'1%.

Return to Learn si basa su tre pilastri:mitigazione del rischio, rilevazione e intervento virale. Il team di Knight e i loro collaboratori svolgono un ruolo importante nel rilevamento virale nel campus. Aiutano a individuare la presenza asintomatica di SARS-CoV-2 negli studenti e nel personale (spesso raccolti autonomamente utilizzando kit di test disponibili presso i distributori automatici), sulle superfici e nelle acque reflue.

Il team continua a raccogliere campioni ogni giorno da più di 100 campionatori di acque reflue nel campus della UC San Diego, che coprono più di 300 edifici. Circa un mese dopo l'attivazione del sistema di rilevamento del campus nell'estate 2020, un venerdì pomeriggio è stato rilevato un caso positivo nella zona del Revelle College. La comunità del campus è stata informata entro 14 ore e sono stati inviati messaggi mirati alle persone associate agli edifici interessati, raccomandando che vengano testati per il virus il prima possibile. Più di 650 persone sono state testate per COVID-19 quel fine settimana.

Di conseguenza, due individui asintomatici sono stati identificati come positivi per COVID-19. Dopo che il campus li ha prontamente avvisati, si sono autoisolati prima che si verificasse un focolaio. Ora, I risultati dello screening delle acque reflue sono disponibili su un dashboard pubblico e i campioni positivi vengono sequenziati per monitorare l'emergere di nuove varianti di SARS-CoV-2. Il programma Return to Learn, compreso il test delle acque reflue, è diventato un modello per altre università, Distretti e regioni scolastici K-12.

"Mentre la barriera all'ingresso e all'operatività continua a calare, speriamo che l'epidemiologia basata sulle acque reflue venga adottata più ampiamente, " Knight ha detto. "Rapido, sistemi di allerta precoce per malattie infettive su larga scala potrebbero essere particolarmente utili per la sorveglianza della comunità in popolazioni e comunità vulnerabili con minore accesso ai test diagnostici e minori opportunità di allontanarsi e isolare -; durante questa pandemia, e il prossimo."

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