Forskare letar efter alternativa metoder för att förutsäga spridningen av COVID-19

Med de pågående utmaningarna i samband med stora tester för COVID-19-inklusive brist på testkit, stränga testkriterier och de inneboende begränsningarna för nuvarande spårningssystem för mildt symtomatiska och asymptomatiska populationer, forskare letar efter alternativa metoder för att öka testningen för att förutsäga spridningen av sjukdomen.

Crystal Hepp, en biträdande professor vid NAU:s informatikskola, Datoranvändning, och Cyber ​​Systems (SICCS), testar avloppsvatten i norra Arizona-samhällen för att bestämma spridningen av SARS-CoV-2, viruset som orsakar COVID-19. Eftersom viruset kastas i mänskligt avfall, hon tror att avloppsvatten är en livskraftig väg för upptäckt.

Medan forskare förutspår andra eller till och med flera COVID-19-utbrott, Hepp tror att avloppstestning kan fungera som ett tidigt och pågående varningssystem, särskilt i landsbygdssamhällen som inte tjänas av vårdpersonal och medicinska faciliteter, och kan varna operatörerna för avloppsvattenanläggningar för förhöjda risker.

Det kommer att vara avgörande att fortsätta övervakningsaktiviteter som kan hjälpa till att utveckla dynamiska regionala interventionsstrategier. För att vara hållbar under ett utbrott av denna omfattning, en mer robust, en genomförbar och mänskligt oberoende metod för samhällsprovtagning måste genomföras. "

Crystal Hepp, Assisterande professor, Informatikskolan, Datoranvändning, och cybersystem, NAU

För närvarande, Hepp och hennes team testar flöde (obehandlade) och avlopp (behandlade) prover varje vecka på sex platser i Flagstaff, Munds Park, Kachina Village och Kayenta, ligger inom Navajo Nation. Samarbetspartners i projektet inkluderar Flagstaffs stad, Pinewood sanitära distrikt, Kachina Village Improvement District, Navajo Tribal Utility Authority och TGen-North.

Doktorand Jill Cocking, en senior forskningsspecialist i Hepp Lab vid SICCS, leder laboratoriets komponent i arbetet och behandlar varje prov som om det är smittsamt.

"Jag tar detta material och tar bort nukleinsyrorna, "sa Cocking." COVID-19 är ett RNA-virus (ett virus som har ribonukleinsyra som sitt genetiska material), så nästa steg är att förvandla RNA till DNA så att det kan detekteras med en analys utformad av Centers for Disease Control and Prevention.

"Analysen gör kopior av det genetiska materialet tills det finns tillräckligt för att upptäcka det med våra instrument. Om coronaviruset finns i avloppsvattnet, denna analys kommer att meddela oss. "

Prover från tre influenta avloppsvattenanläggningar testade positivt i början av april. Hepp, en assisterande direktör vid NAU:s Pathogen and Microbiome Institute (PMI), noterar att laget inte har hittat några positiva fall i avloppsvatten, indikerar att avloppsvattenanläggningsprocessen är effektiv vid behandling av viruset.

Forskarna kommer att genomföra genetisk sekvensanalys på positiva prover i influent för att leta efter olika stammar.

"Viruset utvecklas alltid, "Hepp sa." Det finns alltid nya påfrestningar som kan uppstå. Om vi ​​hittar flera olika stammar med olika mutationer, som skulle indikera att viruset har haft större chans att mutera över tiden inom befolkningen eller att nya introduktioner har inträffat. Ett högre antal stammar vid varje given tidpunkt kan tyda på fler infekterade individer. "

Hepp arbetar med Jason Sahl, en biträdande direktör för PMI, som kommer att använda sin etablerade genomics pipeline, WG-FAST, att undersöka stammen mångfald.

"Vårt WG-FAST-tillvägagångssätt kan ge stamnivåidentifiering av virus, identifiera stamblandningar och matcha kliniska prover och avloppsprov, "sa Sahl." Detta tillvägagångssätt kan identifiera virus i cirkulation utan att behöva prova människor direkt och kommer oberoende att identifiera fall.

"Det kan också fånga COVID-19-fall som kanske inte presenteras för sjukhuset och kan varna folkhälsomyndigheter om cirkulationer, som hjälper till med kontaktspårning och informerar allmänheten om nya vågor av COVID-19 i deras samhällen. "

"Denna sekvensanalys hjälper oss att förstå den cirkulerande belastningen i ett samhälle, virusets övergripande mångfald och hur det förändras mellan olika platser och vid olika tider på året, "sa Dave Engelthaler, docent och TGen-North direktör.

Hepps studie förväntas fortsätta under sommaren. Hon hoppas kunna säkra finansiering genom National Institutes of Health (NIH) och förlänga forskningen till slutet av utbrottet.

• Forskare etablerar samband mellan inflammatorisk tarmsjukdom och celiaki
• En multi-omics strategi för utveckling av läkemedel mot COVID-19