تشخیص انواع COVID-19 در فاضلاب
همه گیری جهانی COVID-19 به سرعت تشدید شد و این چالش با گسترش سریع انواع جدید تشدید شد. منبع برخی از تلاشهای مستمر جامعه علوم آب برای اعمال نظارت بر فاضلاب را بر روی این گونه ها مرور می کند. پروفسور بانو اورمچی، رئیس گروه کاری IWA COVID-19، در جمع بندی وضعیت کنونی در وبینار اخیر IWA که توسط گروه کاری تشکیل شده است، می گوید: "همه کشورها در جهان برای کنترل گسترش انواع مختلف تلاش می کنند."
ظهور انواع مختلف نگرانی های عمده ای را در مورد افزایش قابلیت انتقال و عفونت، شدت بیماری و مقاومت بالقوه در برابر واکسن ها و درمان ها برانگیخته است.
یک نوع، که اکنون توسط WHO به عنوان نوع آلفا تعیین شده است، در بریتانیا در اواخر سال 2020 شناسایی شد و با وجود قرنطینه شدید، مقامات هلندی تأیید کردند که تنها در 12 هفته، این نوع نه تنها وارد هلند شده بود، بلکه تقریباً 90 مورد را نشان می دهد. این نشان می دهد که چگونه وضعیت جهانی به سرعت بالا رفت، هم از نظر گسترش بیماری و هم از نظر ظهور انواع مختلف.
در کنار این، جامعه علوم آب با سرعت پاسخ داد. برای جمع آوری تجربیات اولیه، گروه ویژه COVID-19 IWA متخصصان برجسته را در یک وبینار گرد هم آورد تا تجربیات خود را در مورد استفاده از طیف وسیعی از روشها برای شناسایی و ردیابی انواع نگرانی SARS-CoV-2 (VoC) در کشورهای خود به اشتراک بگذارند.
نظارت بر فاضلاب
نظارت بر فاضلاب برای محتویات بیولوژیکی مانند عوامل بیماری زا و ویروس ها از دیرباز یک عملکرد منظم برای تأسیسات آب بوده است. با این حال، همه گیری، نقش نظارت بر فاضلاب را به عنوان "ابزار هشدار اولیه" بهداشت عمومی گسترده تر کرده است.
محققان، از جمله پروفسور گرتجان مدما، میکروبیولوژیست اصلی در KWR، در اوایل بیماری همه گیر تشخیص دادند که نظارت بر فاضلاب می تواند برای تشخیص وجود SARS-CoV-2 در سطح جامعه، شناسایی روندها و شیوع بیماری مورد استفاده قرار گیرد. از آن زمان، ظهور سریع انواع مختلف باعث افزایش علاقه به استفاده از آن برای ردیابی و حاوی شیوع های "انواع" خاصی شده است که از یک سویه در حال گردش غالب، که "نوع وحشی" نامیده می شود، قابل تشخیص است.
جستجوی انواع مختلف در حال حاضر یک تخصص در زمینه نظارت بر کرونا فاضلاب است. در حالی که علم مربوط به شناسایی VoC ها پیچیده است، اما از نظارت منظم SARS-CoV-2 کم نمی کند.
مدما، همراه با دکتر تامار کوهن، از موسسه فناوری فدرال سوئیس، و Giuseppina La Rosa، از موسسه ملی بهداشت بهداشتی undecylenate boldenone ایتالیایی، آخرین به روزرسانی روشهای در حال تکامل خود را برای شناسایی VoC در فاضلاب شهری به مخاطبان ارائه کردند. نقش نظارت بر انواع مختلف مشاهده حضور و پویایی ویروس و VoCs، از جمله تأثیرات احتمالی VoCs بر اثر واکسیناسیون است. شناسایی ظهور VoC ها و ردیابی حضور آنها به صورت مکانی و در طول زمان اطلاعات حیاتی را در اختیار مقامات حکومتی و پزشکی قرار می دهد تا از ایجاد مداخلات پیشگیرانه هدفمند حمایت کنند.
"شناسایی ظهور VOCS و ردیابی حضور آنها به صورت فضایی و بیش از زمان، اطلاعات حیاتی را برای دولت و سازمان های پزشکی ارائه می دهد"
مفاهیم مشترک: تعیین توالی ژنوم و PCR
دو رویکرد اساسی زیربنای روشهای کنونی نظارت بر VoC است: روالهای "تعیین توالی" ژنوم ویروس و تکنیکهای مبتنی بر واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR). تکنیک های مبتنی بر PCR، که وجود و کمیت RNA SARS-CoV-2 را مشخص می کند، همچنین می تواند جهش های امضا را که مشخصه انواع آنها است، تشخیص دهد. به هر جهش یک کد منحصر به فرد اختصاص داده می شود و انواع آن معمولاً ترکیبی از جهش ها هستند. به عنوان مثال، VoC آلفا ("UK") شامل جهش های N501Y، E484K و K417 است. نهایی این سه جهش، نوع آلفا را از انواع بتا ("آفریقای جنوبی") و گاما ("برزیلی") متمایز می کند، که جهش به ترتیب K417N و K417T تعیین شده است.
هر دو روش در حال حاضر توسط KWR در هلند در "توالی یابی نسل بعدی" (NGS)، با بیوانفورماتیک برای تجزیه و تحلیل ژنوم SARS-CoV-2 و تجزیه و تحلیل قطره دیجیتال PCR (DD-PCR)، که موارد نادر ویروس جهش یافته را تشخیص می دهد، آزمایش می شوند. در دریایی از نوع "وحشی" SARS-CoV-2. DD-PCR اساساً دنبال توالی های ژنوم در فاضلاب است که بسیار شبیه توالی های موجود در افرادی است که در حوضه آبریز زندگی می کنند.
مدما گفت: "مطالعات انجام شده تا کنون نشان می دهد که می توان از این فرآیند برای آزمایش VoC ها با استفاده از قطرات دیجیتالی جداگانه، حاوی واحدهای بسیار کوچک از توالی ویروس استفاده کرد." کمتر) در مخلوطی از نوع وحشی. "
NGS با استفاده از تجزیه و تحلیل بیوانفورماتیک نیز در موسسه فناوری فدرال سوئیس، در کارهایی که توسط Tamar Kohn رهبری می شود، در حال توسعه است. روش سوئیسی بسیار هدفمند است، تنوع ژنتیکی در مناطق ژنومی خاص ویروس را تجزیه و تحلیل می کند و تعیین توالی محصولات PCR (آمپلیکون ها). Kohn می گوید: "RNA ویروسی پس از اولترافیلتراسیون از فاضلاب خام استخراج می شود، که بسیاری از مهار کننده های PCR را حذف می کند، به اندازه کافی دست نخورده باقی می ماند و برای تجزیه و تحلیل NGS مناسب است." تجزیه و تحلیل از یک پلت فرم بیوانفورماتیک سفارشی، V-Pipe استفاده می کند، که توسط یک تیم زیست شناسی محاسباتی در ETH زوریخ، به رهبری پروفسور نیکو بیرن وینکل توسعه یافته است. این در نهایت یک فرآیند تحلیلی از "فراخوانی جهش" در هر آمپلیکون را امکان پذیر می کند.
کار به رهبری Giuseppina La Rosa در موسسه ملی بهداشت ایتالیا در حال توسعه یک رویکرد جایگزین، "تو در تو RT-PCR (معکوس رونویسی PCR) و تعیین توالی Sanger" است. توالی یابی سانگر در سال 1977 توسط فردریک سنگر توسعه یافت و قطعات خاصی از DNA را برای دسترسی به اطلاعات ژنومی درون نوکلئوتیدها هدف قرار می دهد. این همان فرایندی است که برای تعیین توالی کل ژنوم انسان استفاده شد.
توالی یابی کد ژنتیکی را از ژنوم کامل SARS-CoV-2 و از "قطعات PCR طولانی" جداگانه، امکان تشخیص جهش های متعدد را می دهد. با این حال، تقویت قطعات بلند از ماتریس چالش برانگیز فاضلاب بسیار ساده نیست، بنابراین محققان در حال حاضر استفاده از دو قطعه کوتاه RT-PCR تو در تو را برای بهبود روش فاضلاب آزمایش می کنند.
لا رزا می گوید: "تا کنون، همه گونه های شناسایی شده در مشاهدات بالینی شناسایی شده و به درستی در قطعات کد تخصیص یافته اند و این امر باعث افزایش اعتماد به نفس در این تکنیک می شود." این فرایند انواع آلفا، بتا و گاما و همچنین انواع اسپانیا، کالیفرنیا و دانمارک را شناسایی کرد. حتی جدیدترین VoC هایی که در نیجریه، هند و ژاپن در حال ظهور بودند، در یک قطعه طولانی از پروتئین سنبله اصلی قابل تشخیص بودند. همانند سایر مطالعات، رویکردی که در ایتالیا در حال توسعه است، قبل از اعمال بر روی نمونه های محیطی، آزمایش شده و در برابر نمونه های بالینی معتبر است.
تمرکز هر یک از این تکنیک ها بر روی ظهور و شیوع VoC ها است، به جای اینکه مقادیر ویروس در فاضلاب را با میزان عفونت در جمعیت مرتبط سازد. س questionsالات خاصی که تجزیه و تحلیل ها برای پاسخ به آنها استفاده می شود عبارتند از: آیا این نوع وارد جمعیت شده است یا خیر. وقتی وارد شد ؛ چقدر شایع است؛ و اینکه آیا این شیوع در حال تغییر است یا خیر.
انواع مختلف به تسلط می رسند
در هلند، تقریباً 1000 نمونه بیمار بالینی تصادفی در هفته از بیمارستان های سراسر کشور برای ردیابی انواع ویروس کرونا جمع آوری می شود و زمینه بالینی را برای مقایسه نمونه های فاضلاب فراهم می کند. در حال حاضر پردازش داده های بالینی سه تا چهار هفته طول می کشد.
خروجی های NGS نشان می دهد که چگونه می توان ظهور و توسعه یک نوع را شناسایی و از نظر جغرافیایی و در طول زمان از طریق تجزیه و تحلیل فاضلاب ردیابی کرد. ارقام نشان می دهد که نوع آلفا در ژانویه و فوریه 2021 به سرعت در هلند تاسیس شد، از جمله در آمستردام، در عرض دو ماه رایج شد. تا پایان فوریه، نوع آلفا در آمستردام و اوترخت به 85 درصد رسیده بود. تا آوریل 2021، آن غالب شد و در واقع تبدیل به "نوع وحشی" جدید SARS-CoV-2 شد که بر روی آن انواع جدید نظارت می شود.
جالب است که مطالعات در هلند نشان داده است که توالی فاضلاب نیز وجود جهش های نادری را نشان می دهد که در داده های بیماران مشاهده نشده است. ممکن است گمانه زنی شود که این جهش ها انواع جدیدی را در جمعیت نشان می دهند، اما به طور حتم از فاضلاب برای نشان دادن این که کدام نوع نگران کننده است استفاده نمی شود - این مسئولیت مطالعات اپیدمیولوژیک باقی مانده است.
در آوریل 2021، نوع آلفا در سوئیس فراوان ترین بود. محققان سوئیسی همچنین تلاشهای خود را بر روی نوع آلفا متمرکز کرده اند و به گفته دکتر کوهن، "از نتایج آنها بسیار هیجان زده هستند"، که روند ظهور و افزایش مشابهی را در هلند نشان می دهد.
تصمیم برای افتتاح پیست های اسکی در طول همه گیری بسیار بحث برانگیز بود، اما یک پیست محبوب کوهستانی نمونه نمونه ارزشمندی را برای محققان فراهم کرده است. داده های توالی یابی دانشمندان موسسه فناوری فدرال سوئیس را قادر می سازد تا زمان ظهور و شیوع این گونه را در سه مکان بازسازی کنند: پیست اسکی (نمایانگر یک منطقه نمونه "پاپ آپ" در دسامبر 2020 با معادل جمعیت (PE) فقط 10،000)، و نظارت طولانی مدت بر فاضلاب در زوریخ (PE 450،000) و لوزان (PE 240،000).
به گفته کوهن، فرایند آمپلیکون "می تواند ترکیب جهش ها را تشخیص دهد و از تجزیه و تحلیل جهش ها به صورت جداگانه قوی تر است و شواهد بسیار قوی برای وجود VoC ارائه می دهد". آمپلیکون های حاوی جهش های نوع آلفا در لوزان در اوایل دسامبر شناسایی شدند و سیگنال آماری قابل توجهی با داده های بالینی مطابقت داشت.
جبران غربالگری سریع
نتایج مطالعات ایتالیایی متفاوت تر بوده است. در نمونه های زیست محیطی، توالی یابی سانگر نوع آلفا را در منطقه اومبریان ایتالیا هنگامی که سطح وقوع آن کم بود، تشخیص نداد، نشان می دهد که ممکن است ناحیه کمتر شایع را دست کم بگیرد.
ns آزمایش، با استفاده از دو روش PCR قطعه کوتاه به جای یک قطعه طولانی تر، نشان داد که این رویکرد ممکن است در هر آزمایش یک هدف متفاوت را تقویت کند. به ناچار، مقدار اطلاعاتی که روی قطعات کوتاهتر نگهداری می شود کاهش می یابد، اما نتایج نشان می دهد که هر دو روش می توانند بین VoC ها و سایر ویروس ها تمایز قائل شوند. کارهای بیشتری برای بهینه سازی روش PCR قطعه بلند برای نمونه های محیطی و ترکیب آن با NGS یا تعیین توالی طولانی مدت برای تجزیه و تحلیل توالی عمیق ادامه دارد.
با این حال، RT-PCR تو در تو یک روش غربالگری سریع برای VoC ها در حوضه های تصفیه آب ارائه می دهد. این می تواند اقدامات را در مناطقی که نظارت بالینی و/یا مداخله پیشگیرانه هدفمند مورد نیاز است، تسریع کند. می توان آن را به طور معمول، با هزینه کم انجام داد و تفسیر آن نسبتاً آسان است.
توالی یابی فاضلاب در برابر توالی یابی بالینی
تجزیه و تحلیل فاضلاب برای VoC ها پیچیده تر از تجزیه و تحلیل نمونه های بالینی است. فاضلاب شامل ترکیبی از انواع مختلف افراد است، بنابراین تجزیه و تحلیل باید بتواند بین ترکیبات مربوط به جهش ها تمایز قائل شود تا درک کند که کدام گونه ها مشاهده می شوند و بنابراین، در جمعیت وجود دارد. این تحقیق نسبتاً جدید است و آزمایش و تأیید روش ها و نتایج در برابر داده های بالینی، معیار اصلی اعتبار نظارت بر فاضلاب است. علیرغم پیروی از روشهای تحلیلی مختلف، همه مطالعات تا کنون یافته های خود را در مقایسه با داده های بالینی با سطح اطمینان بالا گزارش کرده اند.
با نگاه به آینده
بر اساس نظرسنجی انجام شده در وبینار IWA، دو سوم پاسخ دهندگان کشور تأیید کردند که از فاضلاب به عنوان ابزاری برای نظارت بر VoC ها استفاده می کنند. بر اساس تجربه در هلند، پروفسور مدما به کشورها توصیه می کند "کنسرسیوم هایی را تشکیل دهند که شامل نهادهای بهداشتی، موسسات تحقیقاتی و تأسیسات آب باشد، زیرا در نهایت، نهادهای بهداشتی به عنوان" کاربر نهایی "برای تبدیل تحقیقات فاضلاب به اقدامات بهداشت عمومی ضروری هستند". به
با نگاه به آینده، هدف این است که انواع مختلف را قبل از ظهور در بیمارستان ها تشخیص دهیم. مطالعات سال گذشته (آگوست 2020) نشان داد آزمایش در تصفیه خانه های فاضلاب به اندازه کافی حساس بوده تا گردش ویروس را قبل از مشاهده ویروس در گزارشات بالینی شناسایی کند. امید است که در شناسایی VoC ها نیز همین امر صادق باشد.
مزایای تعیین توالی در حال آشکار شدن است، اما چالش هایی وجود دارد که می تواند توالی یابی برای نظارت بر VoC را مهار کند، عمدتا فقدان پرسنل آموزش دیده بیوانفورماتیک و هزینه بالا و عدم ظرفیت توالی یابی. با توجه به اینکه ویروس کرونا برای سالهای آینده همچنان جهان را درگیر خود کرده است و با پیش بینی اینکه در آینده با تهدیدهای مشابه دیگری روبرو خواهیم شد، واضح است که نیاز به داده های بیشتر و متخصصان بیوانفورماتیک بیشتری برای توسعه این فناوری برای آینده. در همین حال، با توزیع شده RT-PCR که یک روش غربالگری سریع برای VoC ها در حوضه های آبریز ارائه می دهد، چشم انداز اقدامات سریعتر در مناطقی وجود دارد که در آنها نظارت بالینی و/یا مداخله پیشگیرانه هدفمند مورد نیاز است.
اطلاعات بیشتر
تشخیص انواع COVID-19 در فاضلاب وبینار IWA، 13 آوریل 2021. وبینار را در اینجا تماشا کنید.
غربالگری سریع SARS-CoV-2 Variants of Concern در نمونه های بالینی و محیطی با استفاده از سنجش تو در تو RT-PCR که جهش های کلیدی پروتئین سنبله را هدف قرار می دهد، G La Rosa و همکاران، Water Research. doi.org/10.1016/j.watres.2021.117104.
انواع نگرانی COVID-19
WHO label Lineage نمونه های اولیه ثبت شده:
- آلفا B.1.1.7 انگلستان، سپتامبر 2020
- بتا B.1.351 آفریقای جنوبی، مه 2020
- گاما P.1 برزیل، نوامبر 2020
- Delta B.1.617.2 هند، اکتبر 2020
منبع: WHO، 31 مه 2021.
تماس واتساپ: 09190622992 (98+)
شناسه تلگرام مدیر سایت: Basin_Ir_bot@
نشانی ایمیل: www.Basin.ir@Gmail.com
(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)
_______________________________________________________
تماس با ما
تماس واتساپ
گروه تلگرام ما
هشدارهای ما
آمار و اطلاعات
سفارش پروژه
در منابع آب
نظرات (۰)