Determinare la concentrazione effettiva di microrganismi nei campioni di superficie e di acque reflue per l'analisi della comunità microbica e gli studi epidemiologici è uno dei passi importanti per monitorare e prevedere il decorso delle epidemie nelle comunità 1,2. La pandemia di COVID-19 ha rivelato l'importanza di migliorare i metodi di concentrazione. COVID-19 è emerso alla fine del 2019 e, a partire da marzo 2023, rappresenta ancora una minaccia per la salute umana, la vita sociale e l'economia. Strategie efficaci di sorveglianza e controllo per alleviare gli impatti delle epidemie di COVID-19 nelle comunità sono diventate un importante argomento di ricerca, poiché sono emerse nuove ondate e varianti di COVID-19 oltre alla rapida trasmissione e diffusione del virus, nonché casi asintomatici non segnalati e non diagnosticati 3,4,5. L'uso dell'epidemiologia basata sulle acque reflue per COVID-19 da parte di organizzazioni della società civile, agenzie governative e servizi pubblici o privati è stato utile per fornire rapidamente informazioni relative all'epidemia e mitigare gli impatti delle epidemie di COVID-19 6,7,8,9. Tuttavia, la concentrazione di SARS-CoV-2, un virus RNA avvolto, nei campioni di acque reflue pone ancora sfide10. Ad esempio, una di queste sfide è la ripartizione di SARS-CoV-2 nei solidi delle acque reflue, che può influire sul recupero quando i solidi vengono eliminati durante la concentrazione11. In tal caso, la quantificazione/valutazione dovrebbe concentrarsi sia sulla fase solida che su quella acquosa dei campioni di acqua ambientale, piuttosto che sulla sola fase acquosa. Inoltre, la scelta del metodo di concentrazione può essere modificata sulla base di prove e analisi a valle. La concentrazione di particelle virali e agenti patogeni da campioni ambientali è diventata un argomento di ricerca urgente con sviluppi nei campi del sequenziamento e del microbioma.
Vari metodi di concentrazione del virus sono stati applicati nel campo della concentrazione di virus da campioni di acque ambientali e acque reflue. Alcuni metodi comunemente usati sono la filtrazione, la flocculazione del latte scremato (SMF), l'adsorbimento / eluizione e la precipitazione del glicole polietilenico12-17. Tra questi, SMF è stato considerato un metodo economico ed efficace, testato con successo e applicato per il recupero di virus, tra cui SARS-CoV-2, dalle acque reflue e superficiali12,15,16,18. La procedura SMF è un approccio relativamente nuovo che ha ottenuto un maggiore riconoscimento tra molti studi ambientali come metodologia appropriata per recuperare simultaneamente una vasta gamma di microrganismi come virus, batteri e protozoi da tutti i tipi di campioni di acqua, vale a dire fanghi, acque reflue grezze, acque reflue e campioni di effluenti19. Rispetto ad altre metodologie note per recuperare virus da campioni ambientali come l'ultrafiltrazione e l'eluizione glicina-alcalina, l'approccio basato sulla liofilizzazione o l'ultracentrifugazione e l'eluizione glicina-alcalina, SMF è stato segnalato come il metodo più efficiente con tassi di recupero e rilevamento virali più elevati18,20. Nel presente studio, abbiamo utilizzato l'RNA corazzato come virus di prova per valutare l'efficienza di recupero dei metodi di concentrazione del virus, compresi i test per valutare il recupero di SARS-CoV-221,22.
Qui, abbiamo testato campioni di acque reflue e acque ambientali per dimostrare l'utilità di SMF e un metodo di ultrafiltrazione sequenziale per concentrare le frazioni microbiche per la reazione a catena della polimerasi quantitativa (qPCR), la metagenomica basata sulla sequenza e il sequenziamento dell'amplicone profondo. SMF è un metodo relativamente più economico e ottimale per un volume maggiore di campioni rispetto ai metodi di ultrafiltrazione. L'idea di utilizzare un metodo di ultrafiltrazione sequenziale è nata dalla necessità di ridurre il volume finale dei concentrati virali durante la pandemia di COVID-19, quando la fornitura dei dispositivi di ultrafiltrazione comunemente usati era limitata e c'era la necessità di sviluppare metodi alternativi di concentrazione virale.