Jak testowanie ścieków może pomóc powstrzymać rozprzestrzenianie się COVID-19 w społeczności

Podczas regularnych badań ścieków z akademików Uniwersytet Arizony wykrył w próbkach obecność wirusa SARS-CoV-2, który powoduje COVID-19 . Uniwersytet natychmiast zareagował, podejmując działania mające na celu powstrzymanie potencjalnego wybuchu epidemii, ale historia ta wywołała pytania, dlaczego próbki moczu i kału nie zostały jeszcze dodane do opcji testowania COVID-19.

„To wszystko jest w zasadzie całkiem nowe” – mówi Health Life Guide Aaron Peacock, doktor , dyrektor biologii molekularnej w Microbac Laboratories, Inc. „To nie było robione regularnie… większość tych firm, które wykonują [testy] ścieków, to nasze przedsiębiorstwa użyteczności publicznej, więc działają w miastach lub hrabstwach, albo są to okręgi użyteczności publicznej i podlegają ścisłym regulacjom”.

Firma Peacock nie brała udziału w badaniu ścieków z akademika Uniwersytetu Arizony, ale Microbac Laboratories współpracuje obecnie z innymi szkołami wyższymi i uniwersytetami w celu zbadania ich ścieków pod kątem obecności wirusa SARS-CoV-2.

Firma współpracuje również z niektórymi miastami i gminami, które przeznaczyły fundusze na testy na obecność SARS-CoV-2. Peacock mówi, że testowanie ścieków w czasie pandemii — i poza nią — może uzupełniać inne metody testowania, aby dać kampusom, firmom i społecznościom szerszy obraz nadchodzących problemów. 

Monitorowanie trendów zakażeń w społeczności

Badanie próbek ścieków pod kątem liczby wirusów COVID-19 różni się od badania jednej osoby na raz. Różne modele i algorytmy mogą pomóc w monitorowaniu ogólnej liczby aktywnych infekcji na danym obszarze, a dane mogą pomóc społeczności dowiedzieć się, czy liczba przypadków infekcji rośnie, spada, czy pozostaje taka sama. 

„Jeśli spojrzeć na to w ten sposób, jesteś w balonie na wysokości 10 000 stóp, patrzysz w dół na las, co daje ci ogólne pojęcie o tym, co się dzieje w lesie. Ale kiedy testujesz poszczególne osoby, testujesz poszczególne drzewa” – mówi Peacock.

Peacock twierdzi, że wirus SARS-CoV-2 może być wydalany z kałem człowieka, zanim jeszcze pojawią się u niego objawy.

„To pewnego rodzaju zapowiedź tego, co może się wydarzyć w przypadku aktywnych infekcji” – mówi.

Zgodnie z tą logiką wykrycie cząsteczek wirusa w ściekach mogłoby pomóc społecznościom szybciej identyfikować przypadki COVID-19, co właśnie się stało na  Uniwersytecie Arizony .

Centrum Zrównoważonych Technologii Wody i Energii szkoły przeprowadziło testy ścieków z akademików w pierwszym tygodniu zajęć stacjonarnych. W jednym z akademików wykryto obecność SARS-CoV-2. Kiedy przebadano studentów i pracowników w tym miejscu, zidentyfikowano dwie osoby, u których stwierdzono obecność wirusa, ale nie wystąpiły u nich żadne objawy.

Zgodnie z oświadczeniem uniwersytetu , w ramach realizowanej na terenie kampusu strategii „Testuj, śledź, lecz”, wszyscy studenci musieli mieć negatywny wynik testu antygenowego , zanim mogli wprowadzić się do akademików.

„Wszystko zależy od czasu” –  mówi Health Life Guide Jagdish Khubchandani, doktor, magister zdrowia publicznego, MBBS , profesor zdrowia publicznego na Uniwersytecie Stanowym Nowego Meksyku. „Myślę, że dzisiaj, jeśli mnie przetestujesz, mam nadzieję – i najprawdopodobniej – wynik będzie negatywny. Ale zostaw mnie w spokoju na trzy dni. W ciągu tych kilku dni mogłem pójść do lokalnego sklepu spożywczego lub spotkać się z ludźmi i zarazić się”.

Wykrywanie przypadków przed wystąpieniem objawów

Według badań Johns Hopkins Medicine, gdy u osoby przeprowadza się test na wczesnym etapie zakażenia COVID-19, wynik może być  fałszywie negatywny . 

W badaniu, które opublikowano w  Annals of Internal Medicine , przeanalizowano dane z 1330 próbek poddanych testowi odwrotnej transkryptazy łańcuchowej reakcji polimerazy (RT-qPCR). Naukowcy obliczyli dzienne wskaźniki wyników fałszywie ujemnych, korzystając z wyników testu i zgłoszonej daty zakażenia lub czasu pojawienia się objawów.

Według ich szacunków osoby, u których wykonano test na obecność wirusa w ciągu czterech dni po zakażeniu, miały o 67% większe prawdopodobieństwo otrzymania wyniku ujemnego, a zatem otrzymania fałszywie negatywnego. Test okazał się dokładniejszy osiem dni po zakażeniu, ale nawet wtedy wskaźnik fałszywie dodatnich wyników wynosił 20%.

„Nawet gdy zostanę zarażony” – wyjaśnia hipotetycznie Khubchandani – „na początku przez pierwsze 7 do 10 dni – a u niektórych osób nawet przez dwa tygodnie – nie mam żadnych objawów, ale nadal wydalam wirusa”.

Uniwersytet Arizony przeniósł dwóch studentów, u których wykryto COVID-19, z akademika na kwarantannę. Studenci będą kontynuować zajęcia online, dopóki nie będą mogli bezpiecznie wrócić do akademika i nauki stacjonarnej.

Jeśli wirus jest wydalany z odchodami i potencjalnie może posłużyć do wcześniejszego wykrycia koronawirusa niż testy na COVID-19, takie jak wymaz z nosogardła, to dlaczego w większej liczbie szkół i społeczności nie bada się próbek moczu i kału?

„Analiza moczu wymagałaby dodatkowych kroków i obciążenia testowania” – mówi Khubchandani. Ponieważ wzrosty liczby testów i opóźnienia z powodu  zaległych laboratoriów są już problemem, badanie odchodów ustrojowych u osób fizycznych stanowiłoby dodatkowe wyzwanie.

Jak testować ścieki pod kątem COVID-19

Peacock wyjaśnia, że ​​Microbac Laboratories uzyskuje reprezentatywną próbkę na jeden z dwóch sposobów. Pierwszy to tzw. test grab, w którym pobierana jest losowa próbka. Drugi to test złożony, w którym instrument jest umieszczany w celu zbierania ścieków co 15 lub 20 minut.

Następnie pH próbki jest dostosowywane, aby cząsteczki wirusa przykleiły się do innych cząsteczek, co pomaga w filtrowaniu. Następnie ekstrahuje się kwasy nukleinowe i potencjalne RNA wirusa, a następnie wykonuje się test RT-qPCR. Test „zmienia RNA w komplementarne DNA” — mówi Peacock. „A następnie to komplementarne DNA jest odczytywane przez nasz instrument”. 

Test RT-qPCR to ta sama analiza, która jest stosowana do próbek pobranych z wymazów nosogardzieli. Jednak do badania ścieków potrzebna jest inna metryka. Microbac testuje również wirusa łagodnej pstrości papryki (PMMoV).

„To jest najobficiej występujący wirus związany z człowiekiem w ściekach” — mówi Peacock. Był również używany do testowania jakości wody. „Możesz użyć tego PMMoV, aby dowiedzieć się, ile ludzkich odpadów znajduje się w ściekach w danym momencie” — mówi Peacock, powołując się na potrzebę rozróżnienia między wkładem ludzkim a wkładem przemysłowym. „A następnie możesz użyć tego do sformułowania wyników dla liczb SARS-CoV-2”. 

Testowanie poza akademikami

„Korporacje, przemysły, fabryki i miejsca pracy mogą być dobrymi miejscami do oceny obciążenia wirusem” — mówi Khubchandani. Na przykład w pierwszych miesiącach pandemii zakłady mięsne stały się ogniskami epidemii COVID-19. Sprawdzenie obecności wirusa w ściekach zakładu może pomóc zapobiec przyszłym ogniskom.

Miasta mogą również wykorzystać testy do zbierania danych z różnych podsekcji społeczności. „Gdziekolwiek masz stację pompującą (pompownię) lub obszar, w którym gromadzi się woda — [czy] jest to dla sąsiedztwa, czy dla szkoły średniej — możesz to przetestować” — mówi Peacock.

Mimo to finansowanie i biurokracja mogą nadal stanowić przeszkodę. „W przypadku większej społeczności istnieje wiele dodatkowych wydatków na wzbogacenie próbki w celu uzyskania odpowiedniego rodzaju ładunku wirusowego. A wiele miast może nie mieć takich zasobów” — mówi Khubchandani. 

Khubchandani porusza również inną ważną kwestię dotyczącą gromadzenia danych. „Myślę, że muszę podkreślić, że naszym największym wyzwaniem w testowaniu ścieków lub ludzi jest: jak przełożyć to na adaptację społeczną?”

Jeśli społeczność odkryje wysokie obciążenie COVID-19 poprzez testy ścieków, wówczas konieczne będzie wprowadzenie bardziej agresywnych środków dystansu społecznego i testowanie osób w tej społeczności. Khubchandani dodaje, że ostatecznie dane są „przydatne tylko wtedy, gdy istnieje ocena w czasie rzeczywistym i działanie społeczności kierowane tą oceną”.

Informacje w tym artykule są aktualne na dzień podany, co oznacza, że ​​nowsze informacje mogą być dostępne, gdy to czytasz. Aby uzyskać najnowsze informacje na temat COVID-19, odwiedź naszą stronę z wiadomościami o koronawirusie .