Erik Jepsen
Punti chiave
- Il test delle acque reflue per COVID-19 è un modo efficace per monitorare potenziali focolai.
- Grazie a un metodo migliorato, questo tipo di sorveglianza può essere eseguito più velocemente, in modo più efficiente e più economico.
- Il miglioramento del processo consente di testare ogni giorno dozzine di campioni provenienti da fognature e impianti di trattamento delle acque reflue anziché solo una manciata.
- I test rapidi delle acque reflue possono essere utilizzati anche per rilevare e monitorare altre epidemie virali in futuro.
All'inizio della pandemia, gli scienziati si sono rivolti alle acque reflue come sistema di allarme per focolai di COVID-19. Testare campioni di acque reflue per la presenza del virus si è dimostrato utile per individuare un edificio o un'area in cui il COVID-19 è già presente, anche se i portatori sono asintomatici. Il metodo è stato implementato ovunque, dai college alle comunità locali.
Ma questo metodo ha un difetto significativo: la sua velocità. Ora, un team della School of Medicine dell'Università della California a San Diego (UCSD) ha trovato un modo per accelerare il processo di rilevamento e fornire dati accurati più rapidamente.
Il processo originale era lento perché i campioni di acque reflue o liquami sono diluiti e devono essere concentrati, il che richiede molti passaggi e utilizza molte risorse, dice a Verywell Smruthi Karthikeyan, PhD, ingegnere ambientale e ricercatore post-dottorato presso la UCSD School of Medicine. Karthikeyan è l'autore principale di un rapporto sul processo pubblicato questo mese sulla rivistamSystems.
Accelerare il processo
A differenza di un tampone nasale, che preleva un piccolo campione di muco, un campione di acque reflue da una fogna o da un impianto di trattamento delle acque reflue viene diluito dopo aver sbronzato con tutto il resto che è andato giù per lo scarico.
I campioni di acque reflue devono essere concentrati in modo che SARS-CoV-2, il virus che causa COVID-19, se presente, sia più facile da trovare. Ma c'era bisogno di un metodo più veloce per concentrare quei campioni e trovare l'RNA dal virus. I ricercatori erano specificamente interessati a trovare un metodo che potesse essere eseguito simultaneamente su molti campioni e che potesse fornire risultati accurati nello stesso giorno.
Per accelerare il processo, Karthikeyan e il suo team si sono rivolti a un'assistenza robotica che aveva già nel suo laboratorio. Prima dell'inizio della pandemia, la sua ricerca si è concentrata sul microbioma intestinale, un'area di studio che comprende anche l'esame di campioni di acque reflue. Modificando quel sistema, sono stati in grado di estrarre rapidamente l'RNA dai campioni di acque reflue ed eseguire una reazione a catena della polimerasi (PCR) per cercare i geni distintivi di COVID-19.
Nei sistemi precedentemente utilizzati per la sorveglianza delle acque reflue, i campioni di acqua venivano concentrati utilizzando metodi di filtrazione o precipitazione, che richiedevano tempo e molte risorse per eseguire i test.
Invece, questo sistema ad alto rendimento utilizza sfere magnetiche che si collegano preferenzialmente a bit del virus, spiega Karthikeyan. Il processore robotico quindi raccoglie le perline utilizzando una testa magnetica, lasciando tutto il resto alle spalle.
"In questo modo selezioni solo il virus e non raccogli tutta la spazzatura", dice. "Aumenta le tue possibilità di trovare il virus anche in un sistema diluito." I campioni concentrati vengono quindi testati per tre diversi geni target sul genoma COVID-19 utilizzando il test PCR.
Che cos'è lo screening ad alta produttività?
Lo screening ad alta produttività utilizza apparecchiature automatizzate per testare rapidamente da migliaia a milioni di campioni per l'attività biologica a livello dell'organismo, cellulare, percorso o molecolare.
Il sistema migliorato aumenta notevolmente la velocità dei test.
"[In precedenza] non potevo fare più di 10 campioni in un giorno. Mi ci sono volute ore per fare la stessa cosa ", dice Karthikeyan. "Con questo, possiamo eseguire 120 campioni in 4,5 ore dalla ricezione del campione all'effettiva rilevazione della PCR".
Questo processo ha l'ulteriore vantaggio di essere più economico poiché richiede meno risorse e meno persone per eseguire il test, aggiunge. Il test può essere eseguito su campioni di acque reflue fino a 10 millilitri di volume.
Anche l'accuratezza dei risultati con questo metodo è elevata. I test rapidi consentono ai ricercatori di prevedere cosa accadrà con la diffusione di COVID-19 una settimana in anticipo con buona precisione e tre settimane in anticipo con discreta accuratezza, secondo una dichiarazione della UCSD School of Medicine.
Che cosa significa per te
La sorveglianza delle acque reflue per COVID-19 ricorda che il virus può diffondersi anche quando le persone non manifestano sintomi. È importante continuare a prendere le necessarie precauzioni di sicurezza come indossare una maschera, prendere le distanze sociali e lavarsi le mani per mantenere te stesso e la tua comunità al sicuro.
Una storia di successo
Da luglio 2020 è in corso il test delle acque reflue dei dormitori e di altri edifici dell'UCSD. Un team guidato da Rob Knight, PhD, professore e direttore del Center for Microbiome Innovation presso l'UCSD, ha scoperto la tecnica.
Un mese dopo che la scuola ha iniziato a sorvegliare le acque reflue, hanno rilevato un caso asintomatico positivo e l'università è stata in grado di inviare allarmi alle persone negli edifici interessati. Ciò ha facilitato i test mirati degli individui in una determinata area piuttosto che tentare di testare tutti nel campus. I risultati dello screening sono ora disponibili su un dashboard pubblico.
Altre università, come l'Università dell'Arizona, stanno utilizzando test sulle acque reflue per monitorare la diffusione di COVID-19. La città di New York monitora anche il COVID-19 nei campioni dei suoi 14 impianti di trattamento delle acque reflue.
Il sistema UCSD consente di testare rapidamente più campioni d'acqua, offrendo ai funzionari della sanità pubblica uno sguardo alla diffusione del virus prima che le persone possano ammalarsi clinicamente. "Non credo che nessuno lo stia facendo su una scala come questa", dice Karthikeyan.
Il sistema utilizzato all'UCSD è in grado di rilevare anche un solo caso di COVID-19 in un edificio con più di 400 residenti. In una popolazione giovane, come il corpo studentesco dell'UCSD, le persone infette sono spesso asintomatiche, ma continuano a diffondere il virus, dice Karthikeyan. Nel momento in cui un portatore asintomatico diventa sintomatico o diffonde il virus a qualcuno che mostra sintomi di infezione, il virus potrebbe essersi diffuso in modo esponenziale.
Karthikeyan ei suoi colleghi stanno attualmente testando campioni di acque reflue per la contea di San Diego. L'impianto di trattamento delle acque reflue di Point Loma elabora le acque reflue per oltre 2,2 milioni di persone, consentendo la raccolta di campioni in un'unica posizione per l'intera area di servizio. È difficile e costoso condurre test per il virus su tutta la popolazione, ma l'utilizzo di test sulle acque reflue come tecnica di sorveglianza consente ai funzionari della sanità pubblica di restringere le aree in cui i test sono cruciali.
La contea di San Diego vuole che il team dell'UCSD non solo rilevi il virus, ma anche sequenzi il genoma del virus per vedere quali varianti del virus potrebbero essere in circolazione, dice Karthikeyan. "Ora faremo il sequenziamento del genoma su larga scala", aggiunge.
Questo tipo di sorveglianza delle acque reflue può essere adattato per condurre la sorveglianza per qualsiasi virus che viene versato nelle feci, dice Karthikeyan, aggiungendo che potrebbe essere utilizzato in molti tipi di epidemie di malattie infettive e potrebbe aiutare a rilevare prima le future pandemie.
