Wie Abwassertests dazu beitragen können, die Verbreitung der COVID-19-Community zu stoppen

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Die zentralen Thesen

• COVID-19-Viruspartikel wurden während routinemäßiger Abwassertests der Schlafsäle an der Universität von Arizona nachgewiesen.
• Die Schule testete sofort Schüler und Mitarbeiter und identifizierte zwei Personen, die positiv für COVID-19 waren, aber keine Symptome hatten.
• Die Geschichte brachte die Leute dazu, sich zu fragen, warum mehr Gemeinden nicht Urin und Kot auf COVID-19 testen.
• Experten sagen, dass das Testsystem bereits überlastet ist und das Hinzufügen zusätzlicher Proben nur zu dem schleppenden Ergebnistempo beitragen würde.

Während der regelmäßigen Prüfung des Abwassers im Wohnheim entdeckte die Universität von Arizona SARS-CoV-2, das Virus, das COVID-19 verursacht, in den Proben. Die Universität reagierte mit sofortigen Maßnahmen, um einen möglichen Ausbruch zu stoppen, aber die Geschichte warf Fragen auf Warum Urin- und Stuhlproben noch nicht zu den COVID-19-Testoptionen hinzugefügt wurden.

"Das ist alles ziemlich neu", sagt Aaron Peacock, PhD, Direktor für Molekularbiologie bei Microbac Laboratories, Inc, gegenüber Verywell. „Es wurde nicht wirklich regelmäßig durchgeführt ... Die meisten dieser Unternehmen, die Abwassertests durchführen, sind unsere Versorgungsunternehmen. Sie befinden sich also in Städten oder Landkreisen oder in Versorgungsbezirken. sind stark reguliert. “

Peacock war nicht an der Prüfung des Abwassers des Wohnheims der Universität von Arizona beteiligt, aber Microbac Laboratories arbeitet derzeit mit anderen Hochschulen und Universitäten zusammen, um deren Abwasser auf die SARS-CoV-2-Viruszahl zu testen.

Das Unternehmen arbeitet auch mit einigen Städten und Gemeinden zusammen, die Mittel für SARS-CoV-2-Tests bereitgestellt haben. Laut Peacock können Abwassertests während einer Pandemie - und ansonsten - andere Testmethoden ergänzen, um Campus, Unternehmen und Gemeinden ein umfassenderes Bild der bevorstehenden Probleme zu vermitteln.

Überwachung von Community-Infektionstrends

Das Testen von Abwasserproben auf die COVID-19-Viruszahl unterscheidet sich vom Testen von jeweils einer Person. Verschiedene Modelle und Algorithmen könnten dabei helfen, eine allgemeine Anzahl aktiver Infektionen in einem Gebiet zu überwachen, und Daten könnten dazu beitragen, eine Community darüber zu informieren, ob Infektionsfälle steigen, fallen oder gleich bleiben.

"Wenn Sie es so betrachten, befinden Sie sich in einem Ballon in einer Höhe von 10.000 Fuß, schauen auf den Wald hinunter und geben Ihnen eine allgemeine Vorstellung davon, was im Wald vor sich geht. Aber wenn Sie einzelne Personen testen, testen Sie einzelne Bäume ", sagt Peacock.

Peacock sagt, dass SARS-CoV-2 in den Kot einer Person abgegeben werden kann, bevor sie Symptome hat.

"Es ist eine Art Vorbote dessen, was bei aktiven Infektionen auf den Hecht zukommt", sagt er.

Nach dieser Logik könnte der Nachweis von Viruspartikeln im Abwasser den Gemeinden helfen, COVID-19-Fälle früher zu identifizieren, was an der Universität von Arizona geschehen ist.

Das Wasser- und Energiezentrum für nachhaltige Technologie der Schule testete in der ersten Woche des persönlichen Unterrichts das Abwasser aus den Wohnheimen des Campus. Sie fanden das Vorhandensein von SARS-CoV-2 in einem Wohnheim. Als sie die Schüler und Mitarbeiter an diesem Ort testeten, identifizierten sie zwei Personen, die positiv auf das Virus waren, aber keine Symptome hatten.

Im Rahmen der „Test, Trace, Treat“ -Strategie des Campus mussten alle Studenten einen negativen Antigentest durchführen, bevor sie in Wohnheime einziehen konnten, so eine Aussage der Universität.

"Hier dreht sich alles um das Timing", sagt Jagdish Khubchandani, PhD, MPH, MBBS, Professor für öffentliche Gesundheit an der New Mexico State University, gegenüber Verywell. "Ich denke heute, wenn Sie mich testen, bin ich hoffentlich - und höchstwahrscheinlich - negativ. Aber du lässt mich drei Tage in Ruhe. In diesen wenigen Tagen bin ich vielleicht zum örtlichen Lebensmittelgeschäft gegangen oder habe einige Leute getroffen, und ich habe mich angesteckt. “

Fälle vor Symptomen fangen

Laut Untersuchungen von Johns Hopkins Medicine kann das Ergebnis eines falsch negativen Befundes auftreten, wenn eine Person in den frühen Tagen einer COVID-19-Infektion getestet wird.

Für die Studie, die in der veröffentlicht wurdeAnnalen der Inneren MedizinDaten von 1.330 Proben, die einem Test der reversen Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion (RT-qPCR) unterzogen wurden, wurden überprüft. Die Forscher berechneten die täglichen falsch-negativen Raten anhand der Testergebnisse und des angegebenen Infektionsdatums oder des Zeitpunkts, zu dem Symptome auftraten.

Nach ihren Schätzungen war die Wahrscheinlichkeit, dass Personen, die in den vier Tagen nach der Infektion auf das Virus getestet wurden, um 67% höher negativ und erhielten daher ein falsches Negativ. Der Test erwies sich acht Tage nach der Infektion als genauer, aber selbst dann betrug die falsch positive Rate 20%.

"Selbst wenn ich infiziert werde", erklärt Khubchandani hypothetisch, "habe ich zunächst in den ersten 7 bis 10 Tagen - oder bei manchen Menschen sogar zwei Wochen - keine Symptome, aber ich vergieße das Virus immer noch."

Die Universität von Arizona verlegte die beiden Studenten, die positiv auf COVID-19 getestet wurden, aus dem Wohnheim in die Quarantäne. Die Schüler werden den Unterricht online fortsetzen, bis sie sicher zum Leben im Wohnheim und zum persönlichen Studium zurückkehren können.

Nachdem die Schüler unter Quarantäne gestellt worden waren, testete das Wasser- und Energiezentrum für nachhaltige Technologie der Schule das Abwasser des Wohnheims erneut und fand keine Spuren des Virus.

Wenn das Virus in Körperabfällen verschüttet wird und möglicherweise früher als COVID-19-Tests wie der Nasopharyngealabstrich zum Nachweis von Coronaviren verwendet werden kann, warum testen dann nicht mehr Schulen und Gemeinden Urin- und Stuhlproben?

"Die Urinanalyse würde zusätzliche Schritte und Belastungen für die Tests bedeuten", sagt Khubchandani. Da das Testen von Spannungsspitzen und Verzögerungen in zurückgebliebenen Labors bereits ein Problem darstellt, wäre das Testen von Körperabfällen für Einzelpersonen eine zusätzliche Herausforderung.

So testen Sie Abwasser auf COVID-19

Peacock erklärt, dass Microbac Laboratories auf zwei Arten eine repräsentative Probe erhält. Der erste ist ein sogenannter Grab-Test, bei dem eine Zufallsstichprobe gesammelt wird. Der zweite ist ein zusammengesetzter Test, bei dem alle 15 oder 20 Minuten ein Instrument zum Sammeln von Abwasser installiert wird.

Als nächstes wird der pH-Wert der Probe eingestellt, damit die Viruspartikel an anderen Partikeln haften bleiben, was die Filterung unterstützt. Dann werden Nukleinsäuren und potentielle Virus-RNA extrahiert und ein RT-qPCR-Test durchgeführt. Der Test "wandelt die RNA in die komplementäre DNA um", sagt Peacock. "Und dann wird diese komplementäre DNA von unserem Instrument gelesen."

RT-qPCR

RNA wird in komplementäre DNA umgewandelt, eine synthetische Form von DNA, die aus einer RNA-Matrize hergestellt wird. Der Test hat viele Anwendungen, von der Genetik bis zur klinischen Forschung.

Der RT-qPCR-Test ist dieselbe Analyse, die für Proben verwendet wird, die aus Nasopharynxabstrichen entnommen wurden. Sie benötigen jedoch eine andere Metrik für Abwassertests. Microbac testet auch auf das Pepper Mild Mottle Virus (PMMoV).

"Das ist das am häufigsten mit Menschen assoziierte Virus im Abwasser", sagt Peacock. Es wurde auch verwendet, um die Wasserqualität zu testen. „Mit diesem PMMoV können Sie wissen lassen, wie viel menschlicher Abfall sich zu einem bestimmten Zeitpunkt im Abwasser befindet“, betont Peacock die Notwendigkeit, zwischen menschlichem und industriellem Input zu unterscheiden. "Und dann können Sie das verwenden, um Ihre Ergebnisse für Ihre SARS-CoV-2-Nummern zu formulieren."

Testen außerhalb von Schlafsälen

"Unternehmen, Branchen, Fabriken und Arbeitsstätten können gute Orte sein, um die Belastung des Virus zu beurteilen", sagt Khubchandani. Beispielsweise wurden Fleischverpackungsanlagen in den ersten Monaten der Pandemie zu COVID-19-Ausbruchs-Hotspots. Die Überprüfung des Vorhandenseins des Virus im Abwasser einer Pflanze kann dazu beitragen, zukünftige Ausbrüche zu verhindern.

Jagdish Khubchandani, PhD, MPH, MBBS

Ich denke, ich muss betonen, dass unsere größte Herausforderung beim Testen von Abwasser oder Menschen darin besteht: Wie übersetzen Sie es in öffentliche Anpassung?

Städte können die Tests möglicherweise auch verwenden, um Daten aus verschiedenen Unterabschnitten einer Community zu sammeln. "Wo immer Sie eine Liftstation (ein Pumpenhaus) oder einen Bereich haben, in dem sich das Wasser versammelt - [ob] für eine Nachbarschaft oder für eine High School - können Sie das testen", sagt Peacock.

Trotzdem könnten Finanzierung und Bürokratie immer noch ein Hindernis sein. "In einer größeren Community-Situation gibt es viele zusätzliche Ausgaben für die Anreicherung der Probe, um die richtige Art von Viruslast zu erhalten. Und viele Städte verfügen möglicherweise nicht über diese Art von Ressourcen. “ Sagt Khubchandani.

Khubchandani bringt noch eine weitere wichtige Überlegung für die Datenerfassung vor. "Ich denke, ich muss betonen, dass unsere größte Herausforderung beim Testen von Abwasser oder Menschen darin besteht: Wie übersetzt man es in öffentliche Anpassung?"

Wenn eine Gemeinde durch Abwassertests eine hohe COVID-19-Belastung entdeckt, müssten aggressivere Maßnahmen zur sozialen Distanzierung und Tests von Personen innerhalb dieser Gemeinde durchgeführt werden.Khubchandani fügt hinzu, dass die Daten letztendlich "nur dann nützlich sind, wenn es eine Echtzeitbewertung und Community-Maßnahmen gibt, die von dieser Bewertung geleitet werden".

Was dies für Sie bedeutet

Während Ihre Gemeinde möglicherweise nicht in Kürze ihr Abwasser auf COVID-19 testet, erinnert die Geschichte der Universität von Arizona daran, dass sich das Virus auch dann verbreiten kann, wenn Sie keine Symptome haben. Wenn Sie weiterhin angemessene Vorsichtsmaßnahmen gegen soziale Distanzierung treffen, Ihre Maske tragen und eine effektive Händehygiene praktizieren, sind dies immer noch die besten Möglichkeiten, um Sie, Ihre Familie und Ihre Gemeinde zu schützen.