Milieu-ingenieur Smruthi Karthikeyan verzamelt afvalwatermonsters van een robot aan de Universiteit van Californië, San Diego.Een vloot van dergelijke robots heeft geholpen bij het automatiseren van afvalwatermonsters, waardoor COVID-19-infecties eerder kunnen worden opgespoord.Nelvin C. Cepeda/San Diego UT via ZUMA PressMilieu-ingenieur Smruthi Karthikeyan had slechts een paar dagen gewerkt in haar nieuwe laboratorium aan de Universiteit van Californië, San Diego toen de staat in maart 2020 zijn eerste coronavirusvergrendeling instelde.Ze was door bioloog Rob Knight als postdoc aangetrokken om nieuwe technieken te ontwikkelen om te onderzoeken hoe microben in complexe ecosystemen de menselijke gezondheid beïnvloeden en vice versa.De COVID-19-pandemie heeft die missie snel een nieuwe draai gegeven.Al snel draaide het lab om de reactie op het coronavirus te ondersteunen.In San Diego County overtroffen de besmettingen de testcapaciteit, zegt Karthikeyan.Ondertussen wilde de universiteit de campus open houden voor de 10.000 studenten die nog op de campus wonen en de 25.000 arbeiders.Er moest een manier zijn om infecties te monitoren zonder dat duizenden mensen zich voortdurend moesten laten testen, dachten Karthikeyan en collega's.Volksgezondheidsonderzoekers hadden eerder afvalwater getest op ziekteverwekkers als een manier om de bewegingen van infectieuze agentia in gemeenschappen te bespioneren.Virussen, bacteriën en parasieten kunnen in de ontlasting verschijnen voordat mensen symptomen vertonen, wat aanwijzingen geeft voor een komende uitbraak.Maar niemand had eerder zo'n systeem geïmplementeerd om een ​​respiratoir virus op te sporen, en nog nooit op een schaal van tienduizenden mensen.Karthikeyan was klaar voor de uitdaging.Het afvalwatermonitoringsysteem dat Karthikeyan en collega's hebben ontwikkeld en geïmplementeerd bij UC San Diego, meldde 7 juli in Nature, verwerkt meer dan 200 monsters per dag.Eerdere methoden konden maximaal acht monsters verwerken, zegt ze.Bovendien heeft het systeem nieuw verspreidende coronavirusvarianten tot twee weken eerder dan klinische tests geïdentificeerd en nauwkeurig voorspeld welke mix van varianten studenten en personeel infecteert.Dat heeft schoolfunctionarissen meer tijd gegeven om actie te ondernemen om het infectiepercentage laag te houden.Tijdens de onderzoeksperiode van november 2020 tot september 2021 was het aandeel klinische tests dat positief was minder dan één procent, zegt Karthikeyan, dramatisch lager dan de cijfers in de omgeving en veel andere universiteitscampussen destijds.Een van de belangrijkste spelers in het monitoringsysteem van het team zijn 131 robots die dagelijks afvalwatermonsters verzamelen uit 360 universiteitsgebouwen.Terug in het laboratorium worden de monsters gescreend op viraal RNA en worden de resultaten ingevoerd in een openbaar beschikbaar online dashboard dat als onderdeel van het project is gemaakt.Het team van Karthikeyan is niet de enige die menselijk afval gebruikt om COVID-19 te bestrijden.Maar de schaal van de monitoring "is een beetje ongekend", zegt Ameet Pinto, een milieu-ingenieur bij Georgia Tech in Atlanta.Tijdens de onderzoeksperiode verwerkten Karthikeyan en collega's in totaal bijna 20.000 monsters."Dat is geweldig", zegt hij.Een positieve uitslag leidt tot een campusbrede melding via smartphone-app.Voor slaapzalen is iedereen die in het gebouw woont verplicht om zich te laten testen op COVID-19, terwijl iedereen die onlangs in het gebouw is geweest sterk wordt aangemoedigd om zich te laten testen.Om de toegang tot tests te vergroten, verruilde het team snoep in automaten voor thuistestkits en installeerde het testdropboxen in de gebouwen.Het team van Karthikeyan verwerkt de tests en stuurt de resultaten binnen een dag.Iedereen die positief test op het coronavirus wordt verplaatst naar een aangewezen geïsoleerde slaapzaal of krijgt de opdracht om thuis te isoleren als ze buiten de campus wonen.Als het coronavirus de volgende dag opduikt in de afvalwatertest van het gebouw, ontvangen de overige bewoners van het gebouw een melding om opnieuw te testen.Om erachter te komen welke varianten infecties veroorzaken op de universiteit, bouwde het team van Karthikeyan een gratis beschikbare computertool genaamd Freyja.Het gebruikt een bibliotheek van genetische markers om de relatieve abundanties van bekende en opkomende varianten in het afvalwater te identificeren.Freyja ontdekte de opkomende delta-variant op de campus 14 dagen voordat klinische tests dat deden, melden Karthikeyan en collega's.Op basis van het succes aan de universiteit vroegen functionarissen van San Diego County de onderzoekers om een ​​aangepaste versie van het systeem te testen in de afvalwaterzuiveringsinstallatie van Point Loma, die meer dan 2,2 miljoen inwoners bedient, en op 17 openbare scholen.Basisschoolleerlingen mochten de robots een naam geven en noemden de machines Sir-Poops-a-Lot, Harry Botter and the Rancid Water en andere dwaze bijnamen, zei Karthikeyan grinnikend.Op provinciaal niveau detecteerde het systeem de opkomst van de omicron-variant 11 dagen voor klinische testen, meldt het team in hetzelfde onderzoek in Nature.Een gedetailleerde analyse van de gegevens van openbare scholen is nog niet gepubliceerd.De methoden van Karthikeyan en collega's zijn aangepast door onderzoekers op staats-, nationaal en internationaal niveau.Zo gebruiken de Amerikaanse Centers for Disease Control and Prevention en de Food and Drug Administration Freyja om varianten in afvalwater in het hele land te volgen.Het systeem wordt nu gebruikt om apenpokken te monitoren en het team werkt aan hoe het andere ziekteverwekkers kan detecteren die zich mogelijk onopgemerkt verspreiden.Dat werk kan een enorme impact hebben op de afvalwaterepidemiologie, zegt Pinto.Karthikeyan zal in 2023 haar eigen lab lanceren in Caltech, waar ze van plan is deze tools aan te passen voor het monitoren van grondwater.Gemeenschappen van microben die daar leven, kunnen dienen als schildwachten en signaleren verstoringen door vervuiling, klimaatverandering en meer, zegt ze."Mijn hele ding is om vanuit een heel kleine lens naar een veel groter systeem te kijken."Wil je iemand nomineren voor de volgende SN 10 lijst?Stuur hun naam, affiliatie en een paar zinnen over hen en hun werk naar sn10@sciencenews.org.Vragen of opmerkingen over dit artikel?E-mail ons op feedback@sciencenews.orgS. Karthikeyan et al.Afvalwatersequencing onthult vroege cryptische overdracht van SARS-CoV-2-varianten.Natuur.Online gepubliceerd 7 juli 2022. doi:10.1038/s41586-022-05049-6.Cassie Martin is een associate editor.Ze heeft een bachelor in moleculaire genetica van Michigan State University en een master in wetenschapsjournalistiek van Boston University.Science News werd in 1921 opgericht als een onafhankelijke non-profit bron van accurate informatie over het laatste nieuws op het gebied van wetenschap, geneeskunde en technologie.Vandaag de dag blijft onze missie dezelfde: mensen in staat stellen om het nieuws en de wereld om hen heen te evalueren.Het wordt uitgegeven door de Society for Science, een 501(c)(3)-lidmaatschapsorganisatie zonder winstoogmerk die zich inzet voor publieke betrokkenheid bij wetenschappelijk onderzoek en onderwijs (EIN 53-0196483).© Vereniging voor Wetenschap en het Publiek 2000–2022.Alle rechten voorbehouden.Abonnees, vul je e-mailadres in voor volledige toegang tot de Science News-archieven en digitale edities.Geen abonnee?Word er nu een.