에릭 젭센
핵심 사항
- COVID-19에 대한 폐수 검사는 잠재적 인 발병을 추적하는 효과적인 방법입니다.
- 개선 된 방법 덕분에 이러한 유형의 감시를 더 빠르고 효율적이며 저렴하게 수행 할 수 있습니다.
- 이 공정의 개선으로 하수도 및 하수 처리장에서 채취 한 수십 개의 샘플을 매일 테스트 할 수 있습니다.
- 신속한 폐수 검사는 미래의 다른 바이러스 발생을 감지하고 추적하는 데 사용될 수도 있습니다.
전염병 초기에 과학자들은 COVID-19 발병에 대한 경고 시스템으로 폐수를 사용했습니다. 폐수 샘플을 검사하여 바이러스가 있는지 확인한 결과 COVID-19가 이미 존재하는 건물이나 지역을 구분하는 데 유용함이 입증되었습니다. 캐리어가 무증상 인 경우. 이 방법은 대학에서 지역 사회에 이르기까지 모든 곳에서 구현되었습니다.
그러나이 방법에는 속도라는 한 가지 중요한 결함이 있습니다. 이제 UCSD (University of California at San Diego) 의과 대학의 한 팀이 탐지 프로세스의 속도를 높이고 정확한 데이터를보다 빠르게 제공 할 수있는 방법을 찾았습니다.
폐수 또는 하수 샘플이 희석되고 농축되어야하기 때문에 원래 프로세스는 느 렸으며 많은 단계를 거쳐 많은 자원을 사용한다고 UCSD 의과 대학의 환경 엔지니어이자 박사후 연구원 인 Smruthi Karthikeyan 박사는 Verywell에 말합니다. Karthikeyan은 이번 달 저널에 발표 된 프로세스 보고서의 주 저자입니다.mSystems.
프로세스 가속화
소량의 점액 샘플을 채취하는 비강 면봉과 달리 하수도 또는 하수 처리장의 폐수 샘플은 하수구로 내려가는 다른 모든 것으로 주변을 헐렁한 후 희석됩니다.
COVID-19를 유발하는 바이러스 인 SARS-CoV-2 (존재하는 경우)를 더 쉽게 찾을 수 있도록 폐수 샘플을 농축해야합니다. 그러나 이러한 샘플을 농축하고 바이러스에서 RNA를 찾는 더 빠른 방법이 필요했습니다. 연구원들은 많은 샘플에서 동시에 수행 할 수 있고 정확한 당일 결과를 제공 할 수있는 방법을 찾는 데 특히 관심이있었습니다.
프로세스 속도를 높이기 위해 Karthikeyan과 그녀의 팀은 실험실에서 이미 보유하고있는 로봇 지원으로 전환했습니다. 대유행이 시작되기 전에 그녀의 연구는 하수 샘플 검사도 포함하는 연구 분야 인 장내 미생물 군집에 초점을 맞추 었습니다. 이 시스템을 수정하여 폐수 샘플에서 RNA를 빠르게 추출하고 중합 효소 연쇄 반응 (PCR)을 실행하여 COVID-19의 시그니처 유전자를 검색 할 수있었습니다.
이전에 폐수 감시에 사용 된 시스템에서 물 샘플은 여과 또는 침전 방법을 사용하여 농축되었으므로 테스트를 실행하는 데 시간과 많은 자원이 소요되었습니다.
대신,이 고 처리량 시스템은 바이러스 비트에 우선적으로 연결되는 자기 구슬을 사용한다고 Karthikeyan은 설명합니다. 로봇 프로세서는 자기 헤드를 사용하여 구슬을 집어 들고 나머지는 모두 남겨 둡니다.
"이렇게하면 바이러스 만 선택하고 모든 정크를 선택하지 않습니다."라고 그녀는 말합니다. "희석 시스템에서도 바이러스를 발견 할 가능성이 높아집니다." 농축 된 샘플은 PCR 테스트를 사용하여 COVID-19 게놈에서 세 가지 다른 유전자 표적에 대해 테스트됩니다.
고 처리량 스크리닝이란 무엇입니까?
고 처리량 스크리닝은 자동화 된 장비를 사용하여 유기체, 세포, 경로 또는 분자 수준에서 생물학적 활성에 대해 수천에서 수백만 개의 샘플을 빠르게 테스트합니다.
개선 된 시스템은 테스트 속도를 크게 향상시킵니다.
“[이전에는] 하루에 10 개 이상의 샘플을 할 수 없었습니다. 같은 일을하는 데 몇 시간이 걸렸습니다.”라고 Karthikeyan은 말합니다. "이를 통해 샘플 수령부터 실제 PCR 검출까지 4.5 시간 만에 120 개의 샘플을 처리 할 수 있습니다."
이 프로세스는 테스트를 실행하는 데 더 적은 리소스와 더 적은 인력이 필요하기 때문에 더 저렴하다는 추가 이점이 있습니다. 테스트는 부피가 10 밀리리터에 불과한 폐수 샘플에 대해 수행 할 수 있습니다.
이 방법을 사용한 결과의 정확도도 높습니다. UCSD 의과 대학의 성명에 따르면 빠른 테스트를 통해 연구자들은 일주일 전에 COVID-19의 확산에 어떤 일이 일어날 지 예측할 수 있다고합니다.
이것이 당신에게 의미하는 것
COVID-19에 대한 폐수 감시는 개인이 증상을 경험하지 않아도 바이러스가 퍼질 수 있음을 상기시켜줍니다. 마스크 착용, 사회적 거리두기, 손 씻기와 같은 필요한 안전 예방 조치를 계속 취하여 자신과 지역 사회를 안전하게 유지하는 것이 중요합니다.
성공 사례
UCSD의 기숙사 및 기타 건물의 폐수 테스트는 2020 년 7 월부터 진행 중입니다. Rob Knight, PhD, UCSD의 Microbiome 혁신 센터의 교수 및 책임자 팀이이 기술을 발견했습니다.
학교가 폐수 감시를 시작한 지 한 달 후, 그들은 긍정적 인 무증상 사례를 발견했고 대학은 영향을받은 건물에있는 사람들에게 경고를 보낼 수있었습니다. 이를 통해 캠퍼스의 모든 사람을 테스트하는 대신 특정 지역의 개인을 대상으로하는 테스트를 용이하게했습니다. 이제 스크리닝 결과가 공개 대시 보드에서 제공됩니다.
애리조나 대학교와 같은 다른 대학에서는 폐수 검사를 사용하여 COVID-19의 확산을 추적하고 있습니다. 뉴욕시는 14 개 폐수 처리장의 샘플에서 COVID-19를 모니터링하기도합니다.
UCSD 시스템은 더 많은 물 샘플을 신속하게 검사 할 수 있도록하여 사람들이 임상 적으로 질병에 걸리기 전에 공중 보건 공무원에게 바이러스의 확산을 확인할 수 있도록합니다. Karthikeyan은 "누구도 이런 규모로 그렇게하고 있다고 생각하지 않습니다."라고 말합니다.
UCSD에서 사용되는 시스템은 400 명 이상의 거주자가있는 건물에서 단 한 건의 COVID-19 사례도 감지 할 수 있습니다. UCSD의 학생 단체와 같은 젊은 인구에서 감염된 사람들은 종종 무증상이지만 여전히 바이러스를 흘리고 있다고 Karthikeyan은 말합니다. 무증상 보균자가 증상이 나타나거나 감염 증상을 보이는 사람에게 바이러스를 전파 할 때 쯤이면 바이러스가 기하 급수적으로 확산되었을 수 있습니다.
Karthikeyan과 그녀의 동료들은 현재 San Diego 카운티의 폐수 샘플을 테스트하고 있습니다. Point Loma의 폐수 처리 시설은 220 만 명 이상의 사람들을 위해 하수를 처리하여 전체 서비스 지역에 대해 한 위치에서 샘플을 수집 할 수 있습니다. 전체 인구를 대상으로 바이러스 검사를 수행하는 것은 어렵고 비용이 많이 들지만, 폐수 검사를 감시 기술로 사용하면 공중 보건 당국이 검사가 중요한 영역을 좁힐 수 있습니다.
샌디에이고 카운티는 UCSD 팀이 바이러스를 탐지 할뿐만 아니라 바이러스의 어떤 변종이 순환 할 수 있는지 확인하기 위해 바이러스 게놈의 염기 서열을 분석하기를 원한다고 Karthikeyan은 말합니다. "이제 우리는 대규모 게놈 시퀀싱을 수행 할 것"이라고 덧붙였습니다.
이러한 유형의 폐수 감시는 대변에서 배출되는 모든 바이러스에 대한 감시를 수행하는 데 적용될 수 있으며, 다양한 유형의 전염병 전염병에 사용될 수 있으며 미래의 전염병을 조기에 발견하는 데 도움이 될 수 있다고 덧붙였습니다.
