يهدف هذا البروتوكول إلى تحديد كمية الحمض النووي الريبي ل SARS-CoV-2 في عينات مياه الصرف الصحي والهواء لاستخدامها في دراسات علم الأوبئة القائمة على مياه الصرف الصحي وتقييم مخاطر التعرض ل SARS-CoV-2 في الهباء الجوي الداخلي والخارجي. يصف هذا البروتوكول أيضا نهج تسلسل القالب الطويل المبلط لتوصيف الجينوم الكامل ل SARS-CoV-2.
برز علم الأوبئة القائم على مياه الصرف الصحي كنظام مراقبة واعد وفعال ل SARS-CoV-2 والأمراض المعدية الأخرى في العديد من الدول. تتضمن العملية عادة تركيز مياه الصرف الصحي ، واستخراج الحمض النووي ، وتضخيم الأجزاء الجينومية المختارة ، والكشف عن الجزء الجينومي المضخم وتحديده كميا. وبالمثل ، يمكن الاستفادة من هذه المنهجية للكشف عن العوامل المعدية وتحديدها كميا ، مثل SARS-CoV-2 ، في عينات الهواء. في البداية ، كان من المفترض أن ينتشر SARS-CoV-2 بشكل أساسي من خلال الاتصال الشخصي الوثيق مع القطرات الناتجة عن شخص مصاب أثناء التحدث أو العطس أو السعال أو الغناء أو التنفس. ومع ذلك ، فقد أبلغ عدد متزايد من الدراسات عن وجود الحمض النووي الريبي ل SARS-CoV-2 في هواء مرافق الرعاية الصحية ، مما يجعل الانتقال المحمول جوا طريقا قابلا للتطبيق للفيروس. تقدم هذه الدراسة مجموعة من البروتوكولات المعمول بها لتسهيل الكشف البيئي والقياس الكمي وتسلسل الفيروسات من كل من عينات مياه الصرف الصحي والهواء.
في ديسمبر 2019 ، ظهر مرض جديد يسمى COVID-19 ، ناجم عن فيروس تاجي غير معروف سابقا ، SARS-CoV-21. وقد شكلت الجائحة العالمية الناتجة عن ذلك تحديا كبيرا للمختبرات السريرية ومختبرات الصحة العامة في جميع أنحاء العالم، حيث يحتاج عدد كبير من الأفراد إلى إجراء اختبارات لتقييم انتقال الفيروس وانتشاره في المجتمع بدقة. ومع ذلك ، في العديد من المناطق ، فإن تحقيق المستوى اللازم من الاختبار في الوقت المناسب وبطريقة شاملة مكانيا غير ممكن اقتصاديا 2,3. تعتمد أنظمة الترصد الحالية القائمة على التشخيص السريري الفردي اعتمادا كبيرا على شدة الأعراض والإبلاغ الفردي ، فضلا عن مدى تداخل هذه الأعراض مع الأمراض الحالية المنتشرة في السكان4،5،6،7،8،9،10. وبالتالي ، فإن عددا كبيرا من الحالات التي لا تظهر عليها أعراض يساهم في التقليل بشكل كبير من عبء المرض 7,11.
وبسبب هذه التحديات، تم اقتراح علم الأوبئة القائم على مياه الصرف الصحي (WBE) لترصد كوفيد-19 كاستراتيجية ترصد تكميلية. تم وصف WBE لأول مرة في عام 200112 ، وكان يستخدم في البداية لتتبع الكوكايين والمخدرات غير المشروعةالأخرى 13. يعتمد هذا النهج على افتراض أنه من الممكن حساب التركيز الأولي لأي مادة مستقرة في مياه الصرف الصحي ويفرزها البشر 8,12. تم تنفيذ WBE بنجاح في العديد من البلدان كنظام ترصد تكميلي وفعال ل SARS-CoV-23،8،14،15،16. تتبع غالبية طرق الكشف عن الفيروسات البشرية في البيئات المائية الخطوات التالية: التركيز ، واستخراج الحمض النووي ، وتضخيم الجزء الجينومي (أو الأجزاء) المختارة ، والكشف / القياس الكمي للجزء الجينوميالمضخم 3.
بيئة مهمة أخرى للكشف عن SARS-CoV-2 وقياسه كميا هي في عينات الهواء. في البداية ، كان يعتقد أن SARS-CoV-2 ينتقل بشكل أساسي من خلال الاتصال الشخصي الوثيق مع قطرات الجهاز التنفسي من الهباء الجوي الناتج عن شخص مصاب أثناء التحدث أو العطس أو السعال أو الغناء أو التنفس17. ومع ذلك ، بدأت العديد من الدراسات في الإبلاغ عن وجود SARS-CoV-2 RNA في الهواء ، خاصة في مرافق الرعاية الصحية والأماكن المغلقة الأخرى18،19،20،21. تم العثور على أدلة على صلاحية SARS-CoV-2 في عينات الهواء المأخوذة في الداخل في المستشفيات والأماكن المغلقة الأخرى عندما كان تركيز الفيروس مرتفعا بما فيه الكفاية22،23،24. لم تجد الدراسات الخارجية عموما أي دليل على وجود SARS-CoV-2 ، باستثناء الأماكن الخارجية المزدحمة21،25،26،27،28،29. اعتبارا من الآن ، تم التعرف على انتقال SARS-CoV-2 المحمول جوا كوسيلة انتقال30,31. تظهر دراسة مراجعة حديثة الاختلافات بين الهواء الطلق ، حيث تكون مخاطر انتقال العدوى المحمولة جوا ضئيلة خارج المناطق المزدحمة ، وفي الداخل ، حيث يمكن أن توجد مخاطر أكبر في بيئات سيئة التهوية يمكن أن توجد فيها مصادر قوية (أي عدد المصابين). وقد أبرزت دراسة مراجعة شاملة حديثة الاختلافات الجوهرية بين مخاطر انتقال العدوى المحمولة جوا في البيئات الخارجية مقابل البيئات الداخلية، لا سيما في المناطق المزدحمة ذات التهوية السيئة. تشير الدراسة إلى أن خطر انتقال العدوى المحمولة جوا ضئيل في البيئات الخارجية ، حيث يوجد حجم أكبر من الهواء المتاح لتخفيف وتشتت جزيئات الفيروس32. هذه النتائج لها آثار مهمة على سياسات الصحة العامة والمبادئ التوجيهية المتعلقة ب COVID-19. من خلال الاعتراف بالاختلافات الكبيرة في مخاطر انتقال العدوى بين البيئات الداخلية والخارجية ، يمكن لواضعي السياسات تطوير استراتيجيات أكثر فعالية للتخفيف من انتشار الفيروس وحماية الصحة العامة.
هناك مجموعة متنوعة من الطرق والبروتوكولات للكشف عن SARS-CoV-2 وقياسه وتسلسله من عينات بيئية مختلفة. تهدف مقالة الطريقة هذه إلى تقديم مجموعة من البروتوكولات الراسخة التي تسمح للمختبرات ذات مستويات السعة المختلفة بإجراء الكشف البيئي والقياس الكمي وتسلسل الفيروسات من عينات مياه الصرف الصحي والهواء.
حظي الكشف عن الميكروبات والفيروسات وقياسها الكمي باستخدام طرق (RT-) qPCR بقبول واسع النطاق بسبب حساسيتها الملحوظة. ومع ذلك ، تواجه هذه التقنيات العديد من التحديات عند تحليل العينات البيئية. تحتوي عينات مياه الصرف الصحي على وفرة من المواد المثبطة التي يمكن أن تحرف القياسات وتولد نتائج مضللة. ل…
The authors have nothing to disclose.
تم تنفيذ هذا العمل بدعم مالي من الحكومة الإقليمية لكاستيا وليون وبرنامج FEDER (مشاريع CLU 2017-09 و UIC315 و 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 |