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密歇根州立大学新闻

废水可能有助于预测下一次COVID-19疫情

预测像COVID-19这样的病毒爆发的秘密可能就在我们的下水道里。密歇根州立大学的一名研究人员正在领导一项研究,以确定是否可以通过废水采样来识别和预测病毒的爆发。

在美国五大湖区水务局的资助下,密歇根州立大学的艾琳·沙戈若拉基正在使用她最近完成的一项研究中的一种方法来测试和预测底特律的COVID-19,这种方法可以在疾病在卫生机构出现之前就发出潜在疫情的警告。

如果我们的预测模型显示出问题的早期预警信号,我们就可以向州和联邦当局拉响警报,为疾病的爆发做好准备。密歇根州立大学环境工程副教授Xagoraraki说。医学界需要有足够的资源来帮助这些社区,及早采取行动可能是答案之一。

在这项由美国国家科学基金会(National Science Foundation)资助的初步研究中,Xagoraraki评估了底特律居民在2017年11月至2018年2月期间从未经处理的废水样本中收集的人类病毒病原体。

我们开发了两个模型;第一种是病毒识别模型,即病毒识别模型,它决定了在特定时间特定人群中病毒感染的多样性和遗传组成。Xagoraraki说。第二种是病毒预测模型,或称病毒- pd,它提供了目标病毒性疾病(如肝炎、COVID-19等)随时间在特定地理区域波动的早期信号。

在未经处理的废水中使用病毒- id, Xagoraraki能够识别出从诺如病毒到人疱疹病毒8(卡波西肉瘤相关疱疹病毒)的一系列肠道、呼吸道、血源性和病媒传播的病毒,后者被认为是在采样期间在底特律发生的艾滋病毒-艾滋病疫情造成的。在抽样期间,在底特律人口中发现了多种与病毒相关的疾病的遗传序列,这些疾病是在州报告的临床记录中发现的,是在废水中发现的。

在病毒- pd模型试验中,废水和废水中甲型肝炎的浓度;与其它多个参数一起使用;与临床资料相关。

在卫生保健机构发现并报告甲型肝炎病例之前的大约7至9天,废水中发现了周围社区甲型肝炎发病率的增加。Xagoraraki说。

随着第一阶段研究的成功,Xagoraraki和她的团队每周收集样本,并测量污水中beta冠状病毒SARS-CoV2(即新型冠状病毒,或COVID-19)的浓度。协助的有MSU博士候选人Brijen Miyani和Camille McCall;应届毕业生吴慧云和布莱恩;以及五大湖水资源管理局和底特律水和排水部门。

Xagoraraki说,环境样本基因检测的一个关键组成部分是对样本进行浓缩和清洗,以去除通常在临床样本中没有发现的化学或微生物污染。

为了估计污水收集网络中的病毒滞留时间,对水文和其他网络数据进行分析和建模;为了估计有贡献的种群,测量生物标志物和排泄代谢物。正在收集人口健康数据和covid相关特征,如潜伏期和脱落率,并建立模型,以估计废水中测量的病毒浓度与疾病症状出现之间的延迟。

来自xagoraraki的初步研究结果可以在《健康、水研究》和《环境工程杂志》上看到。

如果SARS-CoV-2的预测能力得到验证,这种方法可能提供一种手段,通过使公共卫生官员在疫情进一步蔓延之前采取行动,使经济在没有昂贵和耗时的大规模测试的情况下保持更长时间的开放,从而减轻目前的大流行。工程学院负责研究的副院长John Verboncoeur说。从长远来看,这种方法可能会提供一个早期预警系统,在新出现的流行病开始之前就限制其影响,多个地点以低成本提供病原体早期传播的时空图像。

Xagoraraki还与密歇根州立大学骨科医学学院的全球健康研究所合作,将其扩展到国际地区。

根据Xagoraraki的说法,这项国际工作至关重要,因为在发展中国家,得不到充分服务的人口往往不寻求或无法获得医疗保健,而且疫情往往不被发现。在这些地区,除了集中的废水采样外,该小组还计划在关键地区包括流域采样,以评估不受公共设施服务的人群的病毒载量和病毒多样性。

能够在疾病暴发之前检测到废水中的病毒脱落的影响可以指导这些发展中国家未来有关流行病和大流行的公共卫生和公共政策决定。骨科医学院负责全球健康的副院长威廉·坎宁安说。

目前我们所做的一切都处于研究阶段。然而,这可能是全国乃至全世界更大的解决方案的一部分。Xagoraraki说。我们的模型预计将描述地方病的模式,识别潜在的新病毒,并在疾病全面爆发之前预测爆发或传播的热点和关键时刻。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://msutoday.msu.edu/news/2020/wastewater-may-help-predict-the-next-covid-19-outbreak/