2022年10月14日

废水中冠状病毒自动高灵敏度检测方法的研制

废水中冠状病毒自动高灵敏度检测方法(COPMAN法)的研制 — COPMAN方法原理图。信贷:AdvanSentinel /赢家/北海道大学

AdvanSentinel Inc.、Shionogi & Co.、北海道大学工学院副教授Masaaki Kitajima开发了一种废水中SARS-CoV-2 RNA的高灵敏度检测技术，其中大部分步骤与自动化兼容。

利用基于废水的流行病学作为一种有效工具，了解2019冠状病毒病(以下简称“COVID-19”)在人群水平的流行情况，包括无症状和轻度症状患者。盐野木和北海道大学一直在指挥合作研究从2020年10月起面向社会实施基于废水的流行病学。在COVID-19流行程度较低的地区(如大流行初期的日本)，废水中的病毒浓度相对较低，由于缺乏敏感性，传统方法难以定量检测病毒RNA。

这项合作研究的主要目标之一是开发一种用于废水中病毒检测的高灵敏度方法，这对日本基于废水的流行病学的社会实施至关重要。基于这一背景，该团队最近报道了一种用于废水中病毒RNA检测的高灵敏度实用方法EPISENS-S方法的开发。

此外，正在努力建立一个可以分析大量样本的自动分析系统，这是国家一级社会实施所需要的。因此，该团队成功开发了利用磁珠的凝固和蛋白质水解法检测废水中核酸的方法(COPMAN法):一种高灵敏度、适合自动化的检测技术。这项研究的结果已经发表在全环境科学“，2022年9月23日。

COPMAN方法通过在废水中的病毒浓缩过程中使用混凝剂，实现了病毒的快速稳定回收，预计不仅可以有效检测SARS-CoV-2，还可以有效检测其他病毒。预计COPMAN方法的传播将进一步加速基于废水的流行病学的社会实施，因为通过类人机器人实现该方法可以分析大量的样本。

AdvanSentinel和Shionogi正在与北海道大学共同努力，开发基于废水的流行病学技术，以便更准确地了解传染病的流行情况。我们将致力于解决一个紧急问题，了解COVID-19的流行情况，包括变种，并继续建立全国性的废水监测系统，以确定在COVID-19之后可能发生的下一次大流行的公共卫生威胁和风险。

研究结果详情

本研究开发的COPMAN方法包括以下步骤:使用混凝剂对废水中的病毒进行浓缩，使用磁珠提取和纯化RNA，以及逆转录(RT)-预扩增-定量PCR (qPCR)。聚乙二醇(PEG)沉淀法是日本使用最广泛的方法，其病毒浓缩步骤需要9个多小时，而使用混凝剂可使COPMAN方法仅在10分钟内完成这一步骤。

此外，该方法通过使用一种独特的裂解缓冲液提取RNA，该缓冲液含有在rt -pre -扩增- qpcr步骤中与一组抗抑制剂酶结合降解病毒蛋白的酶，从而确保了对废水中病毒RNA的高灵敏度检测。

使用12个含有相对低浓度病毒RNA的城市污水样本(即污水处理厂收集的进水污水)，我们比较了COPMAN方法与PEG沉淀法和超滤法的浓度，然后是传统的qPCR。COPMAN方法的检出率为100%(12/12样品)，远高于PEG沉淀法和超滤法的检出率(分别为17%(2/12样品)和42%(5/12样品)，表明COPMAN方法具有较高的灵敏度。

COPMAN方法还可以量化粪便中含有的辣椒轻微斑驳病毒(PMMoV)，从而可以通过PMMoV的浓度归一化SARS-CoV-2 RNA浓度(即可以纠正粪便负荷波动和雨水稀释的影响)。

虽然废水中的大多数SARS-CoV-2与固体组分有关，但许多非包膜病毒，包括PMMoV，已知不仅在固体组分中，而且在液体组分中都有很高的比例。COPMAN方法可以有效地恢复病毒由于在浓缩步骤中使用了混凝剂，废水中除固相馏分中还有固相馏分中的固相馏分;事实上，COPMAN方法的PMMoV产率高于仅分析固相组分的EPISENS-S方法。