פרוטוקול זה נועד לכמת RNA של SARS-CoV-2 בדגימות שפכים ואוויר שישמשו למחקרים אפידמיולוגיים מבוססי שפכים ולהעריך את סיכון החשיפה ל- SARS-CoV-2 באירוסולים פנימיים וחיצוניים. פרוטוקול זה מתאר גם גישת ריצוף ארוך של אמפליקון פרוש עבור אפיון גנום שלם של SARS-CoV-2.
אפידמיולוגיה מבוססת שפכים התפתחה כמערכת מעקב מבטיחה ויעילה עבור SARS-CoV-2 ומחלות זיהומיות אחרות במדינות רבות. התהליך כולל בדרך כלל ריכוז שפכים, מיצוי חומצות גרעין, הגברה של מקטעים גנומיים נבחרים, ואיתור וכימות של המקטע הגנומי המוגבר. באופן דומה, ניתן למנף מתודולוגיה זו כדי לזהות ולכמת גורמים זיהומיים, כגון SARS-CoV-2, בדגימות אוויר. בתחילה, ההנחה הייתה ש- SARS-CoV-2 יתפשט בעיקר באמצעות מגע אישי קרוב עם טיפות שנוצרו על ידי אדם נגוע בזמן דיבור, התעטשות, שיעול, שירה או נשימה. עם זאת, מספר גדל והולך של מחקרים דיווחו על נוכחות של SARS-CoV-2 RNA באוויר של מתקני בריאות, ביסוס שידור מוטס כנתיב קיימא עבור הנגיף. מחקר זה מציג שילוב של פרוטוקולים מבוססים כדי להקל על זיהוי, כימות וריצוף סביבתי של וירוסים הן מדגימות שפכים והן מדגימות אוויר.
בדצמבר 2019 הופיעה מחלה חדשה בשם COVID-19, הנגרמת על ידי נגיף קורונה שלא היה ידוע קודם לכן, SARS-CoV-21. המגפה העולמית שנוצרה כתוצאה מכך הציבה אתגר משמעותי למעבדות קליניות ובריאות הציבור ברחבי העולם, שכן מספר רב של אנשים זקוקים לבדיקות כדי להעריך במדויק את העברת הנגיף ואת שכיחותו בקהילה. עם זאת, באזורים רבים, השגת רמת הבדיקה הנדרשת בזמן ובאופן מקיף מבחינה מרחבית אינה כדאית מבחינה כלכלית 2,3. מערכות המעקב הנוכחיות המבוססות על אבחון קליני פרטני מסתמכות במידה רבה על חומרת הסימפטומים ודיווח פרטני, כמו גם על המידה שבה תסמינים אלה חופפים למחלות קיימות המסתובבות באוכלוסייה 4,5,6,7,8,9,10. כתוצאה מכך, מספר גבוה של מקרים א-סימפטומטיים תורם להערכת חסר משמעותית של נטל התחלואה 7,11.
בשל אתגרים אלה, אפידמיולוגיה מבוססת שפכים (WBE) למעקב אחר COVID-19 הוצעה כאסטרטגיית מעקב משלימה. WBE תואר לראשונה בשנת 200112, ושימש בתחילה להתחקות אחר קוקאין וסמים לא חוקיים אחרים13. גישה זו נשענת על ההנחה שניתן לחשב את הריכוז ההתחלתי של כל חומר שהוא יציב בשפכים ומופרש על ידי בני אדם 8,12. WBE יושמה בהצלחה במדינות רבות כמערכת מעקב משלימה ויעילה עבור SARS-CoV-2 3,8,14,15,16. רוב השיטות לזיהוי וירוסים אנושיים בסביבות ימיות עוקבות אחר השלבים הבאים: ריכוז, מיצוי חומצות גרעין, הגברה של המקטע הגנומי (או המקטעים) שנבחרו, ואיתור/כימות של המקטע הגנומי המוגבר3.
סביבה חשובה נוספת לזיהוי וכימות של SARS-CoV-2 היא בדגימות אוויר. בתחילה, SARS-CoV-2 נחשב מועבר בעיקר באמצעות מגע אישי קרוב עם טיפות נשימה מאירוסולים שנוצרו על ידי אדם נגוע בזמן דיבור, התעטשות, שיעול, שירה או נשימה17. עם זאת, מספר מחקרים החלו לדווח על נוכחות של SARS-CoV-2 RNA באוויר, במיוחד במתקני בריאות ובחללים סגורים אחרים 18,19,20,21. ראיות לכדאיות SARS-CoV-2 בדגימות אוויר שנלקחו במקומות סגורים בבתי חולים ובחללים סגורים אחרים נמצאו כאשר ריכוז הנגיף היה גבוה מספיק22,23,2 4. מחקרים בחוץ בדרך כלל לא מצאו ראיות ל- SARS-CoV-2, למעט בחללים חיצוניים צפופים 21,25,26,27,28,29. נכון לעכשיו, שידור מוטס של SARS-CoV-2 הוכר כמצב שידור30,31. מחקר סקירה שנערך לאחרונה מראה את ההבדלים בין בחוץ, שבו הסיכונים להדבקה באוויר הם מינימליים מחוץ לאזורים צפופים, לבין בתוך הבית, שבו סיכונים גדולים יותר יכולים להיות נוכחים בסביבות מאווררות היטב שבהן מקורות חזקים (כלומר, מספר האנשים הנגועים) יכולים להיות נוכחים. מחקר סקירה מקיף שנערך לאחרונה הדגיש את ההבדלים המשמעותיים בין הסיכונים של שידור באוויר בסביבות חיצוניות לעומת פנימיות, במיוחד באזורים צפופים עם אוורור לקוי. המחקר מצביע על כך שהסיכון להדבקה באוויר הוא מינימלי בסביבות חיצוניות, שבהן יש נפח אוויר גדול יותר זמין לדילול ופיזור חלקיקי הנגיף32. לממצאים אלה יש השלכות חשובות על מדיניות בריאות הציבור והנחיות הקשורות ל-COVID-19. על ידי הכרה בהבדלים המשמעותיים בסיכוני ההעברה בין סביבות פנים וחוץ, קובעי המדיניות יכולים לפתח אסטרטגיות יעילות יותר כדי למתן את התפשטות הנגיף ולהגן על בריאות הציבור.
ישנן מגוון שיטות ופרוטוקולים לאיתור, כימות וריצוף של SARS-CoV-2 מדגימות סביבתיות שונות. מאמר שיטה זה נועד להציג שילוב של פרוטוקולים מבוססים המאפשרים למעבדות עם רמות קיבולת שונות לבצע גילוי סביבתי, כימות וריצוף של וירוסים מדגימות שפכים ואוויר.
זיהוי וכימות מיקרוביאליים ונגיפיים באמצעות שיטות (RT-)qPCR זכו להסכמה נרחבת בשל רגישותם יוצאת הדופן. עם זאת, טכניקות אלה עומדות בפני אתגרים רבים בעת ניתוח דגימות סביבתיות. דגימות שפכים מכילות שפע של חומרים מעכבים שיכולים להטות את המדידות ולייצר תוצאות מטעות. כדי להתמודד עם מגבלות אלה ולשפר א?…
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו בוצעה בתמיכה כספית מהממשלה האזורית של Castilla y Leon ותוכנית FEDER (פרויקטים CLU 2017-09, UIC315 ו- VA266P20).
Adapter+A25+A2:D19+A2:D20+A2+A2:D19 | Oxford Nanopore | EXP-AMII001 | Sequencing |
AllPrep PowerViral DNA/RNA Kit | Qiagen | 28000-50 | RNA extraction kit |
AMPure XP | Beckman Coulter | A63880 | PCR Purification, NGS Clean-up, PCR clean-up |
ARTIC SARS-CoV-2 Amplicon Panel | IDT | 10011442 | SARS-CoV-2 genome amplification |
Blunt/TA Ligase Master Mix | NEB | M0367S | Library preparation |
CENTRICON PLUS70 10KDA. | Fisher Scientific | 10296062 | Concentration filters |
CORIOLIS COMPACT AIR SAMPLER | Bertin Technologies | 083-DU001 | Air sampler |
Duran laboratory bottles | Merck | Z305200-10EA | Sampling Bottles |
Flow Cell (R9.4.1) | Oxford Nanopore | FLO-MIN106D | Sequencing |
General labarotory consumables (tubes, qPCR plates, etc) | |||
Ligation Sequencing Kit | Oxford Nanopore | SQK-LSK109 | Sequencing |
LunaScript RT SuperMix Kit | NEB | E3010 | cDNA synthesis |
Mengovirus extraction control Kit | Biomérieux | KMG | Concentration control |
Nalgene General Long-Term Storage Cryogenic Tubes | Thermofisher | 5011-0012 | Sample storage |
Native Barcoding Expansion 1-12 (PCR-free | Oxford Nanopore | EXP-NBD104 | Barcoding |
NEBNext Ultra II End Repair/dA-Tailing Module | NEB | E7595 | DNA repair |
NEBNext VarSkip Short SARS-CoV-2 Primer Mixes | NEB | E7658 | SARS-CoV-2 genome amplification |
NEBNext Quick Ligation Reaction Buffer | NEB | B6058S | Sequencing |
Phosphate buffered saline | Merck | P4474 | Collection buffer |
Phosphate-buffered saline (PBS, 1X), sterile-filtered | Thermofisher | J61196.AP | Elution of air samples |
Q5 Hot Start High-Fidelity 2X Master Mix | NEB | M0494S | hot start DNA polymerase |
Qubit RNA HS Assay Kit | Thermofisher | Q32852 | RNA quantitation |
SARS-CoV-2 RUO qPCR Primer & Probe Kit | IDT | 10006713 | Primer-Probe mix and qPCR positive control |
TaqPath 1-Step RT-qPCR Master Mix | Thermofisher | A15299 | RT-qPCR kit |