从药物使用到病毒爆发,监测污水如何可以拯救生命

我们大多数人在冲完厕所后,都不会再考虑我们身体的排泄物。对我们来说,这是垃圾。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,并有助于挽救生命。

污水流行病学的历史

基于废水的流行病学(WBE)是分析废水监测公共卫生。这个词最早出现于2001年研究提出分析污水处理设施的废水,以确定社区内非法药物的集体使用情况。当时,把环境科学和社会科学联系起来的想法似乎很激进,但也有明显的优势。监测废水是一种非侵入性的、相对廉价的方法,可以获得准确反映整个社区药物使用情况的实时数据,同时确保个人的匿名性。

这个想法在2005年实现了研究科学家们收集了意大利主要城市的污水,以估计当地可卡因的使用量。传统上,可卡因的使用量是通过人口调查、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差。他们从废水监测中获得的数据令人大开眼界,显示了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药物使用情况,包括城市大学在美国。

除了监测药物使用情况,WBE已经被用于监测病毒性疾病数十年。在患者出现症状前数天甚至数周,就可以在人类粪便中检测到病毒遗传物质。这使得废水监测成为预防突发事件的完善的预警系统。

在以色列,自1988年以来实施了一项监测小儿麻痹症暴发的废水监测方案,每月对人口密集地区的8-10个污水处理设施进行采样。2013年,小儿麻痹症病毒突然再次出现在污水中,促使卫生官员发起一场全国性的疫苗接种运动。由于早期预警,一场潜在的灾难性爆发得以避免。最近其他研究演示了如何利用废水检测诺如病毒和肝炎病毒的各种菌株。

WBE用于追踪COVID-19

快进到2020年,由新型冠状病毒SARS-CoV-2引起的新冠肺炎-19大流行进一步将WBE推向了聚光灯下。许多人认为,污水监测是长期监测SARS-CoV-2疫情最实际的方法。与大规模诊断检测相比,这种方法更具成本效益,甚至可以在症状出现之前发现病毒,这意味着公共卫生官员在控制疫情时可以采取主动,而不是采取反应。

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a面向公众的仪表板报告了四种常见阿片类药物的水平。这一经验使他们能够迅速对大流行作出反应,创造了aCOVID-19仪表板这提供了该市七个地区18.5万居民的总体感染趋势。其他国家,包括犹他州蒙大拿许多美国人也纷纷效仿。

使用废水检测SARS-CoV-2的一个主要挑战是缺乏经过批准的标准分析方法,这通常需要数年才能实现。然而,世界各地组织(包括Promega)的科学家们正在分享他们的协议,并通过合作提供解决方案。

病毒RNA检测方法的发展

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方法非常相似。然而,废水样本的复杂性带来了一些额外的挑战,如PCR抑制剂的存在。因此,病毒RNA纯化方法对成功检测至关重要。Promega的科学家们已经开发了专门检测废水中SARS-CoV-2 RNA的方案,使用的是a沉淀的方法离心过滤方法。在接受采访时GenomeWebPromega全球商业化营销经理布姬塔扫罗州Promega”专长的核酸纯化系统的设计和制定PCR主混合抑制剂常见的宽容的环境样品让我们设计和制定工作流解决方案能够应付这些样品。“目前,纯食品转基因生物和认证工具包提供有效的病毒RNA纯化废水样本。该套件与麦克斯韦®工具,可一次自动加工多达48个样品。

Promega的科学家们还在开发一种新的用于废水中SARS-CoV-2病毒RNA检测的试剂盒。该试剂盒将包括用于检测SARS-CoV-2的引物和探针以及扩增控制。该病毒RNA试剂盒不仅可以手动分离单个样本,而且可以适应高通量的自动RT-qPCR检测。目前这个套件正在进行测试的潜在用户(联系applied@promega.com的更多信息)。

随着废水中病毒RNA检测方法的不断进步,WBE项目有望在全球范围内实施,以帮助控制和预防COVID-19疫情以及未来的病毒性疾病。

观看这段视频,了解WBE的优势、挑战和机遇!

了解更多关于废水流行病学与病毒RNA检测方法!

参考

冠状病毒大流行启动了以废水为基础的流行病学, GenomeWeb

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Johanna是Promega的科学作家。她在贝勒医学院获得了生物医学博士学位。在加入Promega之前,她做了五年的自由撰稿人和全职妈妈。约翰娜来自台湾,她相信台湾菜是世界上最好的。她喜欢做瑜伽,旅行和花时间和她的两个孩子在一起。

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