Roboti předpovídají ohniska COVID-19 tím, že propadnou skrz

Erik Jepsen

Klíčové jídlo

• Testování odpadní vody pro COVID-19 je efektivní způsob, jak sledovat potenciální ohniska.
• Díky vylepšené metodě lze tento typ dohledu provádět rychleji, efektivněji a levněji.
• Vylepšení procesu umožňuje testovat každý den desítky vzorků z kanalizace a čistíren odpadních vod, a to nejen hrstkou.
• Rychlé testy odpadních vod lze také použít k detekci a sledování dalších virových ohnisek v budoucnosti.

Na začátku pandemie se vědci obrátili na odpadní vodu jako varovný systém pro ohniska nákazy COVID-19. Testování vzorků odpadních vod na přítomnost viru se osvědčilo při vyčleňování budovy nebo oblasti, kde je již COVID-19 přítomen, dokonce pokud jsou nositelé asymptomatičtí. Metoda byla implementována všude od vysokých škol až po místní komunity.

Ale tato metoda má jednu významnou chybu: její rychlost. Nyní tým lékařské fakulty University of California v San Diegu (UCSD) našel způsob, jak urychlit proces detekce a rychleji poskytovat přesná data.

Původní proces byl pomalý, protože vzorky odpadních vod nebo odpadních vod jsou ředěny a musí být koncentrovány, což vyžaduje mnoho kroků a využívá spoustu zdrojů, říká Verywell Smruthi Karthikeyan, PhD, environmentální inženýr a postdoktorský výzkumník na UCSD School of Medicine. Karthikeyan je hlavním autorem zprávy o procesu zveřejněné tento měsíc v časopisemSystémy.

Urychlení procesu

Na rozdíl od výtěru z nosu, který odebírá malý vzorek hlenu, se vzorek odpadní vody z kanalizace nebo čistírny odpadních vod zředí poté, co se vrhl na všechno ostatní, co šlo do odtoku.

Je třeba koncentrovat vzorky odpadních vod, aby bylo snazší najít SARS-CoV-2, virus, který způsobuje COVID-19, pokud je přítomen. Bylo však zapotřebí rychlejší metody, jak tyto vzorky koncentrovat a najít RNA z viru. Výzkumníci se konkrétně zajímali o nalezení metody, která by mohla být provedena současně na mnoha vzorcích a mohla přinést přesné výsledky ve stejný den.

Aby se proces urychlil, obrátila se Karthikeyan a její tým k robotické pomoci, kterou už měla ve své laboratoři. Před zahájením pandemie se její výzkum zaměřil na střevní mikrobiom, oblast studia, která zahrnuje také zkoumání vzorků odpadních vod. Úpravou tohoto systému byli schopni rychle extrahovat RNA ze vzorků odpadních vod a spustit polymerázovou řetězovou reakci (PCR) k hledání podpisových genů COVID-19.

V systémech dříve používaných pro dohled nad odpadními vodami byly vzorky vody koncentrovány pomocí filtračních nebo srážkových metod, což vyžadovalo čas a mnoho zdrojů k provedení testů.

Místo toho tento vysoce výkonný systém používá magnetické kuličky, které se přednostně spojují s kousky viru, vysvětluje Karthikeyan. Robotický procesor poté pomocí magnetické hlavy sbírá korálky a vše ostatní nechává za sebou.

"Tímto způsobem vyberete pouze virus a nevyberete všechny haraburdí," říká. "Zvyšuje to vaše šance na nalezení viru i ve zředěném systému." Koncentrované vzorky se poté testují na tři různé genové cíle v genomu COVID-19 pomocí testování PCR.

Co je vysokovýkonný screening?

Vysokovýkonný screening využívá automatizované zařízení k rychlému testování tisíců až milionů vzorků na biologickou aktivitu na úrovni organismu, buněk, cest nebo molekul.

Vylepšený systém výrazně zvyšuje rychlost testování.

"[Dříve] nemohl jsem udělat více než 10 vzorků za den." Trvalo mi hodiny udělat totéž, “říká Karthikeyan. "Díky tomu dokážeme udělat 120 vzorků za 4,5 hodiny od přijetí vzorku po skutečnou detekci PCR."

Dodává, že tento proces má další výhodu v tom, že je levnější, protože vyžaduje méně zdrojů a méně lidí pro spuštění testování. Testování lze provádět na vzorcích odpadních vod o objemu pouhých 10 mililitrů.

Přesnost výsledků s touto metodou je také vysoká. Rychlé testování umožňuje vědcům předpovědět, co se bude dít s rozšířením COVID-19 týden předem s dobrou přesností a tři týdny předem se spravedlivou přesností, podle prohlášení UCSD School of Medicine.

Co to pro vás znamená

Sledování odpadních vod pro COVID-19 připomíná, že virus se může šířit, i když jednotlivci nepociťují žádné příznaky. Je důležité neustále dodržovat nezbytná bezpečnostní opatření, jako je nošení masky, sociální distancování se a mytí rukou, abyste udrželi sebe a svou komunitu v bezpečí.

Příběh úspěchu

Testování odpadních vod z kolejí a dalších budov na UCSD probíhá od července 2020. Techniku ​​objevil tým vedený doktorem Robem Knightem, profesorem a ředitelem Centra pro inovace mikrobiomů na UCSD.

Měsíc poté, co škola začala provádět průzkum odpadních vod, zjistili pozitivní asymptomatický případ a univerzita dokázala rozesílat upozornění lidem v postižených budovách. To usnadnilo cílené testování jednotlivců v dané oblasti, spíše než pokus o testování každého na akademické půdě. Výsledky screeningu jsou nyní k dispozici na veřejném panelu.

Jiné univerzity, například Arizonská univerzita, používají ke sledování šíření COVID-19 testování odpadních vod. New York City dokonce monitoruje COVID-19 ve vzorcích ze svých 14 čistíren odpadních vod.

Systém UCSD umožňuje rychlé testování více vzorků vody, což dává úředníkům veřejného zdraví pohled na šíření viru dříve, než mohou být lidé klinicky nemocní. "Nemyslím si, že to někdo dělá v takovém měřítku," říká Karthikeyan.

Systém používaný na UCSD dokáže detekovat dokonce jen jeden případ COVID-19 v budově s více než 400 obyvateli. U mladé populace, jako je studentský sbor na UCSD, jsou infikovaní lidé často bez příznaků, ale stále se viru zbavují, říká Karthikeyan. V době, kdy se asymptomatický nosič stane symptomatickým nebo rozšíří virus na někoho, kdo vykazuje příznaky infekce, se virus mohl rozšířit exponenciálně.

Karthikeyan a její kolegové v současné době testují vzorky odpadních vod pro okres San Diego. Zařízení na čištění odpadních vod v Point Loma zpracovává odpadní vody pro více než 2,2 milionu lidí, což umožňuje odběr vzorků na jednom místě pro celou oblast služeb. Je obtížné a nákladné provádět testování na virus u celé populace, ale použití testování odpadních vod jako techniky sledování umožňuje úředníkům v oblasti veřejného zdraví zúžit oblasti, kde je testování zásadní.

Okres San Diego chce, aby tým UCSD nejen detekoval virus, ale také sekvenoval genom viru, aby zjistil, které varianty viru mohou obíhat, říká Karthikeyan. "Nyní provedeme rozsáhlé sekvenování genomu," dodává.

Tento typ dozoru nad odpadními vodami lze upravit tak, aby prováděl dozor nad jakýmkoli virem, který se vylučuje ve stolici, říká Karthikeyan a dodává, že by mohl být použit v mnoha druzích epidemií infekčních nemocí a mohl by pomoci odhalit budoucí pandemie dříve.