دکتر کریستین اندرسن، استاد ایمونولوژی و میکروبیولوژی در تحقیقات اسکریپس و نویسنده ارشد کار جدید، می‌گوید: «در بسیاری از مکان‌ها، نظارت بالینی استاندارد برای گونه‌های نگران‌کننده جدید نه تنها کند است، بلکه بسیار مقرون به صرفه است». اما با این ابزار جدید، می‌توانید یک نمونه از فاضلاب بگیرید و اساساً کل شهر را نمایه کنید.»
ممکن است کمی بدبوتر از روش‌های دیگر نظارت بر کووید-19 باشد، اما تجزیه و تحلیل فاضلاب راهی ارزان‌تر، سریع‌تر و دقیق‌تر برای مقامات بهداشت عمومی و محققان برای تشخیص موارد در حال افزایش است. تکه‌ها و تکه‌های ویروس SARS-CoV-2 توسط افراد آلوده در توالت‌ها ریخته شده و سینک‌ها شسته می‌شوند. نسخه های بیشتر از ویروس موجود در فاضلاب به این معنی است که افراد بیشتری بیمار هستند. اما تاکنون، اکثر روش‌های تجزیه و تحلیل فاضلاب، همه ویروس‌های SARS-CoV-2 را به صورت یکجا جمع می‌کردند.
هنگامی که محققان Freyja را روی نمونه‌های فاضلاب خود اعمال کردند و نتایج را با داده‌های بالینی جمع‌آوری‌شده از اطراف سن دیگو توسط SEARCH مقایسه کردند، متوجه شدند که این ابزار انواع نگران‌کننده از جمله آلفا، دلتا و اومیکرون را تا 14 روز قبل از آن در فاضلاب شناسایی کرده است. از نظر بالینی گزارش شد. نوع Mu (B.1.621) در فاضلاب UC San Diego در 27 ژوئیه 2021 شناسایی شد-. چهار هفته قبل از اولین تشخیص بالینی آن در محوطه دانشگاه. و با استفاده از داده‌های جدیدتر که در دوره مطالعه اصلی گنجانده نشده‌اند، تیم همچنین گزارش داد که نوع Omicron را می‌توان در تصفیه‌خانه فاضلاب Point Loma شناسایی کرد – در فراوانی کمی بیش از یک درصد از همه ویروس‌های SARS-CoV-2. در جمعیت مشارکت کننده بیش از دو میلیون نفر-؛ در 27 نوامبر 2021، 11 روز قبل از تشخیص بالینی آن در شهر.
نایت می افزاید: «برای ایجاد این سیستم در سن دیگو، همکاری زیادی بین سلامت عمومی و فعالان دانشگاهی لازم بود، و اکنون که اثربخشی آن را نشان داده ایم، امیدواریم که الهام بخش سایر مناطق برای استفاده از این ابزارها باشد.» ما همچنین از گسترش آنها به پاتوژن‌های فراتر از SARS-CoV-2 بسیار هیجان‌زده هستیم.»
زمانی که به نمونه‌گیری بالینی تکیه می‌کنید، نه تنها سوگیری‌های اجتماعی-اقتصادی و جغرافیایی زیادی را در مورد اینکه چه کسی در داده‌های پایش ژنومی کمک می‌کند معرفی می‌کنید، بلکه با مشکل عدم انجام آزمایش افراد بدون علامت و کسانی که فقط از آزمایش‌های خانگی استفاده می‌کنند، در انجام آزمایش‌ها مشارکت نمی‌کنند. لوی می گوید: مجموعه داده ها. اما با فاضلاب، ما آن نقاط کور را نداریم.»
اکنون، دانشمندان در تحقیقات اسکریپس و دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، با همکاری اتحاد اپیدمیولوژی و تحقیقات برای سلامت کووید سن دیگو (SEARCH)، آن را تغییر داده‌اند. تیم گزارش داده است که تنها با دو قاشق چای‌خوری فاضلاب خام، می‌توانند ترکیب ژنتیکی گونه‌های SARS-CoV-2 موجود در یک جمعیت را دقیقاً تعیین کنند و انواع جدید نگران‌کننده را تا 14 روز قبل از آزمایش بالینی سنتی شناسایی کنند. در فاضلاب سن دیگو، این گروه 11 روز قبل از اولین گزارش بالینی، نوع Omicron را شناسایی کردند.
او می‌گوید: «اگر در آزمایشگاهی هستید که می‌تواند نمونه‌ای از فاضلاب را توالی‌یابی کند، می‌توانید بروید، فقط این کد را اجرا کنید و در 20 ثانیه دیگر کارتان تمام شد.
علاوه بر لوی، کارتیکیان، اندرسن و نایت، نویسندگان این مطالعه، «توالی‌یابی فاضلاب، انتقال اولیه مرموز SARS-CoV-2 را نشان می‌دهد» شامل کریستین آسیوز، کاتلین اندرسون، کارتیک گانگاواراپو، اموری هافبائر، ازرا کورزبان، جاستین لی هستند. ناتانیل متسون، ادیث پارکر، سارا پرکینز، کارتیک رامش، رفیوجیو روبلز-سیکیساکا، مدیسون شواب، امیلی اسپنسر، شرلی وول، لورا نیکلسون و مارک زلر از تحقیقات اسکریپس، و همچنین همکاران در موسسه کودکان UC San Diego برای Rady، Genomic Medicine، Scripps Health، Sharp Healthcare، Helix، اداره بهداشت و خدمات انسانی شهرستان سن دیگو، وزارت بهداشت عمومی کالیفرنیا، و مراکز کنترل و پیشگیری از بیماری ها.
جاشوا لوی، دکترای فوق دکترای اسکریپس، یکی از اولین نویسندگان مقاله جدید، می‌گوید: «گرفتن تمام این تکه‌های کوچک ویروسی که در فاضلاب شناور هستند و فهمیدن اینکه کدام یک از انواع مختلف هستند و فراوانی نسبی آنها چقدر است، چالش برانگیز است. مقاله با Smruthi Karthikeyan از UC San Diego.
این پروژه مستلزم همکاری تنگاتنگی بین بیمارستان‌ها، دولت‌های ایالتی و محلی، امکانات توالی‌یابی، و دانشمندان دانشگاهی از جمله محققان آزمایشگاه اندرسن و میکروبیولوژیست دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو، دکتر راب نایت، بود. آزمایشگاه نایت 131 نمونه‌بردار خودکار فاضلاب را برای جمع‌آوری فاضلاب از 343 ساختمان در محوطه دانشگاه UCSD و 17 مدرسه دولتی در 4 منطقه مدرسه سن دیگو مستقر کرد و نمونه‌هایی را از تأسیسات بزرگ تصفیه فاضلاب در این شهرستان به‌دست آورد. در طول نزدیک به یک سال، این گروه بیش از 20000 نمونه فاضلاب را تجزیه و تحلیل کردند. در این فرآیند، آنها روش‌های بهبود یافته‌ای را برای متمرکز کردن RNA ویروسی در فاضلاب توسعه دادند که اکنون به طور گسترده توسط آزمایشگاه‌های بهداشت عمومی در سراسر کشور و جهان استفاده می‌شود. سپس، آزمایشگاه اندرسن چالش کمی کردن انواع ویروسی از داده‌های توالی‌یابی را به عهده گرفت.
بسیاری از انواع SARS-CoV-2، از جمله Omicron و Delta، با تعداد کمی جهش متفاوت هستند. اما از آنجایی که این تغییرات می تواند بر نحوه انتشار یا آلوده شدن ویروس تأثیر بگذارد، مقامات بهداشت عمومی باید آنها را به دقت پیگیری کنند. آنها معمولاً این کار را با تعیین توالی ژنوم‌های ویروس از بیماران انجام می‌دهند، که فرآیندی کند و پرهزینه است و با توجه به اینکه بسیاری از افراد به آزمایش در خانه روی می‌آورند، در شناسایی گستره و تنوع انواع کووید-19 مؤثرتر شده است.
Karthikeyan می‌گوید: «فاضلاب حاوی مقدار زیادی اطلاعات بسیار ارزشمند در مورد سلامتی ما است، از جمله این ژنوم‌های ویروسی که می‌توانند به ما اجازه دهند روند یک بیماری همه‌گیر یا همه‌گیر را ردیابی کنیم.
منبع:
الگوریتم آنها، به نام “Freyja” برای شناسایی انواع SARS-CoV-2 در فاضلاب، که امروز در طبیعت، به سرعت توسط بسیاری از آزمایشگاه‌های بهداشت عمومی اقتباس شده است و یک موهبت برای تلاش‌های نظارتی است که هدف آن شناسایی انواع جدید SARS-CoV-2 است.
موسسه تحقیقاتی اسکریپس
لوی کتابخانه ای از «بارکدها» ایجاد کرد که انواع SARS-CoV-2 را بر اساس تکه های کوتاه RNA آنها که برای هر گونه منحصر به فرد است، شناسایی می کند. سپس، او یک ابزار محاسباتی جدید را کدگذاری کرد که انبوه اطلاعات ژنتیکی موجود در فاضلاب را برای یافتن این بارکدها غربال می‌کند. او برنامه جدید Freyja را آسان و رایگان کرد.
محققان می‌گویند که به بهبود مجموعه ابزارهایی که برای تجزیه و تحلیل ویروس‌ها در فاضلاب استفاده می‌کنند ادامه می‌دهند، اما مجموعه روش‌های فعلی در حال حاضر یک جهش به جلو نسبت به رویکردهای قبلی است. از همین استراتژی‌ها می‌توان نه تنها برای ردیابی انواع SARS-CoV-2 بلکه سایر پاتوژن‌های انسانی استفاده کرد.