85% случаев заболевания COVID-19 в университетском городке выявлены на ранней стадии благодаря скринингу сточных вод Калифорнийского университета в Сан-Диего

Известно, что люди, инфицированные вирусом SARS-CoV-2, вызывающим COVID-19, выделяют его в стул, даже если у них нет никаких симптомов. Учитывая это, исследователи Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего с лета 2020 г. начали проверять сточные воды из зданий кампуса на наличие признаков вируса, полагая, что эта информация поможет предотвратить вспышки заболевания.

Теперь у них есть данные, подтверждающие это: Проведя скрининг на наличие SARS-CoV-2 в сточных водах, специалисты показали, что могут обнаружить даже одного инфицированного бессимптомного человека, живущего или работающего в большом здании. Уведомление жильцов каждого здания с положительным результатом в сточных водах повысило показатели тестирования на COVID-19 в 13 раз. После выявления положительного результата изоляция жильцов и отслеживание контактов позволяли предотвратить дальнейшее распространение вируса.

Этот подход позволил выявить на ранней стадии 85% случаев заболевания COVID-19 в университетском городке, сообщается в выпуске журнала mSystems от 10 августа 2021 года. Другими словами, образцы сточных вод оказались положительными до того, как было диагностировано большинство отдельных случаев заболевания.

В 2020-2021 учебном году на территории кампуса Калифорнийского университета в Сан-Диего проживало около 10 000 студентов. Благодаря многочисленным элементам программы «Возвращение к учебе», направленным на снижение рисков, выявление вирусов и вмешательство, уровень заболеваемости COVID-19 был низким. Credit: Erik Jepsen/UC San Diego.

«Университетские кампусы особенно выигрывают от наблюдения за сточными водами как средства предотвращения вспышек COVID-19, поскольку они полны в основном бессимптомного населения и являются потенциальными очагами передачи вируса, требующими частого диагностического тестирования», — сказал первый автор исследования Смрути Картикеян, доктор философии, инженер-эколог и постдокторский исследователь в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего (UC San Diego School of Medicine).

Картикеян руководил исследованием вместе со старшим автором Робом Найтом, доктором философии, профессором и директором Центра микробиомных инноваций Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Обследование сточных вод является неотъемлемой частью программы UC San Diego «Возвращение к обучению» — научно обоснованного подхода, который позволил университету предлагать жилье на территории кампуса, очные занятия и исследовательские возможности на протяжении большей части пандемии.

Программа «Возвращение к учебе» опирается на три основных принципа: снижение рисков, выявление вирусов и вмешательство. В 2020-2021 учебном году на территории университета обучалось около 10 000 студентов, и благодаря многочисленным компонентам программы уровень заболеваемости COVID-19 был значительно ниже, чем в окрестностях и по сравнению с большинством университетских кампусов, а количество положительных результатов за это время составило менее 1%. Программа «Возвращение к учебе», включающая тестирование сточных вод, стала моделью для других университетов, школьных округов K-12 и регионов.

Каждое утро, семь дней в неделю, команда студентов и сотрудников в одинаковых футболках отправляется по территории кампуса на тележках для гольфа, чтобы собрать пробы сточных вод из 126 роботов, установленных для наблюдения за 350 зданиями. К 10 часам утра они возвращаются в лабораторию Найта в Школе медицины.

Онлайновая панель отслеживает обнаружение положительных проб сточных вод COVID в кампусе Калифорнийского университета в Сан-Диего и делает эту информацию доступной для общественности. Кредит: Калифорнийский университет в Сан-Диего

Там Картикеян и его команда обрабатывают сточные воды с помощью робота другого типа, который концентрирует вирус с помощью магнитных наночастиц, а затем извлекает из образцов РНК — генетический материал, составляющий геномы таких вирусов, как SARS-CoV-2. Для поиска сигнатурных генов вируса используется полимеразная цепная реакция (ПЦР).

При обнаружении вируса через общекорпоративную систему рассылаются автоматические, но адресные сообщения лицам, связанным с пораженными зданиями, — студентам, сотрудникам и преподавателям — с рекомендацией как можно скорее пройти тестирование на наличие вируса. Полученные данные добавляются на общедоступную информационную панель.

По словам Картикеяна, с момента создания системы команда постоянно работала над оптимизацией этого процесса. Нынешний автоматизированный подход позволил в 20 раз сократить время обработки образцов до получения результатов: теперь оно составляет пять часов для 96 образцов. Миниатюризация образцов позволила снизить стоимость обработки до 13 долларов за образец. По оценкам Найта, этот подход превышает масштабы аналогичных программ наблюдения в 10-100 раз. Следующим шагом, по его словам, станет внедрение быстрых методов тестирования на наличие вариантов SARS-CoV-2, включая дельта, в режиме реального времени.

«Эта система демонстрирует, как множество различных подразделений Калифорнийского университета в Сан-Диего могут работать вместе как единая система для обеспечения безопасности кампуса», — сказал Найт. Для выполнения этой работы потребовались не только достижения в области обработки вирусных образцов, но и команды, включающие отделы логистики, гигиены и безопасности окружающей среды, информационных технологий кампуса и системы здравоохранения, управления объектами и многие другие, а также руководство программы «Возвращение к учебе». Сейчас мы помогаем другим кампусам и организациям повторить этот успех, который потенциально может быть использован не только для COVID-19, но и для многих других патогенов, передающихся через стул, включая грипп, в будущем».

Ссылка: «Rapid, Large-Scale Wastewater Surveillance and Automated Reporting System Enable Early Detection of Nearly 85% COVID-19 Cases on a University Campus» («Быстрое, крупномасштабное наблюдение за сточными водами и автоматизированная система отчетности позволяют выявить почти 85% случаев COVID-19 в университетском городке»), авторы: Smruthi Karthikeyan, Andrew Nguyen, Daniel McDonald, Yijian Zong, Nancy Ronquillo, Junting Ren, Jingjing Zou, Sawyer Farmer, Greg Humphrey, Diana Henderson, Tara Javidi, Karen Messer, Cheryl Anderson, Robert Schooley, Natasha K. Martin and Rob Knight, 10 августа 2021 г., mSystems . DOI: 10.1128/mSystems.00793-21

В число соавторов входят: Эндрю Нгуен, Дэниел Макдональд, Ицзянь Цзун, Нэнси Ронкилло, Джунтин Рен, Цзинцзин Цзоу, Сойер Фармер, Грег Хамфри, Диана Хендерсон, Тара Джей Авиди, Карен Мессер, Шерил Андерсон, Роберт Шули, Наташа К. Мартин, все из UC San Diego.