自动化帮助一名研究生用废水监测COVID-19

Kasia Slipko(中)和她在维也纳科技大学的实验室。她和同事们正在探索利用废水来监测病毒疾病的爆发。
Kasia Slipko(中)和她在维也纳科技大学的实验室。她和同事们正在探索利用废水来监测病毒疾病的爆发。

当卡西亚·斯利普科(Kasia Slipko)开始在维也纳理工大学(Vienna University of Technology)水质和资源管理研究所(Institute for Water Quality and Resource Management)读研究生时,她对研究废水中的耐抗生素微生物感兴趣。三年来,她评估了不同的废水处理方法,以找出如何去除耐抗生素细菌。但在2020年春天,她的研究出现了意想不到的转折。当时,由于SARS-CoV-2病毒的迅速传播,COVID-19全球大流行爆发。卡西亚很快发现自己处在另一个激动人心的领域的前沿:利用废水监测病毒疾病的爆发。

通过监测废水来检测病毒疾病并不是什么新鲜事。几十年来,人们已经知道,甚至在人类开始出现症状之前,就可以在粪便中检测到病毒颗粒。在以色列,一个监测小儿麻痹症爆发的废水监测项目自1988年以来一直在运行。

当Covid-19流行病在2020年席卷世界时,研究人员KWR水研究所是第一个在废水中找到SARS-COV-2病毒RNA的存在。他们的研究调查了从荷兰六个城市收集的污水样本,发现在第一批病例报告之前的6天,就可以检测到SARS-CoV-2 RNA。随着COVID-19在这些城市的流行程度增加,检测到的RNA数量也以惊人的相似模式增加。他们得出结论,“污水监测可能是监测病毒在人群中传播的敏感工具。”

Kasia在实验室中,她和同事使用废水来监测病毒疾病爆发。

像许多其他人一样,Kasia的实验室立即跳上了这个机会,并将他们的研究重点转移到废水中SARS-COV-2的病毒检测。他们致力于荷兰集团,了解如何在自己的实验室中调整他们的协议。“我们的目标是建立一种检测和量化废水中SARS-COV-2病毒的方法。我们希望能够检测出信号的变化,看看如果病毒是增加还是在减少人口。而且,在未来,要知道它是否会回来,“她说。“这对我们来说非常新。我们之前从未使用过RNA和病毒,并且还需要在实验室中建立许多新规则。我们花了很多时间来完成所有的时间。“在未来几个月内,Kasia与其他团体合作测试该协议,并于8月份建立了在组之间可重复的方法。“这是一个非常巨大的成功,”她说。

尽管协议起作用了,但它非常缓慢和乏味。他们花了三天时间手工处理和分析每个样品。“手工提取真的很疯狂,尤其是当你有40个样本的时候。它不断地打开管子,移液,关闭管子,离心和旋转。这令人沮丧,”卡西亚说。9月,Promega代表Thomas Voelk与他们联系,提出了解决问题的可能方案。这是Maxwell®RSC仪器,可以一次可以从16个样品中提取DNA和RNA的自动平台。

卡西亚起初持怀疑态度。“我原以为会很复杂。这是一个完全自动化的过程。一个机器人。我们都没有这方面的经验,所以我们不知道该怎么做。但在托马斯的介绍后,我们自己尝试了一下,第一次就成功了。这很容易,”她说。到月底,Maxwell®仪器已经完全针对他们的样本进行了优化,实验室里的每个人都接受了使用它的培训。

Kasia和她的实验室正在使用的Maxwell®RSC仪器探索废水监测病毒疾病爆发。
Kasia带有Maxwell®RSC仪器

在实验室中建立Maxwell®仪器为Kasia和她的团队提供了许多好处。首先,它使他们处理样品的速度更快。现在,他们可以在一天内完成所有样品的加工,而不是三天。“我们每周可以处理四倍以上的样品,这太不可思议了!”她说。不受干扰的自动化过程也使他们节省了手工劳动的时间。“我可以运行它,然后准备下一次运行,或者在此期间做其他事情。这真的很棒,尤其是现在人手不足的时候。这确实提高了我们的工作量。”

不仅过程更容易,但结果比以往任何时候都好。使用Maxwell,他们发现他们能够从每个样本中提取更多的病毒。提取效率差不多倍,从5-7%到50-70%!自动化过程也消除了人类错误的机会,给予了高度可重复的结果。

Kasia团队生成的数据是监测和预测维也纳COVID-19疫情的关键。当他们第一次开始测试维也纳附近的小型污水处理厂时,他们没有检测到任何SARS-CoV-2病毒RNA。然而,随着病毒的传播,他们可以看到病毒RNA逐渐增加。他们的数据与该市被诊断出COVID-19的人数非常相关。在许多情况下,他们能够在确诊前一周预测病例的上升。“我们真的可以预测将会发生什么——病例是会增加还是稳定。随着封锁,我们可以看到曲线上的平台期,病例慢慢下降。这告诉我们重新开放是安全的,”她说。

Kasia和其他人的下一个挑战是尝试将SARS-COV-2 RNA的数量与受感染的实际人数相关联。这是非常困难的,因为需要考虑许多因素。但是,她不必单独弄清楚。世界各地的研究人员正在合作,共享关于Covid-19废水测试的数据和方法。“今年,这么多人转向科迪德研究。她说,看看每个人都加入势力并共同努力处理这种情况,这是惊人的。“

虽然Kasia对她的新研究重点感到高兴,但她没有忘记她的原始抗生素抵抗项目(“这就像我的宝贝”)。当大流行消退时,她计划继续该项目。她认为,用于监测Covid-19收集的废水样本也可用于了解奥地利污水中的抗生素抗性。像我们中的许多人一样,她在大流行期间改编和征服,也无法帮助展望未来和计划在科迪德世界的未来。

了解更多关于使用废水监测SARS-COV-2爆发

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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,她曾做过5年的自由撰稿人和全职妈妈。Johanna来自台湾,她相信台湾食物是世界上最好的。她喜欢做瑜伽,旅游,和两个孩子在一起。

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