Erik Jepsen
Inhaltsverzeichnis
Die wichtigsten Erkenntnisse
- Die Untersuchung von Abwasser auf COVID-19 ist eine wirksame Methode zur Verfolgung potenzieller Ausbrüche.
- Dank einer verbesserten Methode kann diese Art der Überwachung schneller, effizienter und kostengünstiger durchgeführt werden.
- Durch die Verfahrensverbesserung können täglich Dutzende Proben aus Abwasserkanälen und Kläranlagen untersucht werden, statt nur eine Handvoll.
- Schnelltests im Abwasser können künftig auch zur Erkennung und Verfolgung weiterer Virusausbrüche eingesetzt werden.
Schon zu Beginn der Pandemie nutzten Wissenschaftler Abwasser als Warnsystem für COVID-19-Ausbrüche.1 Testen von Abwasserproben auf das Vorhandensein des Virus hat sich als nützlich erwiesen, um ein Gebäude oder einen Bereich zu identifizieren, in dem COVID-19 bereits vorhanden ist, selbst wenn die Träger asymptomatisch sind. Die Methode wurde überall von Hochschulen bis hin zu lokalen Gemeinden umgesetzt.
Diese Methode hat jedoch einen entscheidenden Nachteil: ihre Geschwindigkeit. Nun hat ein Team der medizinischen Fakultät der University of California in San Diego (UCSD) einen Weg gefunden, den Nachweisprozess zu beschleunigen und schneller genaue Daten bereitzustellen.
Das ursprüngliche Verfahren war langsam, weil Abwasserproben verdünnt und konzentriert werden müssen, was viele Schritte erfordert und viele Ressourcen verbraucht, erklärt Dr. Smruthi Karthikeyan, Umweltingenieurin und Postdoktorandin an der UCSD School of Medicine, gegenüber Health Life Guide. Karthikeyan ist die Hauptautorin eines Berichts über das Verfahren, der diesen Monat in der Zeitschrift mSystems veröffentlicht wurde .
Den Prozess beschleunigen
Anders als bei einem Nasenabstrich, bei dem eine kleine Schleimprobe entnommen wird, wird eine Abwasserprobe aus der Kanalisation oder Kläranlage verdünnt, nachdem sie mit allem anderen, was in den Abfluss gelangt ist, herumgeschwappt ist.
Abwasserproben müssen konzentriert werden, damit SARS-CoV-2, das Virus, das COVID-19 verursacht, bei Vorhandensein leichter gefunden werden kann. Es bestand jedoch Bedarf an einer schnelleren Methode, um diese Proben zu konzentrieren und RNA des Virus zu finden. Die Forscher waren insbesondere daran interessiert, eine Methode zu finden, die gleichzeitig an vielen Proben durchgeführt werden konnte und noch am selben Tag genaue Ergebnisse lieferte.
Um den Prozess zu beschleunigen, griffen Karthikeyan und ihr Team auf Roboterunterstützung zurück, die sie bereits in ihrem Labor hatte. Vor Beginn der Pandemie konzentrierte sich ihre Forschung auf das Darmmikrobiom, ein Studienbereich, in dem auch Abwasserproben untersucht werden. Durch die Modifizierung dieses Systems konnten sie schnell RNA aus den Abwasserproben extrahieren und eine Polymerase-Kettenreaktion (PCR) durchführen, um nach Signaturgenen von COVID-19 zu suchen.
Bei den bisher zur Abwasserüberwachung eingesetzten Systemen wurden die Wasserproben durch Filtrations- oder Niederschlagsmethoden konzentriert, was für die Durchführung der Tests viel Zeit und Ressourcen in Anspruch nahm.
Stattdessen verwendet dieses Hochdurchsatzsystem magnetische Kügelchen, die sich bevorzugt mit Teilen des Virus verbinden, erklärt Karthikeyan. Der Roboterprozessor nimmt die Kügelchen dann mit einem Magnetkopf auf und lässt alles andere zurück.
„Auf diese Weise selektieren Sie nur das Virus und nehmen nicht den ganzen Müll mit“, sagt sie. „So erhöhen Sie Ihre Chancen, das Virus auch in einem verdünnten System zu finden.“ Die konzentrierten Proben werden dann mittels PCR-Tests auf drei verschiedene Genziele im COVID-19-Genom getestet.
Was ist Hochdurchsatz-Screening?
Hochdurchsatz-Screening werden automatisierte Geräte eingesetzt, um Tausende bis Millionen von Proben schnell auf biologische Aktivität auf Organismus-, Zell-, Stoffwechsel- oder Molekülebene zu testen.3
Das verbesserte System erhöht die Testgeschwindigkeit erheblich.
„[Früher] konnte ich nicht mehr als 10 Proben pro Tag verarbeiten. Ich habe dafür Stunden gebraucht“, sagt Karthikeyan. „Damit können wir vom Probeneingang bis zur eigentlichen PCR-Erkennung 120 Proben in 4,5 Stunden verarbeiten.“
Dieses Verfahren hat den zusätzlichen Vorteil, dass es billiger ist, da es weniger Ressourcen und weniger Personal für die Durchführung der Tests benötigt, fügt sie hinzu. Die Tests können an Abwasserproben mit einem Volumen von nur 10 Millilitern durchgeführt werden.
Auch die Genauigkeit der Ergebnisse mit dieser Methode ist hoch. Durch Schnelltests können die Forscher eine Woche im Voraus mit guter Genauigkeit und drei Wochen im Voraus mit ziemlicher Genauigkeit vorhersagen, was mit der Ausbreitung von COVID-19 passieren wird, heißt es in einer Erklärung der UCSD School of Medicine .
Was das für Sie bedeutet
Die Abwasserüberwachung auf COVID-19 ist eine Erinnerung daran, dass sich das Virus auch dann verbreiten kann, wenn Personen keine Symptome aufweisen. Es ist wichtig, weiterhin die notwendigen Sicherheitsvorkehrungen wie das Tragen einer Maske, soziale Distanzierung und Händewaschen zu treffen, um sich selbst und Ihre Gemeinschaft zu schützen.
Eine Erfolgsgeschichte
Seit Juli 2020 werden Abwässer aus Wohnheimen und anderen Gebäuden der UCSD getestet. Ein Team unter der Leitung von Rob Knight, PhD, Professor und Direktor des Center for Microbiome Innovation an der UCSD, entdeckte die Technik.
Einen Monat nachdem die Schule mit der Überwachung des Abwassers begonnen hatte, wurde ein positiver asymptomatischer Fall festgestellt und die Universität konnte Warnmeldungen an die Personen in den betroffenen Gebäuden senden. Dies ermöglichte gezielte Tests von Personen in einem bestimmten Bereich, anstatt zu versuchen, alle auf dem Campus zu testen. Die Screening-Ergebnisse werden nun auf einem öffentlichen Dashboard bereitgestellt .
Andere Universitäten wie die University of Arizona nutzen Abwassertests, um die Ausbreitung von COVID-19 zu verfolgen. Die Stadt New York überwacht COVID-19 sogar in Proben aus ihren 14 Kläranlagen.
Das System der UCSD ermöglicht die schnelle Untersuchung größerer Wasserproben und gibt den Gesundheitsbehörden Einblick in die Ausbreitung des Virus, bevor Menschen klinisch erkranken. „Ich glaube nicht, dass irgendjemand das in einem solchen Umfang tut“, sagt Karthikeyan.
Das an der UCSD eingesetzte System kann sogar nur einen einzigen Fall von COVID-19 in einem Gebäude mit mehr als 400 Bewohnern erkennen. In einer jungen Bevölkerung wie der Studentenschaft der UCSD sind infizierte Personen oft asymptomatisch, scheiden das Virus aber trotzdem aus, sagt Karthikeyan. Bis ein asymptomatischer Träger Symptome entwickelt oder das Virus auf jemanden überträgt, der Infektionssymptome zeigt, könnte sich das Virus bereits exponentiell ausgebreitet haben.
Karthikeyan und ihre Kollegen testen derzeit Abwasserproben für San Diego County. Die Abwasseraufbereitungsanlage in Point Loma verarbeitet Abwasser für mehr als 2,2 Millionen Menschen, sodass an einem Ort Proben für das gesamte Versorgungsgebiet entnommen werden können. Es ist schwierig und teuer, die gesamte Bevölkerung auf das Virus zu testen, aber die Verwendung von Abwassertests als Überwachungstechnik ermöglicht es den Gesundheitsbehörden, die Gebiete einzugrenzen, in denen Tests unbedingt erforderlich sind.
San Diego County möchte, dass das UCSD-Team das Virus nicht nur erkennt, sondern auch das Genom des Virus sequenziert, um zu sehen, welche Varianten des Virus im Umlauf sein könnten, sagt Karthikeyan. „Jetzt werden wir eine Genomsequenzierung im großen Maßstab durchführen“, fügt sie hinzu.
Diese Art der Abwasserüberwachung könne angepasst werden, um eine Überwachung auf mit dem Kot ausgeschiedene Viren durchzuführen, sagt Karthikeyan. Er fügt hinzu, dass sie bei zahlreichen Epidemien von Infektionskrankheiten eingesetzt werden könne und möglicherweise dabei helfen könne, künftige Pandemien früher zu erkennen.
Die Informationen in diesem Artikel sind zum angegebenen Datum aktuell. Das bedeutet, dass zum Zeitpunkt des Lesens neuere Informationen verfügbar sein können. Die aktuellsten Informationen zu COVID-19 finden Sie auf unserer Coronavirus-Nachrichtenseite .