VirWaTest, un método de punto de uso para la detección de virus en muestras de agua
Summary
Aquí presentamos VirWaTest, que es un método simple, asequible y portátil para la concentración y detección de virus de muestras de agua en el punto de uso.
Abstract
Los virus excretados por humanos y animales pueden contaminar las fuentes de agua y representar un riesgo para la salud humana cuando esta agua se utiliza para beber, irrigación de alimentos, lavado, etc. El indicador clásico de bacterias fecales no siempre comprueba la presencia de patógenos virales, por lo que la detección de patógenos vímicos e indicadores virales es relevante para adoptar medidas de mitigación del riesgo, especialmente en escenarios humanitarios y en zonas cuando los brotes virales transmitidos por el agua son frecuentes.
En la actualidad, varias pruebas comerciales que permiten la cuantificación de bacterias indicadoras fecales (FIB) están disponibles para su análisis en el punto de uso. Sin embargo, tales pruebas comerciales no están disponibles para la detección de virus. La detección de virus en muestras de agua ambiental requiere concentrar varios litros en volúmenes más pequeños. Además, una vez concentrado, la detección de virus se basa en métodos como la extracción de ácido nucleico y la detección molecular (por ejemplo, ensayos basados en la reacción en cadena de la polimerasa [PCR]) de los genomas virales.
El método descrito aquí permite la concentración de virus a partir de muestras de agua de 10 L, así como la extracción de ácidos nucleicos virales en el punto de uso, con equipos simples y portátiles. Esto permite la prueba de muestras de agua en el punto de uso de varios virus y es útil en escenarios humanitarios, así como en cualquier contexto donde no se dispone de un laboratorio equipado. Alternativamente, el método permite concentrar los virus presentes en las muestras de agua y el envío del concentrado a un laboratorio a temperatura ambiente para su posterior análisis.
Introduction
Durante las primeras fases de cualquier emergencia humanitaria, el acceso a suministros de agua potable, saneamiento e higiene es fundamental para la supervivencia de los afectados. Por lo tanto, el control de la calidad del agua es una prioridad para prevenir brotes transmitidos por el agua. Es bien sabido que el agua contaminada es con frecuencia el origen de las enfermedades, pero a menudo es difícil determinar las fuentes de brotes virales como el virus de la hepatitis E (HEV), incluso con la disponibilidad de métodos de laboratorio convencionales. El control de la calidad del agua se basa en la cuantificación de FIB1,2,3,4. Sin embargo, se ha documentado ampliamente que no existe correlación entre la ausencia de FIB y la presencia de patógenosvirales transmitidos por el agua como rotavirus (RoV), norovirus (NoV), o HEV 5,6. Por lo tanto, el uso de los criterios de calidad del agua basados en la FIB podría dar lugar a una subestimación de los riesgos asociados con la presencia de patógenos virales transmitidos por el agua. La vigilancia de los virus indicadores, como los adenovirus humanos (HAdV), o patógenos específicos sería útil para definir la exposición a patógenos víricas e identificar la fuente potencial de infección humana7,8, 9,10 y en la validación de la eficacia de las medidas de saneamiento11.
Hasta ahora, la detección de virus en estos escenarios dependía de personal cualificado y logística compleja. VirWaTest (virwatest.org) está dirigido al desarrollo de un método simple, asequible y portátil para la concentración y posterior detección de virus a partir de muestras de agua en el punto de uso.
La concentración del virus se basa en el principio de floculación orgánica de muestras de agua de 10 L, mediante la cual los virus se recuperan en volúmenes más pequeños12,13. Los flocs se recogen y se añaden a un tampón que lyses los virus y evita que los ácidos nucleicos de degradación cuando se almacenaron a temperatura ambiente durante no más de 2 semanas.
El método de extracción de ácido nucleico se basa en el uso de partículas magnéticas a las que los ácidos nucleicos se absorben. Se pueden transferir de un tampón de lavado a otro y finalmente al tampón de elución mediante el uso de una pipeta magnética a la que se adhieren las partículas. Las suspensiones de ácido nucleico viral obtenidas se pueden enviar a un laboratorio de referencia donde la detección se puede realizar utilizando métodos moleculares basados en PCR. Para cada extracción de ácido nucleico, se prueban dos cantidades diferentes para descartar la inhibición enzimática originada por la muestra. Alternativamente, con una disponibilidad mínima del equipo, las pruebas de PCR se pueden ejecutar en el punto de uso. Todo el proceso está diseñado para realizarse independientemente de una fuente de alimentación (Figura1).
Un ensayo cuantitativo de PCR para detectar el Vhv, excretado por los seres humanos y encontrado en muestras de aguas residuales en altas concentraciones, se ha adaptado para ser ejecutado en el punto de uso. HAdV se utilizan como indicadores virales fecales humanos. También se ha adaptado un PCR para la cuantificación del bacteriófago MS2 desde que MS2 se utiliza en VirWaTest como control de procesos. El método se puede personalizar para la detección de cualquier virus de interés.
Después del desarrollo, el método VirWaTest ha sido aplicado por los usuarios en dos configuraciones diferentes en la República de Frica Central (RCA) y Ecuador, proporcionando retroalimentación sobre la aplicación del protocolo en situaciones reales.
Hasta nuestro punto de conocimiento, este es el primer procedimiento que permite la concentración y detección de virus en el punto de uso, independientemente de cualquier fuente de alimentación, equipos de gran tamaño y condiciones de congelación/refrigeración. Se recomienda recoger dos réplicas de cada muestra de agua con el fin de obtener resultados robustos.
Protocol
Representative Results
Discussion
El método VirWaTest permite la concentración de virus y la extracción de ácido nucleico de muestras de agua en el punto de uso por usuarios no experimentados. Es un protocolo asequible, rápido y simple. La concentración se basa en el principio de la floculación orgánica utilizando leche desnatada, por el cual el bajo pH y las condiciones de alta conductividad hacen que las proteínas de leche desnatadas se acumulen en flocs los virus adsorbe. Cuando el sedimento flocs, es fácil de recoger, lo que permite concent…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
VirWaTest fue un proyecto de investigación financiado por el programa HIF (Humanitarian Innovation Funds) de ELHRA (Enhancing Learning & Research for Humanitarian Assistance). Los autores reconocen a los equipos de WASH que amablemente colaboraron en este estudio. El análisis de muestras en Ecuador fue financiado por Oxfam Ecuador y Dirección de Investigaciones de la Universidad de las Américas (AMB). BRT.17.01). S. Bofill-Mas es serra-hunter becarios en la Universidad de Barcelona.
Materials
| 5x HOT FIREPol Probe qPCR Mix Plus (ROX) | Solis BioDyne | 08-14-00001 | Includes Solis Biodyne's 5x HOT FIREPol Probe qPCR Mix Plus (qPCR Mix), 50 Reactions |
| 8-Microtube Strips with Caps | dD Biolab | 840637 | Low Profile, Thin Walls, Adapted for Quantitative and Qualitative PCR |
| Aquagenx CBT E. coli Kit | Aquagenx, LLC | ECCBT10 | 10 Tests per Kit |
| Batteries and Power Adapters for Magnetic Stirrer | GenIUL | 900011674 | Includes 12V car power adapter |
| Bucket Support | GenIUL | 900011648 | Aluminium support |
| Bucket, 10 L | Cater4You | 10LTR | Polypropilene, Tamperproof, Clear color |
| Centrifuge Tube, 50 mL | LabBox | CTSP-E50-050 | Polypropylene, Sterile, Graduated, With Skirt |
| Citric Acid 1-Hydrate, 500 g | PanReac AppliChem | 1410181211 | Pure, Pharma Grade, 1 Kilogram |
| Clear PET Bottle | LabBox | FPET-500-088 | Clear Color, PET, Cap Not Included |
| Difco Skim Milk, 500 g | Becton Dickinson | 232100 | Dehydrated |
| DNA/RNA Shield, 250 mL | Zymo Research | R1100-250 | DNA/RNA Preservation Medium, 250 mL |
| Easy9 Pipette Controller | LabBox | EAS9-001-001 | 0.3 μm filter, Pipettes from 0.1 to 100 mL, Autoclavable silicone pipette holder |
| Eppendorf Tube, 0.5 mL | Eppendorf | 0030121023 | Polypropilene, Safe-Lock |
| Eppendorf Tube, 2 mL | Eppendorf | 0030120094 | Polypropilene, Safe-Lock |
| Eppendorf Tube, 5 mL | dD Biolab | 999542 | Polypropylene, Sterile, Graduated |
| Ethanol 96% V/V, 1 L | Panreac AppliChem | 361085-1611 | For UV, IR and HPLC |
| Laboratory Tweezers | LabBox | FORS-007-002 | Thin, Curved End, L= 120 mm |
| Magnetic Stirrer | GenIUL | 900017000 | Battery-powered |
| Marker | dD Biolab | 929203 | Black, Extra fine Tip, Water Resistant, Fast Drying, For Plastic and Glassware |
| Micro Rota-Rack for Microtubes | dD Biolab | 37782 | 4 Modules, L x W x H= 208 x 100 x 100 mm |
| Mini8 Real-Time PCR Cycler | Coyote Biosciences, China | Mini-8 | Portable, Works with 12V Power Supplies or External Batteries, Two channels, Capacity for 8 Tubes |
| NucliSens Lysis Buffer | Biomerieux | 200292 | Reagents for up to 48 Isolations, Store at Ambient Temperature |
| Open Tip Serological Pipette, 10 mL | Deltalab | 900136N | Sterile, Individually Wrapped (Paper/Plastic) |
| PE Screw Cap PP28 | LabBox | TP28-004-020 | For PET Bottles |
| pH Indicator Strip | LabBox | WSPH-001-001 | Range pH 2.8 to pH 4.4, 50 Strips per Pack |
| Plastic Test Tube | Quimikals | 300913 | Includes Cap |
| Polyethylene Pasteur Pipette | LabBox | PIPP-003-500 | Graduated, 7 mL Overall Volume, Non-Sterile |
| Polypropylene Screw Flask With Screw Cap, 150 mL | Deltalab | 409726 | Screw cap, Sterile, graduated up to 100 mL |
| Polypropylene Screw Flask With Screw Cap, 60 mL | Deltalab | 409526G | Screw cap, Sterile, Graduated up to 50 mL |
| Powder Powder Detergent | – | – | Regular Powder Soap for washing clothes |
| Power Cables for Magnetic Stirrer | GenIUL | 900011692 | Connection between batteries and magnetic stirrers |
| QuickPick Magnetic Tool | BioNobile | 24001 | Hand-held tool for magnetic particles |
| QuickPick Tips in Box | BioNobile | 24296 | RNase-Free, Autoclaved, 96 Units |
| QuickPick XL gDNA Magnetic Particles | BioNobile | SN51100 | 3.2 mL |
| Sea Salts | Sigma-Aldrich | S9883-500G | An artificial salt mixture closely resembling the composition of the dissolved salts of ocean water |
| Silicone Tubing | LabBox | SILT-006-005 | Roll of 5 Meters, Inner ø x Outer ø= 6 x 10 mm |
| Sodium Hydroxide Pellets, 98.5 – 100.5% | VWR Chemicals | 28244295 | Pellets, 1 Kg |
| Solar Rotary Platform | SOL-EXPERT Group | 70020 | Acrylic Plate, 10 RPM, Supports up to 300 Grams |
| SOLIScript 1-step Probe Kit | Solis BioDyne | 08-57-00250 | Includes Solis Biodyne's 5x One-Step Probe Mix (qPCR Mix) and 40x One-Step SOLIScript Mix (Reverse Transcriptase Enzyme), 250 Reactions |
| SPEEDTOOLS RNA Virus Extraction Kit | BioTools | 21.141-4197 | Includes BioTools's BAW Buffer (Washing Buffer 1), BAV3 Buffer (Washing Buffer 2 and 3) and BRE Buffer (Elution Buffer). |
| SpinBar Octhaedral Stirring Magnet | dD Biolab | 045926 | Pivot Ring, L x ø = 38 x 8 mm, Blue |
| Tape-End Serological Pipette, 10 mL | Deltalab | PN10E1 | Sterile, Individually Wrapped (Paper/Plastic) |
| Tape-End Serological Pipette, 50 mL | Deltalab | 900043 | Sterile, Individually Wrapped (Paper/Plastic) |
| Termi-DNA-Tor – Nucleic Acid Remover | BioTools | 22001-4291 | Remover of nucleic acids, bacteria, fungi and mycoplasma from material and surfaces, 450 mL |
| Water Molecular Biology Reagent, 1L | Sigma-Aldrich | W4502-1L | Nuclease and Protease Free, 0.1 μm Filtered |
| Whirl-Pak Bag, 540 mL | Deltalab | 200361 | Stable bottom |
| Zip Lock Plain Bag | LabBox | BZIP-080-100 | Polyethylene, L x W= 120 x 80 mm |
Riferimenti
- The Sphere Project. . The Sphere Project: Humanitarian Charter and Minimum Standards in Humanitarian Response. , (2011).
- Bartram, J., et al. . Water Safety Plan Manual:Step-by-step risk management for drinking-water suppliers. , (2009).
- World Health Organization. . Guidelines for Drinking-water Quality. , (2011).
- World Health Organization. . 25 Years Progress on Sanitation and Drinking Water. , (2015).
- Girones, R., et al. Molecular detection of pathogens in water – The pros and cons of molecular techniques. Water Research. 44 (15), 4325-4339 (2010).
- Rodriguez-Manzano, J., et al. Standard and new fecal indicators and pathogens in sewage treatment plants, microbiological parameters for improving the control of reclaimed water. Water Science and Technology. 66 (12), 2517-2523 (2012).
- Puig, M., et al. Detection of adenoviruses and enteroviruses in polluted waters by nested PCR amplification. Applied and Environmental Microbiology. 60 (8), 2963-2970 (1994).
- Carter, M. J. Enterically infecting viruses: Pathogenicity, transmission and significance for food and waterborne infection. Journal of Applied Microbiology. 98 (6), 1354-1380 (2005).
- Bofill-Mas, S., Pina, S., Girones, R. Documenting the epidemiologic patterns of polyomaviruses in human populations by studying their presence in urban sewage. Applied and Environmental Microbiology. 66 (1), 238-245 (2000).
- Bofill-Mas, S., et al. Quantification and stability of human adenoviruses and polyomavirus JCPyV in wastewater matrices. Applied and Environmental Microbiology. 72 (12), 7894-7896 (2006).
- Rames, E., Roiko, A., Stratton, H., Macdonald, J. Technical aspects of using human adenovirus as a viral water quality indicator. Water Research. 96, 308-326 (2016).
- Calgua, B., et al. Development and application of a one-step low cost procedure to concentrate viruses from seawater samples. Journal of Virological Methods. 153 (2), 79-83 (2008).
- Bofill-Mas, S., et al. Cost-effective method for microbial source tracking using specific human and animal viruses. Journal of Visualized Experiments. 58, 5-9 (2011).
- International Organization for Standardization. . ISO 10705-1:1995: Water quality – Detection and enumeration of bacteriophages – Part 1: Enumeration of F-specific RNA bacteriophages. , (1995).
- Hernroth, B. E., Conden-Hansson, A. C., Rehnstam-Holm, A. S., Girones, R., Allard, A. K. Environmental factors influencing human viral pathogens and their potential indicator organisms in the blue mussel, Mytilus edulis: the first Scandinavian report. Applied and Environmental Microbiology. 68 (9), 4523-4533 (2002).
- Pecson, B. M., Martin, L. V., Kohn, T. Quantitative PCR for determining the infectivity of bacteriophage MS2 upon inactivation by heat, UV-B radiation, and singlet oxygen: Advantages and limitations of an enzymatic treatment to reduce false-positive results. Applied and Environmental Microbiology. 75 (17), 5544-5554 (2009).
- Calgua, B., Barardi, C. R. M., Bofill-Mas, S., Rodriguez-Manzano, J., Girones, R. Detection and quantitation of infectious human adenoviruses and JC polyomaviruses in water by immunofluorescence assay. Journal of Virological Methods. 171 (1), 1-7 (2011).
- Bofill-Mas, S., et al. Cost-effective method for microbial source tracking using specific human and animal viruses. Journal of Visualized Experiments. (58), e2820 (2011).
- Gonzales-Gustavson, E., et al. Characterization of the efficiency and uncertainty of skimmed milk flocculation for the simultaneous concentration and quantification of water-borne viruses, bacteria and protozoa. Journal of Microbiological Methods. 134, 46-53 (2017).
