スキムミルク凝集と限外ろ過を用いた環境水および廃水サンプルからのウイルス粒子の濃縮

微生物群集分析および疫学研究のために、地表および廃水サンプル中の微生物の有効濃度を決定することは、群集における発生の経過を監視および予測するための重要なステップの1つです^1,2。COVID-19のパンデミックは、濃縮方法を改善することの重要性を明らかにしました。COVID-19は2019年後半に出現し、2023年3月の時点で、依然として人間の健康、社会生活、および経済に脅威を与えています。ウイルスの急速な感染と拡散に加えて、COVID-19の新しい波と亜種、および報告されていない無症候性の症例が出現しているため、コミュニティでのCOVID-19の発生の影響を軽減するための効果的な監視および管理戦略が重要な研究トピックになっています^3,4,5.市民社会組織、政府機関、および公的または民間の公益事業によるCOVID-19の廃水ベースの疫学の使用は、迅速な発生関連情報を提供し、COVID-19の発生の影響を軽減するのに役立ちました6,7,8,9。しかし、廃水サンプル中のエンベロープRNAウイルスであるSARS-CoV-2の濃度は、依然として課題¹⁰を提起しています。たとえば、これらの課題の1つは、廃水固形物中のSARS-CoV-2の分配であり、濃縮¹¹中に固形物が除去されると、回収に影響を与える可能性があります。この場合、定量/評価の焦点は、水相のみではなく、環境水サンプルの固相と水相の両方にある必要があります。さらに、濃縮方法の選択は、下流の試験および分析に基づいて変更することができる。環境サンプルからのウイルス粒子と病原体の濃度は、シーケンシングとマイクロバイオーム分野の発展に伴い、緊急の研究トピックになっています。

環境水や廃水サンプルからのウイルス濃縮の分野では、さまざまなウイルス濃縮法が適用されています。一般的に使用される方法には、ろ過、スキムミルク凝集(SMF)、吸着/溶出、およびポリエチレングリコール沈殿があります^12〜17。その中で、SMFは安価で効果的な方法と見なされており、テストに成功し、廃水や地表水からSARS-CoV-2などのウイルスを回収するために適用されています12,15,16,18。SMF法は比較的新しいアプローチであり、汚泥、生下水、廃水、排水サンプルなど、あらゆる種類の水サンプルからウイルス、細菌、原生動物などの幅広い微生物を同時に回収するための適切な方法論として、多くの環境研究で認識が高まっています¹⁹.限外ろ過やグリシンアルカリ溶出、凍結乾燥ベースのアプローチ、超遠心やグリシンアルカリ溶出など、環境サンプルからウイルスを回収する他の既知の方法論と比較すると、SMFはウイルスの回収率と検出率が高い最も効率的な方法として報告されています^18,20.本研究では、SARS-CoV-2回収を評価するための試験を含むウイルス濃縮法の回収効率を評価するために、ArmedRNAを試験ウイルスとして使用しました^21,22。

ここでは、廃水と環境水のサンプルをテストして、SMFの有用性と、定量的ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)、シーケンスベースのメタゲノミクス、およびディープアンプリコンシーケンシングのために微生物画分を濃縮するためのシーケンシャル限外ろ過法を実証しました。SMFは比較的安価な方法であり、限外ろ過法と比較して大量のサンプルに最適です。シーケンシャル限外ろ過法を使用するというアイデアは、一般的に使用される限外ろ過装置の供給が制限されていたCOVID-19パンデミック時にウイルス濃縮物の最終量を減らす必要性から生じ、代替のウイルス濃縮法の開発が必要でした。