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SARS-CoV-2-Varianten in Abwässern früher erkennen

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Ein Team von Scripps Research und der University of California, San Diego, berichtet in Zusammenarbeit mit der San Diego Epidemiology and Research for COVID Health (SEARCH)-Allianz, dass sie mit nur zwei Teelöffeln Rohabwasser die genetische Mischung der SARS-CoV-2-Varianten in einer Population genau bestimmen und neue bedenkliche Varianten bis zu 14 Tage vor den herkömmlichen klinischen Tests identifizieren können.

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Im Abwasser von San Diego entdeckte die Gruppe die Omicron-Variante 11 Tage bevor sie erstmals klinisch gemeldet wurde.

Ihr Algorithmus mit dem Namen "Freyja" zur Identifizierung von SARS-CoV-2-Varianten im Abwasser, der in dem Artikel "Wastewater sequencing reveals early cryptic SARS-CoV-2 variant transmission" in Nature beschrieben wird, wurde von vielen Labors des öffentlichen Gesundheitswesens übernommen und ist ein Segen für Überwachungsmaßnahmen, die darauf abzielen, neue Varianten von SARS-CoV-2 zu erkennen, so die Wissenschaftler.

"Da sich SARS-CoV-2 weiter ausbreitet und weiterentwickelt, ist die frühzeitige Erkennung neu auftretender Varianten entscheidend für Maßnahmen im Bereich der öffentlichen Gesundheit. Der Rückschluss auf die Prävalenz der Abstammung durch klinische Tests ist in großem Maßstab undurchführbar, insbesondere in Gebieten mit begrenzten Ressourcen, Beteiligung oder Test-/Sequenzierungskapazitäten, was auch zu Verzerrungen führen kann", schreiben die Forscher.

"Die SARS-CoV-2-RNA-Konzentration im Abwasser verfolgt erfolgreich die regionale Infektionsdynamik und liefert weniger verzerrte Abundanzschätzungen als klinische Tests. Die Verfolgung der genomischen Sequenzen des Virus im Abwasser würde die Schätzungen der Prävalenz in der Gemeinschaft verbessern und neue Varianten aufdecken. Zwei Faktoren schränken jedoch die abwasserbasierte genomische Überwachung ein: die geringe Qualität der Sequenzdaten und die Unfähigkeit, die relative Häufigkeit von Abstammungen in gemischten Proben zu schätzen.

Verbesserte Protokolle für den Nachweis von COVID-Varianten in Abwässern

"Hier lösen wir diese kritischen Probleme, um eine hochauflösende, 295 Tage dauernde Sequenzierung von Abwässern und klinischen Proben in der kontrollierten Umgebung eines großen Universitätscampus und im breiteren Kontext des umliegenden Landkreises durchzuführen. Wir entwickeln und verwenden verbesserte Viruskonzentrationsprotokolle und Entfaltungssoftware, die mehrere Virusstämme aus dem Abwasser vollständig auflösen. Wir erkennen neu auftretende, bedenkliche Varianten bis zu 14 Tage früher in Abwasserproben und identifizieren mehrere Fälle von Virusausbreitung, die von der klinischen genomischen Überwachung nicht erfasst werden.

"Unsere Studie bietet eine skalierbare Lösung für die genomische Überwachung von Abwässern, die eine frühzeitige Erkennung von SARS-CoV-2-Varianten und die Identifizierung kryptischer Übertragungen ermöglicht

"Vielerorts ist die standardmäßige klinische Überwachung auf neue bedenkliche Varianten nicht nur langsam, sondern auch extrem kostenintensiv", erklärt Kristian Andersen, PhD, Professor für Immunologie und Mikrobiologie bei Scripps Research und einer der Hauptautoren der neuen Arbeit. "Aber mit diesem neuen Instrument kann man mit einer einzigen Abwasserprobe ein Profil der gesamten Stadt erstellen

Das Projekt erforderte eine enge Zusammenarbeit zwischen Krankenhäusern, staatlichen und kommunalen Behörden, Sequenzierungseinrichtungen und akademischen Wissenschaftlern - einschließlich der Forscher im Labor von Andersen und dem Mikrobiologen Rob Knight von der UC San Diego, PhD.

"Es bedurfte einer intensiven Zusammenarbeit zwischen den Akteuren des öffentlichen Gesundheitswesens und der akademischen Welt, um dieses System in San Diego zu etablieren, und jetzt, da wir seine Wirksamkeit bewiesen haben, hoffen wir, dass es andere Kommunen dazu inspiriert, diese Instrumente zu nutzen", sagt Knight. "Wir freuen uns auch darauf, sie auf andere Krankheitserreger als SARS-CoV-2 auszuweiten

Die Forscher weisen darauf hin, dass sie die Instrumente, die sie zur Analyse von Viren in Abwässern einsetzen, weiter verbessern, dass aber die derzeitige Reihe von Methoden bereits einen Fortschritt gegenüber früheren Ansätzen darstellt.

Weitere Artikel über die Probenahme von Abwasser für die COVID-19-Analyse finden Sie in GEN: "New Methods Enable Earlier Detection of COVID-19 Outbreaks in Wastewater", Water Research: "Rapid displacement of SARS-CoV-2 variant Delta by Omicron revealed by allele-specific PCR in wastewater," and Science of the Total Environment: "Fünfwöchige Warnung vor COVID-19-Spitzen vor dem Omicron-Ausbruch in Detroit, Michigan, durch Abwasserüberwachung"