Roboty manipulujúce s kvapalinami na sledovanie odpadových vôd pomáhajú predpovedať prípady COVID-19 v San Diegu

V predchádzajúcich dňoch pandémie COVID-19 predtým, ako boli diagnostické testy široko dostupné, pre úradníkov verejného zdravotníctva bolo ťažké sledovať šírenie infekcie, alebo predpovedať, kde je pravdepodobnosť výskytu ohnísk. Pokusy dostať sa pred vírusom sú stále komplikované skutočnosťou, že ľudia sa môžu nakaziť a šíriť vírus aj bez toho, aby sami pociťovali akékoľvek príznaky.

Keď sa objavili štúdie, ktoré ukázali, že osoba s pozitívnym testom na COVID -19 -; bez ohľadu na to, či boli symptomatické -; vylučujú vírus do stolice, „Kanalizácia sa zdala byť„ dejiskom “miesta, kde ju hľadať, “povedal Smruthi Karthikeyan, PhD., environmentálny inžinier a postdoktorandský výskumník na Kalifornskej univerzite v San Diegu School of Medicine.

Od júla do novembra 2020, Karthikeyan a tím, pod vedením Roba Knighta, PhD., profesor a riaditeľ Centra pre inováciu mikrobiómov na UC San Diego, odobrali vzorky odpadovej vody, aby zistili, či dokážu detekovať SARS-CoV-2, vírus, ktorý spôsobuje COVID-19. Mohli. Sústredenie odpadových vôd sa však ukázalo ako úzke miesto -; je to pomalý a namáhavý viacstupňový proces.

Teraz, v dokumente publikovanom 2. marca, 2021 palcov mSystémy , vedci popisujú, ako pomocou robotov na manipuláciu s kvapalinami automatizovali koncentráciu odpadových vôd. Predviedli robustnosť svojho systému tým, že ho porovnali s existujúcimi metódami a ukázali, že dokážu s vynikajúcou presnosťou predpovedať prípady COVID-19 v San Diegu o týždeň, a tri týždne so spravodlivou presnosťou, iba pomocou mestskej kanalizácie.

San Diego County má iba jednu primárnu čistiareň odpadových vôd, sa nachádza na pobreží v mestskej štvrti Point Loma. Všetky exkrementy spláchli približne 2,3 milióna obyvateľov San Diega, vrátane tých v areáli UC San Diego, tam končí.

Sedem dní v týždni, Karthikeyan alebo kolega išli do čistiarne, aby vybrali vzorky odpadových vôd, ktoré pre nich zozbierali a uložili laboratórni technici na mieste. Vzorky priniesli do Knightovho laboratória v areáli lekárskej fakulty UC San Diego v La Jolla.

Bohužiaľ, nemôžeme len priamo testovať vzorky odpadových vôd tak, ako by sme to robili zo vzoriek z nosových tampónov od pacientov. Dôvodom je, že vzorky, ktoré dostaneme, sú veľmi zriedené -; stačí si spomenúť na počet ľudí, ktorí prispievajú k toku odpadu, plus všetko haraburdu, ktoré sa spláchne a dostane do kanalizácie. “

Smruthi Karthikeyan, PhD., Postdoktorand Kalifornská univerzita v San Diegu Lekárska fakulta

Späť v laboratóriu, vedci spracovávajú odpadové vody pomocou svojej robotickej platformy. Systém extrahuje RNA -; genetický materiál, ktorý tvorí genómy vírusov, ako je SARS-CoV-2-; zo vzoriek, a spustí polymerázovú reťazovú reakciu (PCR) na vyhľadávanie podpisových génov vírusu. Automatizované, vysokovýkonný systém dokáže spracovať 24 vzoriek každých 40 minút. Neskôr v ten istý deň, Karthikeyan pridáva údaje na digitálny informačný panel, ktorý sleduje nové pozitívne prípady.

Podľa Knighta, technika je rýchlejšia, lacnejšie a citlivejšie ako iné prístupy k dohľadu nad odpadovými vodami. Tím je schopný identifikovať jeden prípad COVID-19 v budove s približne 500 ľuďmi.

Kľúč monitorovania odpadových vôd k programu Return to Learn UC San Diego

Výskumníkom a študentom v Knightovom laboratóriu nie je cudzie, keď sa zaoberajú vzorkami stolice. Tím je už dlho známy svojimi štúdiami črevného mikrobiómu -; jedinečné komunity mikróbov, ktoré žijú v našom gastrointestinálnom trakte. Ľudia z celého sveta sa zúčastňujú ich výskumného programu, Iniciatíva Microsetta (vhodne skrátene „TMI“), zaslaním ich výkalov do laboratória Knight's UC San Diego. Crowdsourced projekt umožnil tímu študovať mnohé faktory, ktoré môžu ovplyvniť zloženie črevného mikrobiómu človeka, a mnoho spôsobov, akými ovplyvňuje naše zdravie.

Na jar 2020, Knightov tím sa rýchlo zameral na hľadanie jedného konkrétneho mikróbu:SARS-CoV-2. Tím bol čoskoro neoddeliteľnou súčasťou programu Return to Learn UC San Diego, prístup založený na dôkazoch, ktorý univerzite umožnil naďalej ponúkať bývanie v areáli a osobné hodiny a možnosti výskumu. S približne 10, 000 študentov na akademickej pôde, vďaka mnohým komponentom programu je počet prípadov ochorenia COVID-19 oveľa nižší ako v okolitej komunite a väčšine univerzitných areálov, udržanie miery pozitivity nižšej ako 1 percento.

Návrat k učeniu sa opiera o tri piliere:zmiernenie rizika, vírusová detekcia a intervencia. Knightov tím a ich spolupracovníci zohrávajú veľkú úlohu pri detekcii vírusov na akademickej pôde. Pomáhajú kontrolovať asymptomatickú prítomnosť SARS-CoV-2 u študentov a zamestnancov (často sa zbierajú samy pomocou testovacích súprav dostupných z predajných automatov), na povrchoch a v odpadových vodách.

Tím pokračuje v každodennom zbere vzoriek od viac ako 100 odberateľov vzoriek odpadových vôd v areáli UC San Diego, ktoré pokrývajú viac ako 300 budov. Približne jeden mesiac po tom, ako sa v lete 2020 systém detekcie kampusu uviedol do prevádzky, v piatok popoludní bol v oblasti Revelle College zistený pozitívny prípad. Komunita kampusu bola do 14 hodín informovaná a ľuďom z pridružených budov boli zaslané cielené správy. odporúča, aby boli čo najskôr testovaní na vírus. Cez víkend bolo testovaných na COVID-19 viac ako 650 ľudí.

Ako výsledok, dvaja asymptomatickí jedinci boli identifikovaní ako pozitívne na COVID-19. Potom, čo ich kampus okamžite upozornil, izolovali sa skôr, ako mohlo dôjsť k prepuknutiu choroby. Teraz, Výsledky skríningu odpadových vôd sú dostupné na verejnom prístrojovom paneli a pozitívne vzorky sa sekvenujú, aby sa sledoval vznik nových variantov SARS-CoV-2. Program Návrat k učeniu, vrátane testovania odpadových vôd, sa stal vzorom pre ostatné univerzity, K-12 školské obvody a regióny.

„Pretože bariéra vstupu a prevádzky stále klesá, dúfame, že epidemiológia založená na odpadových vodách bude stále viac adoptovaná, „Povedal Knight.“ Rýchlo, rozsiahle systémy včasného varovania pred infekčnými chorobami by mohli byť obzvlášť užitočné pre komunitný dohľad nad zraniteľnými skupinami obyvateľstva a komunitami s menším prístupom k diagnostickému testovaniu a s menšími možnosťami vzdialenosti a izolácie -; počas tejto pandémie a ďalšie. "

• Nové interakcie hostiteľ-vírusový-mikrobióm počas COVID-19 môžu určiť výsledok
• Štúdia:Črevný mikrobióm môže predpovedať zmeny v regulácii glukózy súvisiacej s diabetom 2. typu