廃水モニタリングが将来のパンデミックを回避するのにどのように役立つか

廃水中のパンデミックの監視7 
廃水のサンプリングには時間がかかる場合があります。 ジョンアイゼル/コロラド州立大学

微生物学者 スーザン・デ・ロング 及び キャロル・ウィルシュ 2020年2月、コロラド州の下水道からのサンプルでSARS-CoV-XNUMXを検出するためのテストを開発および展開するように、廃水処理プラントのオペレーターの草の根グループが依頼したときに、廃水愛好家に会い、なりました。 De Longは、有用なバクテリアを研究する環境エンジニアです。 Wiluszの専門知識はRNA生物学にあります。 ここでは、廃水監視がどのように機能し、パンデミック後の将来に何ができるかについて説明します。

SARS-CoV-2の廃水はどのように監視されていますか?

廃水監視は、多くの人間の病原体と人間の薬物代謝の産物が最終的に尿、糞便、またはその両方になるという事実を利用しています。 COVID-2を引き起こすSARS-CoV-19ウイルスが驚くほど現れます 感染者の糞便が大量に、これは病気の伝染の主要な経路ではありませんが。

病原体が存在するかどうかを把握するには、まず、下水道から直接、またはエンジニアが「流入水」と呼ぶものが処理プラントに入る時点で、廃水の代表的なサンプルを収集する必要があります。 廃水から沈殿した固形物も使用できます。

次に、技術者は糞便の大きな粒子を取り除き、微生物やウイルスを濃縮する必要があります。 次のステップは、病原体の遺伝子情報を保持するDNAまたはRNAである核酸を抽出することです。

DNAまたはRNAに含まれる配列は、存在する病原体の固有のバーコードとして機能します。 たとえば、SARS-CoV-2に固有の遺伝子を検出した場合、コロナウイルスがサンプルに含まれていることがわかります。 それらと同様のPCRベースのアプローチを使用します 臨床診断テストで使用、SARS-CoV-2配列を検出および定量化する。

核酸配列をより詳細に特徴づけることで、ウイルス株に関する情報を提供できます。たとえば、 バリアントを識別できます オミクロンBA.2のように。

現在、廃水サーベイランスの取り組みの大部分はSARS-CoV-2に焦点を当てていますが、同じ技術が他の病原体でも機能します。 ポリオウイルス, 影響を与える 及び ノロウイルス.

パンデミックの前に、XNUMXつのアプリケーションは まれなポリオウイルスの発生を監視する ポリオワクチン接種が進行中の地域で。 廃水は、さまざまな薬物の兆候がないか監視して、 集団における薬物使用のレベルと種類.

データはどこに行きますか?

パンデミックの間、米国疾病管理予防センターは 全国廃水監視システム 特に全国のSARS-CoV-2を追跡するため。 800以上のサイトがデータを報告 このNWSSシステムに適用されますが、現在すべての州と郡が代表されているわけではありません。


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廃水中のパンデミックの監視2 さまざまな規模の人口をカバーする800以上のサイトが、COVID-19の廃水数をCDCに報告しています。 CDC COVIDデータトラッカー, CC BY

のような多くの州機関 コロラド州公衆衛生環境局、および都市、 テンペ、アリゾナ州、データをレポートするための独自のダッシュボードがあります。 廃水分析レポートデータを実施している企業 独自のダッシュボードで、あまりにも。

私たちの意見では、NWSSは、廃水を通じて人口の健康を監視するための刺激的な最初のステップを表しています。 他の国でも同様のシステムが確立されていますが、 オーストラリアを含む 及び ニュージーランド.

廃水データは実際に何を示していますか?

大規模な集団からの廃水中のSARS-CoV-2レベルは、コミュニティの感染レベルの優れた指標です。 このシステムは、下水道に住むすべての人を自動的に監視するため、匿名で公平で公平です。 重要なことに、追加のサンプルを採取せずに、特定の人、家庭、または近所に感染を追跡することも不可能です。

廃水サーベイランスは、臨床検査の利用可能性や検査結果を報告する人々に依存していません。 また、COVID-19の無症候性および前症候性の症例も取り上げます。 これは非常に重要です。 感染しているが、気分が悪くなることはありませんが、COVID-19を広めることができます.

私たちの意見では、家庭でより多くのCOVID-19検査が行われるため、廃水検査はますます重要になっています。 そしてワクチン接種も COVID-19のより軽度で無症候性の症例、人々はまったくテストを受けずに感染する可能性があります。 これらの要因は、臨床症例データがパンデミックの初期よりも情報量が少ないことを意味しますが、廃水データはコミュニティ感染レベルの一貫した指標のままです。 廃水サーベイランスは、家庭での検査が陽性であると報告したり、感染に気づいたりする人々に依存していません。 スペンサープラット/ゲッティイメージズニュース

これまでのところ、廃水中のウイルスのレベルに基づいて、コミュニティ内の感染者の数を正確に予測することはできません。 誰かの感染の段階、彼らの体がウイルスにどのように反応するか、ウイルスの変種、廃水サンプルが採取された場所から人がどれだけ離れているか、天気さえもすべて 下水で測定されるSARS-CoV-2の量に影響を与える.

しかし、科学者は感染率の相対的な変化を推測することができます。 下水道でウイルスレベルが上下するのを見ると、コミュニティ全体で症例が増加しているか減少しているかを垣間見ることができます。

SARS-CoV-2は、発生が発生する数日前または数週間前に廃水で検出できるため、廃水モニタリングは、公衆衛生対策が必要である可能性があることを早期に警告することができます。 そして信号の傾向は重要です– レベルが上昇していることがわかっている場合、それはマスクマンデートを再開するか、自宅で働くことを勧める良い時期かもしれません。 現在、公衆衛生当局は廃水モニタリングデータを使用しています 他の情報と一緒に この種の決定を下すための検査陽性率や地域社会での臨床例や入院の数などです。

シーケンシングからのデータは、新しいバリアントの検出とそのレベルの監視にも役立ち、ヘルスレスポンスで存在するバリアントの特性を考慮に入れることができます。

大学の寮やナーシングホームなどの小規模な人口では、廃水モニタリングにより少数の感染者を検出できます。 これは、感染した人々を隔離するために特定するために、対象となる臨床試験が行われているという警告を発する可能性があります。 早期発見、対象を絞ったテスト、検疫は 発生防止に効果的。 管理者は、定期的なモニタリングに臨床試験を使用するのではなく、SARS-CoV-2が廃水中で検出された場合に備えて破壊的な臨床試験を予約することができます。

将来のモニタリングはどのようになりますか?

廃水モニタリングを広く日常的に使用することで、公衆衛生当局は、米国のコミュニティにおけるさまざまな潜在的な感染のレベルに関する情報にアクセスできるようになります。 このデータは、感染が増加している場所で検査や予防接種クリニックを開催するなど、コミュニティに追加のリソースを提供する場所に関する決定を導く可能性があります。 また、マスキングや学校の閉鎖などの介入が必要な時期を判断するのにも役立ちます。

最良の場合、廃水モニタリングは、新しいウイルスが新しい地域に最初に到着したときに新しいウイルスを捕らえる可能性があります。 非常に局所的な地域での早期のシャットダウンは、将来のパンデミックを防ぐ可能性があります。 興味深いことに、研究者はSARS-CoV-2を 以前に収集されたアーカイブされた廃水サンプル 誰もがCOVID-19と診断されていました。 2019年後半に廃水モニタリングが確立された公衆衛生インフラストラクチャの一部であった場合、SARS-CoV-2が世界的な脅威になりつつあるという早期の警告を提供できたはずです。

しかし、今のところ、全国的な廃水監視システム、特に主要な場所での建物レベルの監視を含むシステムの確立と運用は、依然としてコストがかかり、労働集約的です。

進行中の研究開発の努力は、廃水のサンプリングを簡素化および自動化しようとしています。 分析面では、このようなシステムを最大限に活用するには、新規病原体を含む他の病原体を検出するためのPCRおよびシーケンシング技術の適応が不可欠です。 最終的に、廃水監視は、パンデミックがはるかに致命的でなく、社会的および経済的影響が少ない未来を支援するのに役立つ可能性があります。

著者について

スーザン・デ・ロング、土木環境工学准教授、 コロラド州立大学 及び キャロル・ウィルシュ、微生物学、免疫学および病理学の教授、 コロラド州立大学

この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.


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