Ein neues mathematisches Modell verwendet Abwasserproben, um die Zahl der klinischen COVID-19-Fälle in einer Gemeinde fünf Tage im Voraus effektiv vorherzusagen. Der Ansatz wurde von Masaaki Kitajima, einem Umweltingenieur der Universität Hokkaido, und Kollegen in Japan entwickelt und validiert. Es könnte den Gesundheitsbehörden helfen, die Maßnahmen zur Infektionskontrolle besser anzupassen, insbesondere wenn es an klinischer Überwachung mangelt. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher in der Fachzeitschrift Umwelt International.
Das Testen von Abwasserproben auf SARS-CoV-2 als Mittel zur Vorhersage von Überspannungen in klinischen Fällen hat Aufmerksamkeit erregt. Seit Beginn der Pandemie forschen Wissenschaftler an diesem Ansatz. Aktuelle Methoden sind jedoch nicht besonders empfindlich und können nur steigende Fälle erkennen, ohne deren Anzahl innerhalb einer Gemeinschaft vorhersagen zu können.
Kitajima und seine Kollegen hatten bereits eine Methode zum Nachweis von SARS-CoV-2-RNA in Abwasserproben entwickelt. Dieses Verfahren erfordert jedoch festes Material und funktioniert nicht gut mit verdünntem Abwasser an Regentagen oder mit gereinigtem Abwasser, das geklärt und größtenteils flüssig ist. Also änderten sie ihren Ansatz. Anstatt durch langsame Zentrifugation Pellets aus Abwasserproben herzustellen, die dann getestet werden, verwendeten sie spezielle Filter, die die virale RNA aus verdünntem Abwasser einfangen können. Anschließend wird RNA aus dem Filter extrahiert, amplifiziert und dann mit Polymerase-Kettenreaktionstests (PCR) getestet, um sie nachzuweisen. Sie nennen die neue Methode Efficient and Practical Virus Identification System with Enhanced Sensitivity for Membrane (EPISENS-M).
Sie verwendeten EPISENS-M, um wöchentliche Proben zu testen, die zwei Jahre lang von Mai 2020 bis Juni 2022 aus zwei Kläranlagen in Sapporo, Japan, entnommen wurden. Sie verglichen die SARS-CoV-2-Daten, die sie aus diesen Proben erhielten, mit der klinischen Überwachung Daten von COVID-19-Fällen in den beiden Einzugsgebieten.
„EPISENS-M war in der Lage, SARS-CoV-2-RNA im Abwasser mit einer Genauigkeit von mehr als 50 % nachzuweisen, als neue Fälle noch weniger als einer von 100.000 Einwohnern auftraten“, sagt Kitajima.
Weitere Analysen der Daten zeigten, dass infizierte Personen etwa fünf Tage, bevor sie durch klinische Tests gemeldet wurden, damit beginnen, das Virus in die Kanalisation einzuleiten.
Die Forscher nutzten die Abwasservirusdaten zusammen mit klinischen Überwachungsdaten, um ein mathematisches Modell zu entwickeln, das die Schwankungen der Virusausscheidung im Krankheitsverlauf berücksichtigt, um erfolgreich die Anzahl neuer Fälle vorherzusagen, die in den folgenden fünf Tagen erwartet werden.
„Wir müssen noch verstehen, wie sich zum Beispiel Impfungen auf die Virusabgabe von infizierten Personen in das Abwassersystem auswirken“, sagt Kitajima. „Unser Ansatz beinhaltet auch teure Geräte. Daher ist noch weitere Forschung erforderlich, um diese Methode zu verbessern und kostengünstiger zu machen. Dennoch unterstreicht diese Forschung das Potenzial der abwasserbasierten Epidemiologie, die Anzahl klinischer Fälle in einer Gemeinde sogar vorherzusagen wenn keine vollständig meldepflichtige klinische Überwachung praktiziert wird.“