Erik Jepsen
ประเด็นที่สำคัญ
- การทดสอบน้ำเสียสำหรับ COVID-19 เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการติดตามการระบาดที่อาจเกิดขึ้น
- ด้วยวิธีการที่ได้รับการปรับปรุงทำให้การเฝ้าระวังประเภทนี้ทำได้เร็วขึ้นมีประสิทธิภาพมากขึ้นและถูกลง
- การปรับปรุงกระบวนการนี้ทำให้สามารถทดสอบตัวอย่างจากท่อระบายน้ำและโรงบำบัดน้ำเสียได้หลายสิบตัวอย่างในแต่ละวันแทนที่จะมีเพียงไม่กี่ตัวอย่างเท่านั้น
- นอกจากนี้ยังอาจใช้การทดสอบน้ำเสียอย่างรวดเร็วเพื่อตรวจจับและติดตามการระบาดของไวรัสอื่น ๆ ในอนาคต
ในช่วงต้นของการแพร่ระบาดนักวิทยาศาสตร์หันมาใช้น้ำเสียเป็นระบบเตือนการระบาดของ COVID-19 การทดสอบตัวอย่างน้ำเสียสำหรับการปรากฏตัวของไวรัสได้พิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์ในการแยกเฉพาะอาคารหรือบริเวณที่มี COVID-19 อยู่แล้วแม้กระทั่ง หากผู้ให้บริการไม่มีอาการ วิธีนี้ถูกนำไปใช้ทุกที่ตั้งแต่วิทยาลัยไปจนถึงชุมชนท้องถิ่น
แต่วิธีนี้มีข้อบกพร่องที่สำคัญอย่างหนึ่งคือความเร็ว ตอนนี้ทีมงานของคณะแพทยศาสตร์มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียแห่งซานดิเอโก (UCSD) ได้ค้นพบวิธีที่จะเร่งกระบวนการตรวจจับและให้ข้อมูลที่ถูกต้องรวดเร็วยิ่งขึ้น
กระบวนการเดิมช้าเนื่องจากตัวอย่างน้ำเสียหรือสิ่งปฏิกูลถูกเจือจางและต้องมีความเข้มข้นซึ่งต้องใช้หลายขั้นตอนและใช้ทรัพยากรมากมาย Smruthi Karthikeyan, PhD, วิศวกรสิ่งแวดล้อมและนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ UCSD School of Medicine กล่าวกับ Verywell Karthikeyan เป็นผู้เขียนนำรายงานกระบวนการที่เผยแพร่ในเดือนนี้ในวารสารmSystems.
เร่งกระบวนการ
ซึ่งแตกต่างจากผ้าเช็ดล้างจมูกซึ่งใช้ตัวอย่างน้ำมูกเพียงเล็กน้อยตัวอย่างน้ำเสียจากท่อระบายน้ำหรือโรงบำบัดน้ำเสียจะถูกเจือจางหลังจากที่คลุกเคล้ากับสิ่งอื่น ๆ ที่ลงไปในท่อระบายน้ำแล้ว
ตัวอย่างน้ำเสียจำเป็นต้องมีความเข้มข้นเพื่อให้ SARS-CoV-2 ซึ่งเป็นไวรัสที่ทำให้เกิด COVID-19 หากมีอยู่จะหาได้ง่ายกว่า แต่จำเป็นต้องมีวิธีที่เร็วกว่าในการรวบรวมตัวอย่างเหล่านั้นและค้นหา RNA จากไวรัส นักวิจัยสนใจเป็นพิเศษในการค้นหาวิธีการที่สามารถทำได้พร้อมกันในหลาย ๆ ตัวอย่างและสามารถให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำในวันเดียวกัน
เพื่อเร่งกระบวนการให้เร็วขึ้น Karthikeyan และทีมของเธอจึงหันไปขอความช่วยเหลือจากหุ่นยนต์ที่เธอมีอยู่แล้วในห้องทดลองของเธอ ก่อนที่การระบาดจะเริ่มขึ้นงานวิจัยของเธอมุ่งเน้นไปที่จุลินทรีย์ในลำไส้ซึ่งเป็นพื้นที่การศึกษาที่เกี่ยวข้องกับการตรวจสอบตัวอย่างสิ่งปฏิกูลด้วย ด้วยการปรับเปลี่ยนระบบดังกล่าวพวกเขาสามารถดึง RNA ออกจากตัวอย่างน้ำเสียได้อย่างรวดเร็วและเรียกใช้ปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส (PCR) เพื่อค้นหายีนที่เป็นลายเซ็นของ COVID-19
ในระบบที่ใช้ในการเฝ้าระวังน้ำเสียก่อนหน้านี้ตัวอย่างน้ำจะถูกทำให้เข้มข้นโดยใช้วิธีการกรองหรือการตกตะกอนซึ่งต้องใช้เวลาและทรัพยากรจำนวนมากในการดำเนินการทดสอบ
Karthikeyan อธิบายว่าระบบความเร็วสูงนี้ใช้เม็ดแม่เหล็กที่เชื่อมโยงกับบิตของไวรัส จากนั้นหุ่นยนต์ประมวลผลจะหยิบลูกปัดขึ้นมาโดยใช้หัวแม่เหล็กทิ้งทุกอย่างไว้ข้างหลัง
“ วิธีนี้ทำให้คุณเลือกเฉพาะไวรัสและไม่เก็บขยะทั้งหมด” เธอกล่าว “ ช่วยเพิ่มโอกาสในการค้นหาไวรัสแม้ในระบบที่เจือจาง” จากนั้นตัวอย่างเข้มข้นจะถูกทดสอบสำหรับเป้าหมายยีนที่แตกต่างกันสามเป้าหมายในจีโนม COVID-19 โดยใช้การทดสอบ PCR
การคัดกรองปริมาณงานสูงคืออะไร?
การคัดกรองปริมาณงานสูงใช้อุปกรณ์อัตโนมัติในการทดสอบตัวอย่างหลายพันถึงหลายล้านตัวอย่างอย่างรวดเร็วสำหรับกิจกรรมทางชีวภาพในระดับสิ่งมีชีวิตเซลล์ทางเดินหรือระดับโมเลกุล
ระบบที่ปรับปรุงใหม่ช่วยเพิ่มความเร็วในการทดสอบได้อย่างมาก
“ [ก่อนหน้านี้] ฉันไม่สามารถทำมากกว่า 10 ตัวอย่างในหนึ่งวัน ฉันใช้เวลาหลายชั่วโมงในการทำสิ่งเดียวกัน” Karthikeyan กล่าว “ ด้วยวิธีนี้เราสามารถทำตัวอย่างได้ 120 ตัวอย่างใน 4.5 ชั่วโมงตั้งแต่การรับตัวอย่างไปจนถึงการตรวจจับ PCR จริง”
กระบวนการนี้มีข้อดีเพิ่มเติมคือราคาถูกกว่าเนื่องจากต้องใช้ทรัพยากรน้อยลงและมีคนดำเนินการทดสอบน้อยลงเธอกล่าวเสริม การทดสอบสามารถทำได้กับตัวอย่างน้ำเสียที่มีปริมาตรน้อยถึง 10 มิลลิลิตร
ความแม่นยำของผลลัพธ์ด้วยวิธีนี้ก็สูงเช่นกัน การทดสอบอย่างรวดเร็วช่วยให้นักวิจัยสามารถคาดเดาสิ่งที่จะเกิดขึ้นกับการแพร่กระจายของ COVID-19 ได้ล่วงหน้าหนึ่งสัปดาห์ด้วยความแม่นยำที่ดีและล่วงหน้าสามสัปดาห์ด้วยความถูกต้องยุติธรรมตามคำแถลงของ UCSD School of Medicine
สิ่งนี้หมายถึงอะไรสำหรับคุณ
การเฝ้าระวังน้ำเสียสำหรับ COVID-19 เป็นการเตือนว่าไวรัสสามารถแพร่กระจายได้แม้ว่าจะไม่พบอาการก็ตาม สิ่งสำคัญคือต้องใช้มาตรการป้องกันความปลอดภัยที่จำเป็นเช่นการสวมหน้ากากการห่างเหินทางสังคมและล้างมือเพื่อให้ตัวเองและชุมชนปลอดภัย
เรื่องราวความสำเร็จ
การทดสอบน้ำเสียจากหอพักและอาคารอื่น ๆ ที่ UCSD ได้ดำเนินการมาตั้งแต่เดือนกรกฎาคม 2020 ทีมงานที่นำโดย Rob Knight, PhD, ศาสตราจารย์และผู้อำนวยการศูนย์นวัตกรรมไมโครไบโอมของ UCSD ได้ค้นพบเทคนิคนี้
หนึ่งเดือนหลังจากที่โรงเรียนเริ่มสำรวจน้ำเสียพวกเขาตรวจพบกรณีที่ไม่มีอาการเป็นบวกและมหาวิทยาลัยสามารถส่งการแจ้งเตือนไปยังผู้คนในอาคารที่ได้รับผลกระทบ สิ่งนี้อำนวยความสะดวกในการทดสอบบุคคลตามเป้าหมายในพื้นที่ที่กำหนดแทนที่จะพยายามทดสอบทุกคนในมหาวิทยาลัย ขณะนี้ผลการคัดกรองพร้อมใช้งานบนแดชบอร์ดสาธารณะแล้ว
มหาวิทยาลัยอื่น ๆ เช่นมหาวิทยาลัยแอริโซนากำลังใช้การทดสอบน้ำเสียเพื่อติดตามการแพร่กระจายของโควิด -19 นิวยอร์กซิตี้ยังเฝ้าติดตาม COVID-19 ในตัวอย่างจากโรงบำบัดน้ำเสีย 14 แห่ง
ระบบ UCSD ช่วยให้สามารถทดสอบตัวอย่างน้ำได้มากขึ้นอย่างรวดเร็วทำให้เจ้าหน้าที่สาธารณสุขสามารถตรวจสอบการแพร่กระจายของไวรัสได้ก่อนที่ผู้คนจะป่วยทางคลินิก “ ฉันไม่คิดว่าจะมีใครทำขนาดนี้ได้” Karthikeyan กล่าว
ระบบที่ใช้ที่ UCSD สามารถตรวจจับ COVID-19 ได้แม้แต่กรณีเดียวในอาคารที่มีผู้อยู่อาศัยมากกว่า 400 คน ในกลุ่มประชากรที่อายุน้อยเช่นนักศึกษาที่ UCSD ผู้ที่ติดเชื้อมักไม่มีอาการ แต่ยังคงกำจัดไวรัสอยู่ Karthikeyan กล่าว เมื่อถึงเวลาที่พาหะที่ไม่มีอาการเปลี่ยนอาการหรือแพร่กระจายไวรัสไปยังผู้ที่แสดงอาการของการติดเชื้อไวรัสอาจแพร่กระจายแบบทวีคูณ
Karthikeyan และเพื่อนร่วมงานของเธอกำลังทดสอบตัวอย่างน้ำเสียสำหรับ San Diego County ระบบบำบัดน้ำเสียที่ Point Loma ดำเนินการบำบัดน้ำเสียสำหรับผู้คนมากกว่า 2.2 ล้านคนโดยอนุญาตให้เก็บตัวอย่างในที่เดียวสำหรับพื้นที่ให้บริการทั้งหมด เป็นเรื่องยากและมีราคาแพงในการทดสอบไวรัสกับประชากรทั้งหมด แต่การใช้การทดสอบน้ำเสียเป็นเทคนิคการเฝ้าระวังช่วยให้เจ้าหน้าที่สาธารณสุขสามารถ จำกัด พื้นที่ที่มีความสำคัญในการทดสอบให้แคบลงได้
ซานดิเอโกเคาน์ตี้ต้องการให้ทีม UCSD ไม่เพียง แต่ตรวจจับไวรัส แต่ยังจัดลำดับจีโนมของไวรัสเพื่อดูว่าไวรัสชนิดใดที่อาจแพร่กระจายได้ Karthikeyan กล่าว “ ตอนนี้เรากำลังจะทำการจัดลำดับจีโนมขนาดใหญ่” เธอกล่าวเสริม
การเฝ้าระวังน้ำเสียประเภทนี้สามารถปรับให้เข้ากับการเฝ้าระวังไวรัสใด ๆ ที่หลั่งในอุจจาระ Karthikeyan กล่าวเสริมว่าสามารถใช้ในการแพร่ระบาดของโรคติดเชื้อหลายประเภทและอาจช่วยตรวจจับการระบาดในอนาคตก่อนหน้านี้
