Hvordan spildevandstestning kunne hjælpe med at stoppe spredningen af ​​samfundet i COVID-19

Smederevac / Getty

Vigtigste takeaways

• COVID-19-viruspartikler blev påvist under rutinemæssig spildevandstestning af sovesale ved University of Arizona.
• Skolen blev straks fulgt op ved at teste studerende og personale og identificerede to personer, der var positive for COVID-19, men som ikke havde symptomer.
• Historien fik folk til at undre sig over, hvorfor flere samfund ikke tester urin og afføring for COVID-19.
• Eksperter siger, at testsystemet allerede er overbelastet, og tilføjelse af yderligere prøver vil kun øge det langsomme tempo i resultaterne.

Mens de regelmæssigt testede sovespildevand, opdagede University of Arizona SARS-CoV-2, den virus, der forårsager COVID-19, i prøverne. Universitetet reagerede med øjeblikkelige foranstaltninger for at standse et potentielt udbrud, men historien rejste spørgsmål om hvorfor urin- og afføringsprøver endnu ikke er tilføjet til COVID-19-testmulighederne.

”Det hele er faktisk ret nyt,” fortæller Aaron Peacock, ph.d., direktør for molekylærbiologi hos Microbac Laboratories, Inc, Verywell. ”Det er ikke rigtig gjort regelmæssigt ... de fleste af disse virksomheder, der laver spildevand [test], er vores forsyningsselskaber, så de er i byer eller amter, eller de er forsyningsområder, og de ' er stærkt reguleret. ”

Peacock var ikke involveret i afprøvning af University of Arizona's sovesal, men Microbac Laboratories arbejder i øjeblikket sammen med andre colleges og universiteter for at teste deres spildevand for SARS-CoV-2 viraltælling.

Virksomheden arbejder også med nogle byer og kommuner, der har afsat finansiering til SARS-CoV-2-test. Peacock siger, at spildevandstestning under en pandemi - og ellers - kan supplere andre testmetoder for at give campusser, virksomheder og samfund et større billede af de kommende problemer.

Overvågning af EF-infektionstendenser

Test af spildevandsprøver for COVID-19 viraltælling er anderledes end at teste en person ad gangen. Forskellige modeller og algoritmer kan hjælpe med at overvåge et generelt antal aktive infektioner i et område, og data kan hjælpe med at informere et samfund om, hvorvidt infektionssager stiger, går ned eller forbliver de samme.

”Hvis du ser på det på denne måde, er du op i en ballon på 10.000 fod og ser ned på skoven og giver dig en samlet idé om, hvad der foregår i skoven. Men når du tester individuelle mennesker, tester du individuelle træer, "siger Peacock.

Peacock siger, at SARS-CoV-2 kan kaste sig i en persons afføring, før de har symptomer.

”Det er lidt af en forkyndelse for, hvad der muligvis kommer ned på gedder for aktive infektioner,” siger han.

Efter denne logik kan påvisning af viruspartikler i spildevand hjælpe samfund med at identificere COVID-19 tilfælde hurtigere, hvilket er, hvad der skete ved University of Arizona.

Skolens vand- og energibæredygtige teknologicenter testede spildevand fra opholdsstuer på campus i løbet af den første uges personlige kurser. De fandt tilstedeværelsen af ​​SARS-CoV-2 i en kollegieværelse. Da de testede eleverne og personalet på dette sted, identificerede de to personer, der var positive over for virussen, men som ikke havde symptomer.

Som en del af campusens "Test, Trace, Treat" -strategi måtte alle studerende have en negativ antigen-test, inden de kunne flytte ind på opholdsstuer, ifølge en erklæring fra universitetet.

”Det handler om timingen her,” fortæller Jagdish Khubchandani, ph.d., MPH, MBBS, professor i folkesundhed ved New Mexico State University, Verywell. ”Jeg tror i dag, hvis du tester mig, forhåbentlig - og sandsynligvis - er jeg negativ. Men du lader mig være alene i tre dage. I løbet af de få dage var jeg måske gået til den lokale købmand eller mødt nogle mennesker, og jeg blev smittet. ”

Fange sager før symptomer

Ifølge forskning fra Johns Hopkins Medicine kan resultatet, når en person testes i de tidlige dage af en COVID-19-infektion, medføre en falsk negativ.

For undersøgelsen, der blev offentliggjort iAnnaler for intern medicinblev data fra 1.330 prøver, der gennemgik test af reverse-transkriptase-polymerasekædereaktion (RT-qPCR), gennemgået. Forskerne beregnede dagligt falske-negative satser ved hjælp af testresultaterne og den rapporterede infektionsdato eller tidspunktet, hvor symptomerne dukkede op.

Efter deres skøn var personer, der blev testet for virussen i de fire dage efter de blev inficeret, 67% mere tilbøjelige til at teste negative og modtog derfor en falsk negativ. Testen viste sig at være mere præcis otte dage efter infektion, men selv da var den falske positive rate 20%.

"Selv når jeg bliver smittet," forklarer Khubchandani hypotetisk, "oprindeligt i de første 7 til 10 dage - eller endda to uger for nogle mennesker - har jeg ingen symptomer, men jeg fortsætter stadig med at kaste virussen."

University of Arizona flyttede de to studerende, der testede positive for COVID-19 fra opholdsstuen til karantæne. De studerende vil fortsætte undervisningen online, indtil de er i stand til sikkert at vende tilbage til kollegiets liv og personlige studier.

Efter at de studerende var sat i karantæne testede skolens vand- og energibæredygtige teknologicenter kollegiets spildevand igen og fandt ingen spor af virussen.

Hvis virussen udgydes i kropsligt affald og potentielt kan bruges til at detektere coronavirus tidligere end COVID-19-tests som nasopharyngeal vatpind, så hvorfor tester ikke flere skoler og samfund urin- og fækalprøver?

"Urinanalyse ville udgøre yderligere trin og byrde for testning," siger Khubchandani. Da teststød og forsinkelser fra efterslæbte laboratorier allerede er et problem, ville test af kropsaffald for enkeltpersoner være en yderligere udfordring.

Sådan testes spildevand til COVID-19

Peacock forklarer, at Microbac Laboratories opnår en repræsentativ prøve på en af ​​to måder. Den første er det, der kaldes en grab-test, hvor der indsamles en tilfældig prøve. Den anden er en sammensat test, hvor et instrument sættes på plads til opsamling af spildevand hvert 15. eller 20. minut.

Derefter justeres prøveens pH for at få viruspartiklerne til at klæbe til andre partikler, hvilket hjælper med filtrering. Derefter ekstraheres nukleinsyrer og potentielt virus-RNA, og der udføres en RT-qPCR-test. Testen "ændrer RNA til det komplementære DNA," siger Peacock. "Og så læses det komplementære DNA af vores instrument."

RT-qPCR

RNA omdannes til komplementært DNA, en syntetisk form af DNA fremstillet af en RNA-skabelon. Testen har mange anvendelser, lige fra genetik til klinisk forskning.

RT-qPCR-testen er den samme analyse, der bruges til prøver indsamlet fra nasopharyngeal podepinde. Du har dog brug for en anden metrik til spildevandstestning. Microbac tester også for peber mildt mottle virus (PMMoV).

"Det er den mest almindelige menneskeassocierede virus i spildevand," siger Peacock. Det er også blevet brugt til at teste vandkvaliteten. ”Du kan bruge PMMoV til at fortælle dig, hvor meget menneskeligt affald der er i spildevandet til enhver tid,” siger Peacock og henviser til behovet for at skelne fra menneskeligt input og industrielt input. "Og så kan du bruge det til at lægge dine resultater i sofaen for dine SARS-CoV-2-numre."

Test ud over sovesale

”Virksomheder, industrier, fabrikker og arbejdssteder kan være gode steder at vurdere virusets belastning,” siger Khubchandani. I de første måneder af pandemien blev f.eks. Kødpakningsplanter COVID-19-hotspots til udbrud. Kontrol af tilstedeværelsen af ​​virussen i et anlægs spildevand kan hjælpe med at forhindre fremtidige udbrud.

Jagdish Khubchandani, ph.d., MPH, MBBS

Jeg tror, ​​hvad jeg skal understrege, er, at vores største udfordring med at teste spildevand eller mennesker er: hvordan oversætter du det til offentlig tilpasning?

Byer kan muligvis også bruge testen til at indsamle data fra forskellige underafsnit i et samfund. "Uanset hvor du har en liftstation (et pumpehus) eller et område, hvor vandet samles - [hvad enten det er til et kvarter eller til en gymnasium - kan du prøve det," siger Peacock.

Når det er sagt, kunne finansiering og bureaukrati stadig være en hindring. ”I en større samfundssituation er der masser af ekstra udgifter til berigelse af prøven for at få den rigtige type viral belastning. Og mange byer har muligvis ikke den slags ressourcer. ” Siger Khubchandani.

Khubchandani bringer også en anden vigtig overvejelse i forbindelse med indsamling af data op. "Jeg tror, ​​hvad jeg skal understrege er, at vores største udfordring med at teste spildevand eller mennesker er: hvordan oversætter du det til offentlig tilpasning?"

Hvis et samfund opdager en høj COVID-19-byrde gennem spildevandstestning, ville mere aggressive socialt distancerende foranstaltninger og test af enkeltpersoner inden for dette samfund skulle ske.Khubchandani tilføjer, at dataene i sidste ende er "kun nyttige, hvis der er en realtidsvurdering og fællesskabshandling styret af denne vurdering."

Hvad det betyder for dig

Mens dit samfund muligvis ikke tester dets spildevand til COVID-19 snart, er historien fra University of Arizona en påmindelse om, at virussen kan sprede sig, selv når du ikke har symptomer. Fortsæt med at tage de rette forholdsregler over for social afstand, iført din maske og praktisere effektiv håndhygiejne er stadig de bedste måder at beskytte dig, din familie og dit samfund på.