Roboti za ravnanje s tekočino za nadzor odpadnih voda pomagajo napovedati primere COVID-19 v San Diegu

V prvih dneh pandemije COVID-19, preden je bilo diagnostično testiranje široko dostopno, predstavniki javnega zdravstva so težko spremljali širjenje okužbe, ali napovedati, kje bi se lahko pojavili izbruhi. Poskusi prehitevanja virusa so še vedno zapleteni zaradi dejstva, da se ljudje lahko okužijo in širijo virus, ne da bi sami imeli kakršne koli simptome.

Ko so se pojavile študije, ki kažejo, da je bila oseba pozitivna na COVID -19 -; ali so bili simptomatski ali ne -; izločajo virus v blatu, "kanalizacija se je zdela kot" dogajanje ", kjer jo je treba iskati, "je dejal Smruthi Karthikeyan, Doktor znanosti, okoljski inženir in podoktorski raziskovalec na Medicinski fakulteti Univerze v Kaliforniji v San Diegu.

Od julija do novembra 2020, Karthikeyan in ekipa, vodi Rob Knight, Doktor znanosti, profesor in direktor Centra za mikrobiomske inovacije na UC San Diego, vzorčili kanalizacijsko vodo, da bi ugotovili, ali bi lahko odkrili SARS-CoV-2, virus, ki povzroča COVID-19. Oni bi lahko. Toda koncentracija odpadne vode se je izkazala za ozko grlo -; to je počasen in naporen večstopenjski proces.

Zdaj, v prispevku, objavljenem 2. marca, 2021 v mSistemi , raziskovalci opisujejo, kako so avtomatizirali koncentracijo odpadne vode s pomočjo robotov za ravnanje s tekočinami. Robusnost svojega sistema so dokazali tako, da so ga primerjali z obstoječimi metodami in pokazali, da lahko v tednu z odlično natančnostjo napovedujejo primere COVID-19 v San Diegu, in tri tedne s pošteno natančnostjo, samo z uporabo mestne kanalizacije.

Okrožje San Diego ima samo eno primarno čistilno napravo, se nahaja na obali v mestni soseski Point Loma. Približno 2,3 milijona prebivalcev San Diega odplakne vse iztrebke, vključno s tistimi v kampusu UC San Diego, konča tam.

Sedem dni v tednu, Karthikeyan ali njegov kolega sta se odpeljala do čistilne naprave, da bi pobrala vzorce odpadne vode, ki so jih zbrali in za njih shranili laboratorijski tehniki. Vzorce so prinesli v Knight's laboratorij na univerzi Medicinske fakultete UC San Diego v La Jolli.

Na žalost ne moremo samo neposredno testirati vzorcev odpadne vode, kot bi jih vzorčili iz pacientovih brisov iz nosu. To je zato, ker so vzorci, ki jih dobimo, zelo razredčeni -; samo pomislite na število ljudi, ki prispevajo k toku odpadkov, plus ves smeti, ki se sperejo in pridejo v kanalizacijski sistem. "

Smruthi Karthikeyan, Doktor znanosti, Podoktorski raziskovalec, Medicinska fakulteta Univerze v Kaliforniji v San Diegu

Nazaj v laboratorij, raziskovalci obdelujejo odplake s svojo robotsko platformo. Sistem ekstrahira RNA -; genetski material, ki tvori genome virusov, kot je SARS-CoV-2-; iz vzorcev, in izvaja verižno reakcijo s polimerazo (PCR) za iskanje genov za podpis virusa. Avtomatiziran, sistem z visoko prepustnostjo lahko obdela vsakih 40 minut 24 vzorcev. Kasneje istega dne, Karthikeyan dodaja podatke na digitalno nadzorno ploščo, ki sledi novim pozitivnim primerom.

Po besedah ​​Knighta, tehnika je hitrejša, cenejši in občutljivejši od drugih pristopov k nadzoru odpadnih voda. Ekipa lahko identificira en sam primer COVID-19 v stavbi s približno 500 ljudmi.

Ključ za spremljanje odpadne vode v programu UC San Diego Return to Learn

Raziskovalci in študentje v Knight's laboratoriju niso tuji pri obravnavi vzorcev blata. Ekipa je že dolgo znana po svojih študijah črevesnega mikrobioma -; edinstvene skupnosti mikrobov, ki živijo v naših prebavilih. Ljudje po vsem svetu sodelujejo v njihovem raziskovalnem programu, Pobuda Microsetta (ustrezno skrajšano "TMI"), s pošiljanjem njihovih fekalnih brisov v Knight's UC San Diego laboratorij. Projekt z množico ljudi je skupini omogočil, da preuči številne dejavnike, ki bi lahko vplivali na sestavo črevesnega mikrobioma osebe, in na številne načine vpliva na naše zdravje.

Spomladi 2020, Vitezova ekipa se je hitro osredotočila na iskanje enega posebnega mikroba:SARS-CoV-2. Kmalu je ekipa postala sestavni del programa UC San Diego Return to Learn, pristop, ki temelji na dokazih in je univerzi omogočil, da še naprej ponuja stanovanja v kampusu in osebne tečaje ter raziskovalne možnosti. S približno 10, 000 študentov v kampusu, številne komponente programa ohranjajo stopnje primerov COVID-19 precej nižje kot v okolici in v večini univerzitetnih kampusov, ohraniti stopnjo pozitivnosti manj kot 1 odstotek.

Return to Learn temelji na treh stebrih:zmanjševanju tveganja, odkrivanje in posredovanje virusa. Vitezova ekipa in njihovi sodelavci imajo veliko vlogo pri odkrivanju virusov v kampusu. Pomagajo pri odkrivanju asimptomatske prisotnosti virusa SARS-CoV-2 pri študentih in osebju (pogosto se sami zbirajo s testnimi kompleti, ki so na voljo v prodajnih avtomatih), na površinah in v odpadnih vodah.

Ekipa še naprej dnevno zbira vzorce iz več kot 100 vzorčevalcev odpadne vode v kampusu UC San Diego, ki pokrivajo več kot 300 stavb. Približno en mesec po tem, ko je poleti 2020 sistem za odkrivanje kampusa prišel na internet, pozitiven primer je bil v petek popoldne odkrit na območju kolidža Revelle. Skupnost kampusa je bila obveščena v 14 urah, ciljna sporočila pa so bila poslana ljudem, povezanim s prizadetimi stavbami, priporoča, da se čim prej testirajo na virus. Ta konec tedna je bilo na COVID-19 testiranih več kot 650 ljudi.

Kot rezultat, dva asimptomatska posameznika sta bila pozitivna na COVID-19. Potem ko jih je kampus takoj obvestil, so se samoizolirali, preden je lahko prišlo do izbruha. Zdaj, rezultati pregledovanja odpadne vode so na voljo na javni nadzorni plošči, pozitivni vzorci pa se zaporedoma sledijo pojavljanju novih variant SARS-CoV-2. Program za vrnitev k učenju, vključno s preskušanjem odpadnih voda, je postal model za druge univerze, Šolski okoliši in regije K-12.

"Ker ovira za vstop in delovanje še naprej pada, upamo, da bo epidemiologija odpadnih voda postala bolj razširjena, "Je rekel Knight." Hitro, obsežni sistemi zgodnjega opozarjanja na nalezljive bolezni bi lahko bili še posebej uporabni za nadzor skupnosti v ranljivem prebivalstvu in skupnostih z manjšim dostopom do diagnostičnih testov in manj možnostmi za oddaljenost in izolacijo -; v času te pandemije, in naslednji. "

• Nove interakcije gostitelj-virus-mikrobiom med COVID-19 lahko določijo izid
• Študija:Črevesni mikrobiom lahko napoveduje spremembe pri uravnavanju glukoze, povezane s sladkorno boleznijo tipa 2