Wie Abwassertests dazu beitragen könnten, die Ausbreitung von COVID-19 in der Gemeinschaft zu stoppen

Bei der regelmäßigen Untersuchung der Abwässer von Wohnheimen stellte die Universität von Arizona in den Proben SARS-CoV-2 fest, das Virus, das COVID-19 verursacht.1Die Universität reagierte mit sofortigen Maßnahmen, um einen möglichen Ausbruch zu stoppen. Die Geschichte warf jedoch die Frage auf, warum Urin- und Stuhlproben noch nicht zu den COVID-19-Testoptionen hinzugefügt wurden.

„Das ist eigentlich alles ziemlich neu“, sagt Aaron Peacock, PhD , Direktor für Molekularbiologie bei Microbac Laboratories, Inc., gegenüber Verywell. „Es wurde nicht wirklich regelmäßig durchgeführt … Die meisten dieser Unternehmen, die Abwassertests durchführen, sind unsere Versorgungsunternehmen, also in Städten oder Landkreisen oder in Versorgungsbezirken, und sie sind sind stark reguliert.“

Peacock war nicht an der Untersuchung des Wohnheimabwassers der University of Arizona beteiligt, aber Microbac Laboratories arbeitet derzeit mit anderen Hochschulen und Universitäten zusammen, um deren Abwasser auf die Anzahl der SARS-CoV-2-Viren zu testen.

Das Unternehmen arbeitet auch mit einigen Städten und Gemeinden zusammen, die Mittel für SARS-CoV-2-Tests bereitgestellt haben. Laut Peacock können Abwassertests während einer Pandemie – und auch sonst – andere Testmethoden ergänzen, um Campus, Unternehmen und Gemeinden ein umfassenderes Bild der bevorstehenden Probleme zu vermitteln.

 

Überwachung gemeinschaftlicher Infektionstrends

Das Testen von Abwasserproben auf die Anzahl der COVID-19-Viren unterscheidet sich vom Testen einer einzelnen Person. Verschiedene Modelle und Algorithmen könnten dabei helfen, die allgemeine Anzahl aktiver Infektionen in einem Gebiet zu überwachen, und Daten könnten dazu beitragen, eine Gemeinschaft darüber zu informieren, ob die Infektionsfälle steigen, sinken oder gleich bleiben.

„Wenn man es so betrachtet, sitzt man in einem Ballon in einer Höhe von 10.000 Fuß und blickt auf den Wald hinunter, was einem einen umfassenden Überblick darüber gibt, was im Wald vor sich geht. Aber wenn man einzelne Menschen testet, testet man auch einzelne Bäume“, sagt Peacock.

Peacock sagt, dass SARS-CoV-2 mit dem Kot einer Person ausgeschieden werden kann, bevor diese Symptome zeigt.

„Es ist eine Art Vorbote dessen, was an aktiven Infektionen auf uns zukommen könnte“, sagt er.

Nach dieser Logik könnte der Nachweis von Viruspartikeln im Abwasser Gemeinden dabei helfen, COVID-19-Fälle früher zu identifizieren, was an der  University of Arizona geschehen ist .

Das Water and Energy Sustainable Technology Center der Schule testete in der ersten Woche des Präsenzunterrichts das Abwasser aus Campus-Wohnheimen. Sie stellten das Vorhandensein von SARS-CoV-2 in einem Wohnheim fest. Als sie die Studenten und Mitarbeiter an diesem Standort testeten, identifizierten sie zwei Personen, die positiv auf das Virus getestet wurden, aber keine Symptome aufwiesen.

Im Rahmen der „Test, Trace, Treat“-Strategie des Campus mussten alle Studierenden einen negativen Antigentest vorweisen , bevor sie in Wohnheime einziehen konnten, heißt es in einer Mitteilung der Universität.2

„Hier kommt es auf das Timing an“,  sagt Jagdish Khubchandani, PhD, MPH, MBBS , Professor für öffentliche Gesundheit an der New Mexico State University, gegenüber Verywell. „Ich denke, wenn Sie mich heute testen, bin ich hoffentlich – und höchstwahrscheinlich – negativ. Aber du lässt mich drei Tage lang in Ruhe. In diesen wenigen Tagen bin ich vielleicht zum örtlichen Lebensmittelgeschäft gegangen oder habe ein paar Leute getroffen und mich infiziert.“

 

Fälle erkennen, bevor Symptome auftreten

Laut Untersuchungen von Johns Hopkins Medicine kann das Ergebnis eines Tests zu einem  falsch negativen Ergebnis führen, wenn eine Person in den frühen Tagen einer COVID-19-Infektion getestet wird .3

Für die Studie, die in den  Annals of Internal Medicine veröffentlicht wurde , wurden Daten von 1.330 Proben überprüft, die einem Reverse-Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktionstest (RT-qPCR) unterzogen wurden. Die Forscher berechneten die täglichen Falsch-Negativ-Raten anhand der Testergebnisse und des gemeldeten Infektionsdatums bzw. des Zeitpunkts, zu dem Symptome auftraten.

Ihren Schätzungen zufolge war die Wahrscheinlichkeit, dass Personen, die in den vier Tagen nach ihrer Infektion auf das Virus getestet wurden, negativ getestet wurden, um 67 % höher und sie erhielten daher ein falsch negatives Ergebnis. Der Test erwies sich acht Tage nach der Infektion als genauer, aber selbst dann lag die Falsch-Positiv-Rate bei 20 %.

„Selbst wenn ich infiziert werde“, erklärt Khubchandani hypothetisch, „habe ich zunächst in den ersten sieben bis zehn Tagen – bei manchen Menschen sogar zwei Wochen – keine Symptome, scheide das Virus aber trotzdem weiter aus.“

Die University of Arizona verlegte die beiden Studenten, die positiv auf COVID-19 getestet wurden, aus dem Wohnheim in Quarantäne. Die Studierenden werden den Unterricht online fortsetzen, bis sie sicher zum Leben im Wohnheim und zum Präsenzunterricht zurückkehren können.

Wenn das Virus in den Körperausscheidungen ausgeschieden wird und möglicherweise früher als mit COVID-19-Tests wie dem Nasopharyngealabstrich zum Nachweis des Coronavirus verwendet werden kann, warum testen dann nicht mehr Schulen und Gemeinden Urin- und Stuhlproben?

„Eine Urinanalyse würde zusätzliche Schritte mit sich bringen und die Tests belasten“, sagt Khubchandani. Da Testspitzen und Verzögerungen durch  überfüllte Labore bereits ein Problem darstellen, wäre die Untersuchung körperlicher Ausscheidungen bei Einzelpersonen eine zusätzliche Herausforderung.

 

So testen Sie Abwasser auf COVID-19

Peacock erklärt, dass Microbac Laboratories auf zwei Arten eine repräsentative Probe erhält. Der erste ist ein sogenannter Grab-Test, bei dem eine Zufallsprobe entnommen wird. Beim zweiten handelt es sich um einen Verbundtest, bei dem alle 15 oder 20 Minuten ein Instrument zum Sammeln des Abwassers eingesetzt wird.

Anschließend wird der pH-Wert der Probe so angepasst, dass die Viruspartikel an anderen Partikeln haften bleiben, was die Filterung erleichtert. Anschließend werden Nukleinsäuren und potenzielle Virus-RNA extrahiert und ein RT-qPCR-Test durchgeführt. Der Test „wandelt die RNA in komplementäre DNA um“, sagt Peacock. „Und dann wird diese komplementäre DNA von unserem Instrument gelesen.“

Der RT-qPCR-Test ist die gleiche Analyse, die auch für Proben aus Nasopharynxabstrichen verwendet wird. Für die Abwasseruntersuchung benötigen Sie jedoch eine andere Messgröße. Microbac testet auch auf das Pepper Mild Mottle Virus (PMMoV).

„Das ist sozusagen das am häufigsten vorkommende, vom Menschen verursachte Virus im Abwasser“, sagt Peacock. Es wurde auch zur Prüfung der Wasserqualität verwendet. „Mit diesem PMMoV können Sie wissen, wie viel menschlichen Abfall sich zu einem bestimmten Zeitpunkt im Abwasser befindet“, sagt Peacock und verweist auf die Notwendigkeit, zwischen menschlichem Input und industriellem Input zu unterscheiden. „Und dann können Sie das nutzen, um Ihre Ergebnisse für Ihre SARS-CoV-2-Zahlen darzustellen.“5

 

Testen außerhalb der Schlafsäle

„Unternehmen, Branchen, Fabriken und Arbeitsstätten können gute Orte sein, um die Viruslast einzuschätzen“, sagt Khubchandani. Beispielsweise wurden Fleischverarbeitungsbetriebe in den ersten Monaten der Pandemie zu COVID-19-Ausbruchs-Hotspots. Die Überprüfung auf das Vorhandensein des Virus im Abwasser einer Anlage könnte dazu beitragen, künftige Ausbrüche zu verhindern.

Städte könnten die Tests möglicherweise auch nutzen, um Daten aus verschiedenen Unterabschnitten einer Gemeinde zu sammeln. „Wo immer Sie eine Hebestation (ein Pumpenhaus) oder einen Bereich haben, in dem sich das Wasser sammelt – [sei es] in einem Viertel oder in einer weiterführenden Schule – können Sie das testen“, sagt Peacock.

Allerdings könnten Finanzierung und Bürokratie immer noch ein Hindernis sein. „In einer größeren Gemeinschaftssituation fallen viele zusätzliche Ausgaben für die Anreicherung der Probe an, um die richtige Art von Viruslast zu erhalten. Und viele Städte verfügen möglicherweise nicht über diese Art von Ressourcen.“ sagt Khubchandani.

Khubchandani bringt noch einen weiteren wichtigen Aspekt für die Datenerhebung zur Sprache. „Ich denke, was ich betonen muss, ist, dass unsere größte Herausforderung beim Testen von Abwasser oder Menschen darin besteht: Wie übertragen Sie das auf die öffentliche Anpassung?“

Wenn eine Gemeinde durch Abwassertests eine hohe COVID-19-Belastung feststellt, müssten aggressivere Maßnahmen zur sozialen Distanzierung und Tests von Einzelpersonen innerhalb dieser Gemeinde ergriffen werden. Khubchandani fügt hinzu, dass die Daten letztendlich „nur dann nützlich sind, wenn es eine Echtzeitbewertung und von dieser Bewertung geleitete Maßnahmen der Gemeinschaft gibt.“

Die Informationen in diesem Artikel sind zum angegebenen Datum aktuell. Das bedeutet, dass möglicherweise neuere Informationen verfügbar sind, wenn Sie diesen Artikel lesen. Die neuesten Updates zu COVID-19 finden Sie auf unserer Coronavirus-News-Seite .