Dit protocol heeft tot doel SARS-CoV-2-RNA in afvalwater- en luchtmonsters te kwantificeren voor gebruik voor epidemiologische studies op basis van afvalwater en om het blootstellingsrisico aan SARS-CoV-2 in aerosolen binnen en buiten te beoordelen. Dit protocol beschrijft ook een betegelde amplicon long-template sequencing-benadering voor de karakterisering van het hele genoom van SARS-CoV-2.
Op afvalwater gebaseerde epidemiologie is in veel landen naar voren gekomen als een veelbelovend en effectief bewakingssysteem voor SARS-CoV-2 en andere infectieziekten. Het proces omvat doorgaans afvalwaterconcentratie, nucleïnezuurextractie, amplificatie van geselecteerde genomische segmenten en detectie en kwantificering van het geamplificeerde genomische segment. Deze methodologie kan op dezelfde manier worden gebruikt om infectieuze agentia, zoals SARS-CoV-2, in luchtmonsters te detecteren en te kwantificeren. Aanvankelijk werd aangenomen dat SARS-CoV-2 zich voornamelijk verspreidde door nauw persoonlijk contact met druppeltjes die door een besmet persoon werden gegenereerd tijdens het spreken, niezen, hoesten, zingen of ademen. Een groeiend aantal onderzoeken heeft echter melding gemaakt van de aanwezigheid van SARS-CoV-2-RNA in de lucht van zorginstellingen, waardoor overdracht via de lucht een levensvatbare route voor het virus is. Deze studie presenteert een samenstelling van gevestigde protocollen om de detectie, kwantificering en sequentiebepaling van virussen uit zowel afvalwater- als luchtmonsters in het milieu te vergemakkelijken.
In december 2019 dook een nieuwe ziekte op, COVID-19 genaamd, veroorzaakt door een voorheen onbekend coronavirus, SARS-CoV-21. De resulterende wereldwijde pandemie vormt een grote uitdaging voor klinische en volksgezondheidslaboratoria over de hele wereld, aangezien een groot aantal personen moet worden getest om de overdracht en prevalentie van virussen in de gemeenschap nauwkeurig te beoordelen. In veel regio’s is het echter economisch onhaalbaar om tijdig en ruimtelijk alomvattend het noodzakelijke testniveau te bereiken 2,3. De huidige surveillancesystemen op basis van individuele klinische diagnostiek zijn sterk afhankelijk van de ernst van de symptomen en individuele rapportage, evenals de mate waarin deze symptomen overlappen met bestaande ziekten die in de populatie circuleren 4,5,6,7,8,9,10. Bijgevolg draagt een groot aantal asymptomatische gevallen bij tot een aanzienlijke onderschatting van de ziektelast 7,11.
Vanwege deze uitdagingen werd op afvalwater gebaseerde epidemiologie (WBE) voor COVID-19-surveillance voorgesteld als aanvullende surveillancestrategie. WBE werd voor het eerst beschreven in 200112 en werd aanvankelijk gebruikt om cocaïne en andere illegale drugs op te sporen13. Deze benadering is gebaseerd op de veronderstelling dat het mogelijk is om de beginconcentratie te berekenen van elke stof die stabiel is in afvalwater en door de mens wordt uitgescheiden 8,12. WBE is in veel landen met succes geïmplementeerd als een aanvullend en efficiënt surveillancesysteem voor SARS-CoV-2 3,8,14,15,16. De meeste methoden om menselijke virussen in aquatische omgevingen te detecteren, volgen deze stappen: concentratie, nucleïnezuurextractie, amplificatie van het gekozen genomische segment (of segmenten) en detectie/kwantificering van het geamplificeerde genomische segment3.
Een andere belangrijke omgeving voor de detectie en kwantificering van SARS-CoV-2 is in luchtmonsters. Aanvankelijk werd gedacht dat SARS-CoV-2 voornamelijk werd overgedragen door nauw persoonlijk contact met ademhalingsdruppeltjes van aerosolen die door een geïnfecteerde persoon werden gegenereerd tijdens het spreken, niezen, hoesten, zingen of ademen17. Verschillende onderzoeken begonnen echter de aanwezigheid van SARS-CoV-2-RNA in de lucht te melden, vooral in zorginstellingen en andere gesloten ruimtes 18,19,20,21. Bewijs van de levensvatbaarheid van SARS-CoV-2 in luchtmonsters die binnenshuis in ziekenhuizen en andere gesloten ruimten zijn genomen, is gevonden wanneer de virusconcentratie voldoende hoog was22,23,2 4. Buitenstudies hebben over het algemeen geen bewijs van SARS-CoV-2 gevonden, behalve in drukke buitenruimtes 21,25,26,27,28,29. Vanaf nu is overdracht van SARS-CoV-2 via de lucht erkend als een wijze van overdracht30,31. Een recente overzichtsstudie toont de verschillen tussen buiten, waar de risico’s van overdracht via de lucht minimaal zijn buiten drukke gebieden, en binnenshuis, waar grotere risico’s aanwezig kunnen zijn in slecht geventileerde omgevingen waarin sterke bronnen (d.w.z. het aantal geïnfecteerde mensen) aanwezig kunnen zijn. Een recente uitgebreide overzichtsstudie heeft de substantiële verschillen aangetoond tussen de risico’s van overdracht via de lucht in buiten- en binnenomgevingen, met name in drukke gebieden met slechte ventilatie. De studie geeft aan dat het risico op overdracht via de lucht minimaal is in buitenomgevingen, waar een grotere hoeveelheid lucht beschikbaar is voor de verdunning en verspreiding van virusdeeltjes32. Deze bevindingen hebben belangrijke implicaties voor het volksgezondheidsbeleid en de richtlijnen met betrekking tot COVID-19. Door de aanzienlijke verschillen in transmissierisico’s tussen binnen- en buitenomgevingen te erkennen, kunnen beleidsmakers effectievere strategieën ontwikkelen om de verspreiding van het virus te beperken en de volksgezondheid te beschermen.
Er zijn verschillende methoden en protocollen voor de detectie, kwantificering en sequentiebepaling van SARS-CoV-2 uit verschillende omgevingsmonsters. Dit methodeartikel is bedoeld om een combinatie van gevestigde protocollen te presenteren waarmee laboratoria met verschillende capaciteitsniveaus omgevingsdetectie, kwantificering en sequencing van virussen uit afvalwater- en luchtmonsters kunnen uitvoeren.
Microbiële en virale detectie en kwantificering met behulp van (RT-)qPCR-methoden zijn wijdverbreid geaccepteerd vanwege hun opmerkelijke gevoeligheid. Deze technieken staan echter voor tal van uitdagingen bij het analyseren van omgevingsmonsters. Afvalwatermonsters bevatten een overvloed aan remmende stoffen die metingen kunnen vertekenen en misleidende resultaten kunnen opleveren. Om deze beperkingen aan te pakken en de precisie te verbeteren, werd een complex protocol bedacht, ontworpen en geïmplementeerd. Dit proto…
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd uitgevoerd met financiële steun van de regionale regering van Castilla y León en het FEDER-programma (projecten CLU 2017-09, UIC315 en 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 |