エリック・ジェプセン
重要なポイント
- COVID-19の廃水をテストすることは、潜在的な発生を追跡するための効果的な方法です。
- 改善された方法のおかげで、このタイプの監視はより速く、より効率的に、そしてより安価に行うことができます。
- プロセスの改善により、下水道や下水処理施設からの数十のサンプルを、ほんの一握りではなく、毎日テストすることができます。
- 迅速な廃水検査は、将来、他のウイルスの発生を検出および追跡するためにも使用される可能性があります。
パンデミックの早い段階で、科学者はCOVID-19の発生の警告システムとして廃水に目を向けました。ウイルスの存在について廃水サンプルをテストすることは、COVID-19がすでに存在する建物や地域を特定するのに役立つことが証明されています。キャリアが無症候性の場合。この方法は、大学から地域社会まであらゆる場所で実施されています。
しかし、この方法には1つの重大な欠陥があります。それは速度です。現在、カリフォルニア大学サンディエゴ校（UCSD）医学部のチームは、検出プロセスを高速化し、正確なデータをより迅速に提供する方法を発見しました。
廃水または下水のサンプルは希釈され、濃縮されなければならないため、元のプロセスは遅かった。これは多くのステップを要し、多くのリソースを使用する、とUCSD医学部の環境エンジニア兼ポスドク研究員であるSmruthiKarthikeyan博士はVerywellに語った。 Karthikeyanは、今月ジャーナルに掲載されたプロセスのレポートの筆頭著者です。mSystems.
プロセスのスピードアップ
粘液の少量のサンプルを採取する鼻腔スワブとは異なり、下水または下水処理施設からの廃水サンプルは、下水管に流れ込んだ他のすべてのものと一緒に動き回った後に希釈されます。
COVID-19を引き起こすウイルスであるSARS-CoV-2が存在する場合はそれを見つけやすくするために、廃水サンプルを濃縮する必要があります。しかし、これらのサンプルを濃縮し、ウイルスからRNAを見つけるためのより高速な方法が必要でした。研究者は、多くのサンプルで同時に実行でき、正確な当日結果を提供できる方法を見つけることに特に興味を持っていました。
プロセスをスピードアップするために、Karthikeyanと彼女のチームは、彼女がすでにラボで行っていたロボットによる支援に目を向けました。パンデミックが始まる前、彼女の研究は腸内細菌叢に焦点を当てていました。腸内細菌叢は、下水サンプルの検査も含む研究分野です。そのシステムを変更することにより、彼らは廃水サンプルからRNAを迅速に抽出し、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）を実行して、COVID-19のシグネチャー遺伝子を検索することができました。
以前に廃水監視に使用されていたシステムでは、水サンプルはろ過または沈殿法を使用して濃縮されていたため、テストの実行に時間と多くのリソースが必要でした。
代わりに、このハイスループットシステムは、ウイルスのビットに優先的にリンクする磁気ビーズを使用します、とKarthikeyanは説明します。次に、ロボットプロセッサは、磁気ヘッドを使用してビーズを拾い上げ、他のすべてを残します。
「この方法では、ウイルスのみを選択し、すべてのがらくたを拾うことはありません」と彼女は言います。 「希薄なシステムでもウイルスを見つける可能性が高くなります。」次に、濃縮されたサンプルは、PCRテストを使用してCOVID-19ゲノム上の3つの異なる遺伝子ターゲットについてテストされます。
ハイスループットスクリーニングとは何ですか？
ハイスループットスクリーニングでは、自動化された機器を使用して、生物、細胞、経路、または分子レベルでの生物活性について数千から数百万のサンプルを迅速にテストします。
改善されたシステムにより、テストの速度が大幅に向上します。
「[以前] 1日に10個を超えるサンプルを作成することはできませんでした。同じことをするのに何時間もかかりました」とKarthikeyanは言います。 「これにより、サンプルの受領から実際のPCR検出まで4.5時間で120サンプルを実行できます。」
このプロセスには、テストを実行するために必要なリソースと人員が少なくて済むため、安価であるという追加の利点があります、と彼女は付け加えます。テストは、わずか10ミリリットルの廃水サンプルで実行できます。
この方法での結果の精度も高いです。 UCSD医学部の声明によると、迅速な検査により、研究者はCOVID-19の蔓延で何が起こるかを1週間前に正確に、3週間前にかなり正確に予測することができます。
これがあなたにとって何を意味するか
COVID-19の廃水サーベイランスは、個人が症状を経験していないときでもウイルスが広がる可能性があることを思い出させます。自分自身と地域社会を安全に保つために、マスクの着用、社会的距離の拡大、手を洗うなど、必要な安全対策を講じ続けることが重要です。
サクセスストーリー
カリフォルニア大学サンディエゴ校の寮やその他の建物からの廃水をテストすることは2020年7月から進行中です。カリフォルニア大学サンディエゴ校のマイクロバイオームイノベーションセンターの教授兼所長であるロブナイト博士が率いるチームがこの技術を発見しました。
学校が廃水を監視し始めてから1か月後、彼らは陽性の無症候性の症例を検出し、大学は影響を受けた建物の人々に警告を送ることができました。これにより、キャンパス内の全員をテストするのではなく、特定のエリアの個人を対象としたテストが容易になりました。スクリーニング結果は、パブリックダッシュボードで利用できるようになりました。
アリゾナ大学などの他の大学は、COVID-19の蔓延を追跡するために廃水検査を使用しています。ニューヨーク市は、14の廃水処理施設からのサンプルでCOVID-19を監視しています。
UCSDシステムにより、より多くの水サンプルを迅速にテストできるため、公衆衛生当局は、人々が臨床的に病気になる前にウイルスの拡散を調べることができます。 「このような規模でやっている人はいないと思います」とKarthikeyanは言います。
UCSDで使用されているシステムは、400人以上の居住者がいる建物でCOVID-19の症例を1つでも検出できます。カリフォルニア大学サンディエゴ校の学生団体のような若い集団では、感染した人々はしばしば無症候性ですが、それでもウイルスを排出している、とKarthikeyanは言います。無症候性キャリアが症候性になるか、感染の症状を示す人にウイルスが広がるまでに、ウイルスは指数関数的に広がる可能性があります。
Karthikeyanと彼女の同僚は現在、サンディエゴ郡の廃水サンプルをテストしています。ポイントロマの廃水処理施設は220万人以上の下水を処理しており、サービスエリア全体の1か所でサンプルを収集することができます。人口全体でウイルスの検査を実施することは困難で費用がかかりますが、監視技術として廃水検査を使用することで、公衆衛生当局は検査が重要な領域を絞り込むことができます。
サンディエゴ郡は、UCSDチームがウイルスを検出するだけでなく、ウイルスゲノムを配列決定して、ウイルスのどの変異体が循環している可能性があるかを確認することを望んでいる、とKarthikeyanは言います。 「今、私たちは大規模なゲノム配列決定を行うつもりです」と彼女は付け加えます。
Karthikeyan氏によると、このタイプの廃水サーベイランスは、糞便から排出されるウイルスのサーベイランスを実施するように適合させることができ、感染症の多くのタイプの流行に使用でき、将来のパンデミックの早期発見に役立つ可能性があると付け加えています。
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