Die Bestimmung der effektiven Konzentration von Mikroorganismen in Oberflächen- und Abwasserproben für die Analyse mikrobieller Gemeinschaften und epidemiologische Studien ist einer der wichtigsten Schritte zur Überwachung und Vorhersage des Verlaufs von Ausbrüchen in Gemeinschaften 1,2. Die COVID-19-Pandemie hat gezeigt, wie wichtig es ist, die Konzentrationsmethoden zu verbessern. COVID-19 trat Ende 2019 auf und stellt im März 2023 immer noch eine Bedrohung für die menschliche Gesundheit, das soziale Leben und die Wirtschaft dar. Wirksame Überwachungs- und Kontrollstrategien zur Abmilderung der Auswirkungen von COVID-19-Ausbrüchen in Gemeinschaften sind zu einem wichtigen Forschungsthema geworden, da neben der schnellen Übertragung und Ausbreitung des Virus auch neue Wellen und Varianten von COVID-19 sowie nicht gemeldete und nicht diagnostizierte asymptomatische Fälle aufgetaucht sind 3,4,5. Der Einsatz der abwasserbasierten Epidemiologie für COVID-19 durch zivilgesellschaftliche Organisationen, Regierungsbehörden und öffentliche oder private Versorgungsunternehmen hat sich als hilfreich erwiesen, um schnelle Informationen über den Ausbruch bereitzustellen und die Auswirkungen von COVID-19-Ausbrüchen abzumildern 6,7,8,9. Die Konzentration von SARS-CoV-2, einem behüllten RNA-Virus, in Abwasserproben stellt jedoch nach wie vor eine Herausforderungdar 10. Eine dieser Herausforderungen ist beispielsweise die Aufteilung von SARS-CoV-2 in Abwasserfeststoffen, was sich auf die Rückgewinnung auswirken kann, wenn die Feststoffe während der Konzentration11 eliminiert werden. Wenn dies der Fall ist, sollte der Schwerpunkt der Quantifizierung/Bewertung sowohl auf der festen als auch auf der wässrigen Phase von Umweltwasserproben liegen und nicht nur auf der wässrigen Phase. Darüber hinaus kann die Wahl der Konzentrationsmethode auf der Grundlage nachgelagerter Tests und Analysen modifiziert werden. Die Konzentration von Viruspartikeln und Krankheitserregern aus Umweltproben ist mit Entwicklungen in den Bereichen Sequenzierung und Mikrobiom zu einem dringenden Forschungsthema geworden.
Im Bereich der Viruskonzentration aus Wasser- und Abwasserproben aus der Umwelt wurden verschiedene Methoden der Viruskonzentration angewendet. Einige häufig verwendete Methoden sind Filtration, Magermilchflockung (SMF), Adsorption/Elution und Polyethylenglykolfällung12-17. Unter ihnen wurde SMF als kostengünstige und effektive Methode angesehen, erfolgreich getestet und zur Gewinnung von Viren, einschließlich SARS-CoV-2, aus Abwasser und Oberflächengewässern eingesetzt 12,15,16,18. Das SMF-Verfahren ist ein relativ neuer Ansatz, der in vielen Umweltstudien zunehmend als geeignete Methode zur gleichzeitigen Gewinnung eines breiten Spektrums von Mikroorganismen wie Viren, Bakterien und Protozoen aus allen Arten von Wasserproben, nämlich Schlamm, Rohabwasser, Abwasser und Abwasserproben, anerkannt wurde19. Im Vergleich zu anderen bekannten Methoden zur Rückgewinnung von Viren aus Umweltproben wie Ultrafiltration und Glycin-Alkali-Elution, Lyophilisations-basierter Ansatz oder Ultrazentrifugation und Glycin-Alkali-Elution wurde SMF als die effizienteste Methode mit höheren viralen Rückgewinnungs- und Nachweisraten beschrieben18,20. In der vorliegenden Studie haben wir gepanzerte RNA als Testvirus verwendet, um die Rückgewinnungseffizienz von Viruskonzentrationsmethoden zu bewerten, einschließlich Tests zur Bewertung der SARS-CoV-2-Erholung21,22.
Hier testeten wir Abwasser- und Umweltwasserproben, um den Nutzen von SMF und einer sequentiellen Ultrafiltrationsmethode zur Konzentration mikrobieller Fraktionen für die quantitative Polymerase-Kettenreaktion (qPCR), sequenzbasierte Metagenomik und Deep-Amplicon-Sequenzierung zu demonstrieren. SMF ist eine relativ kostengünstigere Methode und im Vergleich zu Ultrafiltrationsmethoden optimal für ein größeres Probenvolumen. Die Idee, ein sequentielles Ultrafiltrationsverfahren zu verwenden, entstand aus der Notwendigkeit, das Endvolumen der Viruskonzentrate während der COVID-19-Pandemie zu verringern, als das Angebot an den üblicherweise verwendeten Ultrafiltrationsgeräten begrenzt war und die Entwicklung alternativer Viruskonzentrationsmethoden erforderlich war.