从药物用途到病毒爆发,如何监控污水可以挽救生命

我们中的大多数人,在冲完厕所后,对我们的身体废物毫不犹豫。对我们来说,它是垃圾。然而,对流行病学家来说,废水可以提供有关公共卫生的宝贵信息,并有助于拯救生命。

废水基流行病学史

废水基流行病学(WBE)是对污水进行监测公共卫生的分析。2001年首次出现的术语,当一个研究提出了分析污水处理设施废水的想法,以确定社区内非法毒品的集体使用。当时,这个想法弥合了环境和社会科学似乎激进了,但有明显的优势。监控废水是一种非目的和相对便宜的方式,可以获得实时数据,即准确反映社区范围的药物使用,同时确保个人的匿名性。

这个想法是在2005年实现的研究在这项研究中,科学家收集了意大利主要城市的污水,以估计当地的可卡因使用量。传统上,可卡因使用情况是通过人口调查、消费者访谈、医疗记录和犯罪统计来估计的,所有这些都可能存在很大的偏见。他们从废水监测中获得的数据令人大开眼界,显示出比之前确定的高得多的日均可卡因使用量。现在,在许多国家,废水被用来估计当地的毒品使用情况,包括城市大学在美国。

除了监测药物使用外,WBE已被使用数十年来监测病毒疾病。病毒遗传物质可以在人类粪便中检测到患者症状前几天甚至数周。这使废水监测防止爆发的完美预警系统。

在以色列,自1988年开始实施废水监测计划,以监测小儿麻痹症的爆发情况。该计划包括每月对居民区8-10个污水处理设施进行抽样检查。2013年,脊髓灰质炎病毒突然在污水中再次出现,促使卫生官员发起全国性的疫苗接种运动。由于早期预警,一场潜在的灾难性疫情得以避免。最近其他学习演示了如何利用废水检测诺如病毒和肝炎病毒的各种毒株。

追踪Covid-19

快进到2020年,Covid-19由新型冠状病毒SARS-COV-2引起的大流行进一步推动了散光。许多人认为,污水监测是SARS-COV-2爆发的长期监测最实用的方法。与大规模诊断检测相比,这种方法更具成本效益,并且甚至在发生症状之前可以检测病毒,意味着公共卫生官员可以积极主动而不是控制爆发时的反应。

一些城市已经开始监测污水中是否存在SARS-CoV-2病毒RNA。自2018年以来,亚利桑那州立大学的一个小组一直在监测亚利桑那州坦佩市的阿片类药物使用废水,数据通过一个面向仪表板这报告了四种常见的阿片类药物的水平。这种经验使他们能够通过创建一个快速回应大流行Covid-19仪表板这为城市七个地区提供了185,000名居民的总体感染趋势。其他州,包括犹他州蒙大拿,遵循诉讼。

利用废水监测长期监测COVID-19的想法已经在全球蔓延。2021年3月欧洲委员会推荐所有成员国尽快建立国家废水监测系统。将来,这将是监测SARS-COV-2变体和其他新兴病原体的传播的重要策略。美国疾病控制中心的类似努力与国家卫生实验室合作,开展了广泛的工作,监测全国各地野生型SARS-CoV-2和令人担忧的变种的RNA水平。

病毒RNA检测方法的发展

为了支持全球对废水测试的需求,Promega科学家们开发了一系列套件,为实验室提供了一种完整的工作流解决方案,用于废水中的病毒检测。在接受采访中GenomeWeb.那Promega Global Commercialization Marketing Manager, Brigitta Saul, states that Promega’s “expertise on the design of nucleic acid purification systems and formulating PCR master mixes tolerant of inhibitors commonly found in environmental samples allows us to design and formulate workflow solutions that are able to cope with these kinds of samples.”

通常用于检测废水中病毒RNA的基于PCR的方法与临床或研究实验室中使用的内容非常相似。然而,废水样品的复杂性带来了一些额外的挑战,例如PCR抑制剂的存在。因此,病毒RNA纯化方法对于成功检测至关重要。Promega现在为病毒核酸浓度提供两种新试剂盒,并从废水中提取:Wizard®Enviro总核酸试剂盒和Maxwell®RSCEnviro总核酸试剂盒。都使用一个独特的基于滤波器的直接捕获方法可以将总病毒核酸浓缩,而不是现有的沉淀方法。Wizard®套件包括Minicolumns,用于手动净化;Maxwell®RSC试剂盒允许自动核酸纯化,旨在与之合作Maxwell®仪器,它可以一次自动处理高达48个样本。对于需要较高吞吐量的实验室,还可提供基于板的格式(请联系applipmation@promega.com.想要查询更多的信息)。

通过这些新的提取套件,您可以从样品中获得纯化核酸,只需两个小时即可。然后可以使用Promega直接使用纯化的核酸进行扩增用于废水中SARS-CoV-2检测的RT-qPCR试剂盒。这些试剂盒包括用于检测SARS-CoV-2 (N1、N2或E靶标)的引物和探针,以及扩增控制和PPMoV内部过程控制。即使在废水样品中存在逆转录酶抑制剂或PCR抑制剂时,RT-qPCR主混合试剂也可以进行敏感的检测和定量。针对SARS-CoV-2变异的引物和探针也可用。

作为检测废水中病毒RNA的方法继续前进,希望WBE计划将在全球范围内实施,以帮助控制和预防Covid-19以及未来的病毒疾病的爆发。

了解更多关于废水基流行病学及检测废水中病毒RNA检测的方法!!

参考

冠状病毒大流行快速启动废水的流行病学,GenomeWeb.

蒙各尔,S.等等。(2021)采用直接捕获法纯化和检测病毒核酸,可实现对SARS-CoV-2的流行病学监测。Sci总环绕。795:148834。

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Johanna是Promega的一位科学作家。她在贝勒医学院赢得了她的生物医学科学博士学位。在加入Promega之前,她是一名自由作家和全职妈妈五年。Johanna是来自台湾,她认为台湾食品是世界上最好的。她喜欢和她的两个孩子一起做瑜伽,旅行和花时间。

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