Näytteenotto jätevedestä voi olla aikaa vievää. John Eisele / Coloradon osavaltion yliopisto
mikrobiologit Susan de Long ja Carol Wilusz tapasivat ja heistä tuli jäteveden ystävät huhtikuussa 2020, kun ruohonjuuritason ryhmä jätevedenpuhdistamoiden käyttäjiä pyysi heitä kehittämään ja ottamaan käyttöön testin SARS-CoV-2:n havaitsemiseksi Coloradon viemäristä otetuista näytteistä. De Long on ympäristöinsinööri, joka tutkii hyödyllisiä bakteereja. Wiluszin asiantuntemus on RNA-biologia. Täällä he kuvaavat, kuinka jätevesien valvonta toimii ja mitä se voisi tehdä pandemian jälkeisessä tulevaisuudessa.
Miten jätevesiä valvotaan SARS-CoV-2:n varalta?
Jätevesien valvonnassa hyödynnetään sitä, että monet ihmisen patogeenit ja ihmisen lääkeaineenvaihduntatuotteet päätyvät virtsaan, ulosteeseen tai molempiin. COVID-2:n aiheuttava SARS-CoV-19-virus ilmaantuu yllättävästi suuria määriä tartunnan saaneiden ihmisten ulosteissa, vaikka tämä ei ole tärkein taudin leviämisreitti.
Selvittääksemme, onko olemassa taudinaiheuttajia, meidän on ensin kerättävä edustava näyte jätevedestä joko suoraan viemäristä tai kohdasta, jossa insinöörien "influentiksi" kutsuma vesi tulee puhdistuslaitokseen. Voimme käyttää myös jätevedestä laskeutuneita kiintoaineita.
Tämän jälkeen teknikkojen on poistettava suuret ulosteen hiukkaset ja keskitettävä kaikki mikrobit tai virukset. Seuraava vaihe on niiden nukleiinihappojen uuttaminen – DNA tai RNA, joka sisältää patogeenien geneettisen tiedon.
DNA:n tai RNA:n sisältämät sekvenssit toimivat ainutlaatuisina viivakoodeina läsnä oleville patogeeneille. Jos esimerkiksi havaitsemme geenejä, jotka ovat ainutlaatuisia SARS-CoV-2:lle, tiedämme, että koronavirus on näytteessämme. Käytämme samankaltaisia PCR-pohjaisia lähestymistapoja käytetään kliinisissä diagnostisissa testeissäSARS-CoV-2-sekvenssien havaitsemiseen ja kvantifiointiin.
Nukleiinihapposekvenssin tarkempi karakterisointi voi antaa tietoa viruskannoista – esim. se voi tunnistaa muunnelmia kuten omicron BA.2.
Tällä hetkellä suurin osa jätevesien valvontatoimista keskittyy SARS-CoV-2:een, mutta samat tekniikat toimivat myös muiden patogeenien, kuten polio virus, vaikuttaa ja norovirukset.
Ennen pandemiaa yksi hakemus oli harvinaisten poliovirusepidemioiden seurantaan alueilla, joilla poliorokotus on käynnissä. Jätevettä voidaan myös tarkkailla erilaisten lääkkeiden merkkien varalta, jotta saadaan käsitystä huumeiden käytön taso ja tyyppi väestössä.
Minne tiedot menevät?
Pandemian aikana Yhdysvaltain tautien valvonta- ja ehkäisykeskukset kehittivät Valtakunnallinen jätevesivalvontajärjestelmä erityisesti SARS-CoV-2:n jäljittämiseen kaikkialla maassa. Yli 800 sivustoa raportoi tietoja tähän NWSS-järjestelmään, mutta kaikki osavaltiot ja maakunnat eivät ole tällä hetkellä edustettuina.
Yli 800 kohdetta, jotka kattavat erikokoisia populaatioita, raportoivat COVID-19-jätevesimäärät CDC:lle. CDC COVID -tietojen seuranta, CC BY
Monet valtion virastot, kuten Coloradon kansanterveys- ja ympäristöosastoja kaupungit, kuten Tempe, Arizona, niillä on omat kojelautansa tietojen raportoimista varten. Jotkut jätevesianalyysiä suorittavat yritykset raportoivat tietoja omilla kojelaudoillaanMyös.
Mielestämme NWSS on jännittävä ensimmäinen askel väestön terveyden seurannassa jäteveden avulla. Vastaavia järjestelmiä ollaan perustamassa muihin maihin, mukaan lukien Australia ja Uusi Seelanti.
Mitä jätevesitiedot todella osoittavat?
SARS-CoV-2-tasot suurten populaatioiden jätevesissä ovat erinomainen indikaattori yhteisön tartuntatasosta. Järjestelmä valvoo automaattisesti kaikkia viemärissä asuvia, joten se on anonyymi, puolueeton ja tasapuolinen. Tärkeää on, että on myös mahdotonta jäljittää tartuntaa takaisin tiettyyn henkilöön, kotitalouteen tai naapurustoon ilman lisänäytteitä.
Jätevesien valvonta ei ole riippuvainen kliinisten testien saatavuudesta tai siitä, että ihmiset raportoivat testituloksiaan. Se poimii myös oireettomia ja oireettomia COVID-19-tapauksia; tämä on kriittinen, koska ihmiset, jotka ovat tartunnan saaneet, mutta eivät ole sairaita, voivat silti levittää COVID-19:ää.
Mielestämme jätevesien testaus on yhä tärkeämpää, kun yhä enemmän COVID-19-testejä tehdään kotona. Ja koska rokotus on myös johtanut lievempiä ja oireettomia COVID-19-tapauksia, ihmiset voivat saada tartunnan ilman testausta. Nämä tekijät tarkoittavat, että kliiniset tapaustiedot ovat vähemmän informatiivisia kuin aiemmin pandemian aikana, kun taas jätevesitiedot ovat johdonmukainen indikaattori yhteisön tartuntatasosta. Jätevesien valvonta ei ole riippuvainen siitä, että ihmiset raportoivat positiivisen kotitestin tai edes ovat tietoisia tartunnastaan. Spencer Platt/Getty Images -uutiset
Toistaiseksi et voi ennustaa tarkasti tartunnan saaneiden yksilöiden määrää yhteisössä sen jäteveden virustason perusteella. Jonkun tartunnan vaihe, kuinka hänen kehonsa reagoi virukseen, virusvariantti, kuinka kaukana henkilö oli jätevesinäytteen ottopaikasta, jopa sää voi kaikki vaikuttaa viemäristä mitattuihin SARS-CoV-2-määriin.
Mutta tutkijat voivat päätellä suhteellisia muutoksia infektiomäärissä. Jätevesien virustasojen nousun ja laskun seuraaminen antaa välähdyksen siitä, ovatko tapaukset lisääntymässä vai laskemassa koko yhteisössä.
Koska SARS-CoV-2 voidaan havaita jätevedestä päiviä tai jopa viikkoja ennen taudinpurkauksia, jätevesien seuranta voi antaa varhaisen varoituksen siitä, että kansanterveystoimenpiteet voivat olla perusteltuja. Ja signaalin trendit ovat tärkeitä – jos tiedät, että tasot nousevat, voi olla hyvä aika palauttaa maski tai suositella kotoa työskentelemistä. Tällä hetkellä kansanterveysviranomaiset käyttävät jätevesien seurantatietoja muiden tietojen kanssa kuten testipositiivisuusasteet ja kliinisten tapausten ja sairaalahoitojen määrä yhteisössä tehdäkseen tällaisia päätöksiä.
Sekvensoinnin tiedot voivat myös auttaa havaitsemaan uusia muunnelmia ja seuraamaan niiden tasoja, jolloin terveysvasteet voivat ottaa huomioon olemassa olevan muunnelman ominaisuudet.
Pienemmissä väestöryhmissä, kuten korkeakoulujen asuntoloissa ja hoitokodeissa, jäteveden tarkkailulla voidaan havaita pieni määrä tartunnan saaneita ihmisiä. Tämä voi antaa hälytyksen siitä, että kohdennettu kliininen testaus on tarkoitettu tartunnan saaneiden ihmisten tunnistamiseen eristämistä varten. Varhainen havaitseminen, kohdennettu testaus ja karanteeni ovat tehokkaasti ehkäisemään taudinpurkauksia. Sen sijaan, että järjestelmänvalvojat käyttäisivät kliinistä testausta rutiinivalvontaan, he voivat varata häiritseviä kliinisiä testejä aikoina, jolloin SARS-CoV-2 havaitaan jätevedestä.
Miltä seuranta näyttää tulevaisuudessa?
Laaja ja rutiininomaisen jäteveden seurannan käyttö antaisi kansanterveysviranomaisille mahdollisuuden saada tietoa useiden mahdollisten infektioiden tasosta Yhdysvaltain yhteisöissä. Nämä tiedot voivat ohjata päätöksiä siitä, mistä tarjota lisäresursseja yhteisöille, kuten pitää testaus- tai rokotusklinikoita paikoissa, joissa infektiot ovat lisääntymässä. Se voi myös auttaa määrittämään, milloin interventioita, kuten naamiointia tai koulujen sulkemista, tarvitaan.
Parhaimmassa tapauksessa jätevesien seuranta saattaa saada uuden viruksen, kun se saapuu uudelle alueelle; varhainen sulkeminen hyvin paikallisella alueella voisi mahdollisesti estää tulevan pandemian. Mielenkiintoista on, että tutkijat ovat havainneet SARS-CoV-2:n aiemmin kerätyt arkistoidut jätevesinäytteet kenelläkään oli diagnosoitu COVID-19. Jos jätevesien seuranta olisi ollut osa vakiintunutta kansanterveysinfrastruktuuria jo vuoden 2019 lopulla, se olisi voinut antaa aiemmin varoituksen siitä, että SARS-CoV-2:sta on tulossa globaali uhka.
Toistaiseksi valtakunnallisen jätevesivalvontajärjestelmän perustaminen ja ylläpitäminen, erityisesti sellaisen, joka sisältää rakennustason seurannan avainkohteissa, on kuitenkin vielä liian kallista ja työvoimavaltaista.
Käynnissä oleva tutkimus- ja kehitystyö pyrkii yksinkertaistamaan ja automatisoimaan jätevesinäytteenottoa. Analyysin osalta PCR- ja sekvensointitekniikoiden mukauttaminen muiden patogeenien havaitsemiseksi, mukaan lukien uudet patogeenit, on elintärkeää, jotta tällaisesta järjestelmästä saadaan täysi hyöty. Viime kädessä jätevesien valvonta voisi auttaa tukemaan tulevaisuutta, jossa pandemiat ovat paljon vähemmän tappavia ja niillä on vähemmän sosiaalisia ja taloudellisia vaikutuksia.
Tietoja kirjoittajista
Susan de Long, rakennus- ja ympäristötekniikan apulaisprofessori, Colorado State University ja Carol Wilusz, mikrobiologian, immunologian ja patologian professori, Colorado State University
Tämä artikkeli julkaistaan uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.
Liittyvät kirjat:
Keho pitää pisteet: Aivomieli ja keho trauman paranemisessa
esittäjä (t): Bessel van der Kolk
Tämä kirja tutkii trauman ja fyysisen ja henkisen terveyden välisiä yhteyksiä ja tarjoaa oivalluksia ja strategioita paranemiseen ja palautumiseen.
Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi
Breath: kadonneen taiteen uusi tiede
Kirjailija: James Nestor
Tämä kirja tutkii hengityksen tieteitä ja käytäntöjä ja tarjoaa oivalluksia ja tekniikoita fyysisen ja henkisen terveyden parantamiseksi.
Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi
Kasviparadoksi: "terveellisten" elintarvikkeiden piilotetut vaarat, jotka aiheuttavat sairauksia ja painonnousua
Kirjailija: Steven R. Gundry
Tämä kirja tutkii ruokavalion, terveyden ja sairauksien välisiä yhteyksiä ja tarjoaa oivalluksia ja strategioita yleisen terveyden ja hyvinvoinnin parantamiseksi.
Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi
Immunity Code: Uusi paradigma todelliselle terveydelle ja radikaalille ikääntymisen estämiselle
Kirjailija: Joel Greene
Tämä kirja tarjoaa uuden näkökulman terveyteen ja immuniteettiin, hyödyntäen epigenetiikan periaatteita ja tarjoaa oivalluksia ja strategioita terveyden ja ikääntymisen optimoimiseksi.
Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi
Täydellinen opas paastoon: paranna kehosi jaksoittaisella, vuorotellen ja pitkällä paastolla
Tohtori Jason Fung ja Jimmy Moore
Tämä kirja tutkii paastoamisen tiedettä ja käytäntöä ja tarjoaa oivalluksia ja strategioita yleisen terveyden ja hyvinvoinnin parantamiseksi.
