Die Abwasserbasierte Epidemiologie (WBE) ist ein relativ neuer Ansatz, der genutzt wird, um umfassende Gesundheitsinformationen über Gemeinschaften zu liefern. WBE wird seit Jahrzehnten zur Überwachung der Verbreitung des Poliovirus eingesetzt und dient seit kurzem als Frühindikator sowohl für Polio als auch für SARS-CoV-2 in Bevölkerungsgruppen. Diese und andere Viren können bereits 3 bis 5 Tage vor dem Auftreten von Symptomen sowie bei asymptomatischen Personen mit dem Stuhl ausgeschieden werden. Die Abwasseranalyse bietet daher die Möglichkeit, das Vorliegen einer Infektion früher zu erkennen als mit klinischen Diagnosemethoden, die sich häufig auf das Auftreten von Symptomen stützen, um Tests auszulösen – zu diesem Zeitpunkt könnte die Infektion jedoch bereits auf andere übertragen worden sein.
Die Studie erstreckte sich über einen Zeitraum von drei Monaten und umfasste die Entwicklung molekularer Methoden, die Konzeption eines Dienstleistungsmodells, Standortbegehungen und Risikobewertungen sowie die fortlaufende Berichterstattung über Ergebnisse und die Trendbeobachtung. Zu Beginn der Studie beauftragten wir DynoRod mit der Unterstützung bei der Erhebung der Abwasserleitungen und Bio Data Networks mit der Bereitstellung und Installation sowohl aktiver als auch passiver Probenahmegeräte. In enger Zusammenarbeit mit den Teams von Avery Healthcare Facilities ermittelten wir die am besten geeigneten Standorte für die Probenahme; so konnte neben den „nur für das Personal zugänglichen“ Bereichen auch die gesamte Belegschaft der Einrichtung überwacht werden. Wir trafen uns mit Mitarbeitern und Bewohnern, um die Ziele der Studie zu erläutern, und waren von der Unterstützung, die wir erhielten, begeistert.
In der Zwischenzeit entwickelten wir in unseren Labors eine molekulare Nachweismethode, die im März 2023 UKAS-akkreditiert wurde. Damit ist 20/30 Labs das einzige Labor im Vereinigten Königreich, das eine UKAS-Akkreditierung für eine Abwasseranalysemethode erhalten hat. Unsere Methode gewährleistet eine Extraktion und Aufreinigung nach dem Goldstandard, was für eine erfolgreiche Probenanalyse aus Abwasser aufgrund der hohen Anzahl an Hemmstoffen in der Probe entscheidend ist. Wir haben Analysewerkzeuge für mehrere Marker entwickelt: SARS-CoV-2, Norovirus G1 & G2, Influenza A & B, RSV, Orthophosphat, Ammonium und pH-Wert.
Vorgehensweise
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1.
Phase 1: Entwurf des Dienstleistungsmodells
Entwurf eines spezifischen Rahmens, der quantifizierte SARS-CoV-2-Konzentrationen im Abwasser mit Schätzungen der Infektionszahlen in der Bevölkerung der untersuchten Gebiete verknüpft und die Krankheitsüberwachung sowie die Entscheidungsfindung unterstützt – nicht nur für Covid-19, sondern auch für Noroviren, Influenza und RSV.
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2.
Phase 2: Probenentnahme
Abwasserproben wurden je nach Untersuchungsstandort 5-7 Mal pro Woche mit einer optimalen Probenentnahmemethode entnommen.
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3.
Phase 3: Probenaufbereitung und -analyse
Im Rahmen des 12-wöchigen Versuchs wurden Methoden zur Abwasseraufbereitung und -analyse mit hohem Durchsatz entwickelt, optimiert und validiert.
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4.
Phase 4: Berichterstattung und Trendüberwachung
Die Ergebnisse wurden an die UKHSA und die Avery Healthcare Group gemeldet. Avery Healthcare nutzte diese Daten als Grundlage für Entscheidungen im Gesundheitswesen und konnte so mehrfach die Ausbreitung von Infektionen erfolgreich verhindern.
Um mögliche Anwendungsbereiche zu veranschaulichen, wurden die aus einzelnen Versuchen gewonnenen Daten mit der herkömmlichen klinischen Überwachung von COVID-19 verglichen.
ERGEBNISSE
Während der Studie wurden viermal starke SARS-CoV-2-Signale im Abwasser festgestellt, wodurch in den Pflegeeinrichtungen bisher unbekannte Infektionsfälle aufgedeckt wurden. Aufgrund der Signale im Abwasser veranlassten die Heime klinische PCR-Tests, wodurch infizierte Personen identifiziert werden konnten. Diese Personen wurden alle bereits vor dem Auftreten von Symptomen positiv getestet, während sie bei Lateral-Flow-Tests negativ ausfielen. Aufgrund dieser Nachweise ergriff die Care Group Maßnahmen zur Infektionsprävention, darunter den verstärkten Einsatz von PSA und die Isolierung infizierter Personen, und ist der Ansicht, dass sie dadurch die Ausbreitung der Infektion eindämmen konnte.
Lisa Soper, Chief Operating Officer von Avery Healthcare, erklärte, man „hätte [die Fälle] ohne die Studie nicht so früh erkannt“. Außerdem konnten wir das Vorhandensein des Norovirus G2 nachweisen; auch hier befolgte das Pflegeheim die Maßnahmen zur Infektionsprävention und geht davon aus, die Infektion eindämmen zu können. Dies ist besonders bedeutsam, da das Norovirus bekanntermaßen für gefährdete Personen äußerst gefährlich ist.
SCHLUSSFOLGERUNGEN
Der Feldversuch demonstrierte das enorme Potenzial von „Wastewater Based Epidemiology as a Service“ (WBE as a Service) zur Überwachung des Infektionsniveaus in einer Gemeinde und zur Gewinnung wertvoller Daten in unmittelbarer Nähe der Quelle für Entscheidungen im Gesundheitswesen (mit dem Ziel, das Infektionsniveau zu kontrollieren). Im Anschluss an die Studie hat 20/30 Labs die Entwicklung unserer Abwasseranalyse-Tools fortgesetzt, um eine schnelle, vor Ort durchführbare und automatisierte Anwendung unserer UKAS-akkreditierten Methode zu ermöglichen; wir freuen uns auf die in diesem Jahr anstehenden Projekte, bei denen WBE as a Service in einer Vielzahl neuer Anwendungsbereiche zum Einsatz kommen wird.
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