Valutazione di due piattaforme di rilevamento molecolare degli agenti patogeni della gastroenterite nelle acque reflue trattate nella provincia orientale dell'Arabia Saudita

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 21744 (2022) Citare questo articolo

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La capacità di effettuare lo screening di campioni di acqua ambientale per individuare agenti patogeni della gastroenterite, in particolare i virus, rimane impegnativa. Qui, abbiamo studiato la presenza di virus enterici nei campioni di acqua degli effluenti fognari trattati raccolti da una torre di raffreddamento nel Regno dell'Arabia Saudita (SA) dal 2018 al 2019. Il nostro obiettivo finale era determinare le condizioni ottimali di manipolazione e lavorazione per i campioni di acqua. e il metodo di rilevamento più sensibile per la valutazione della contaminazione virale. Le acque reflue sono state raccolte prima e dopo il trattamento in tre zone definite. I campioni sono stati concentrati mediante ultracentrifugazione e analizzati utilizzando un sistema di test basato su sfere multiplex (tecnologia Luminex) o PCR multiplex (QIAstat-Dx). L'efficienza di queste modalità per rilevare accuratamente la contaminazione da virus è stata successivamente confrontata. In totale, 64 campioni (16 controlli e quattro campioni trattati per controllo) sono stati analizzati per 26 patogeni enterici. Dei campioni, il 98,7% è risultato negativo ai virus dopo il trattamento. I tassi di rilevamento erano più elevati per il sistema PCR multiplex (QIAstat-Dx) rispetto al metodo di ibridazione, evidenziandone la maggiore sensibilità. Gli attuali protocolli di trattamento delle acque reflue nell’Arabia Saudita potrebbero sradicare efficacemente gli agenti patogeni virali, riducendo al minimo il loro potenziale di trasmissione attraverso l’acqua. Forniamo la prima analisi sistematica di due metodi di rilevamento molecolare per la valutazione dei patogeni associati alla gastroenterite da campioni ambientali in Arabia Saudita. Concludiamo che il sistema PCR multiplex (QIAstat-Dx) supera la tecnologia Luminex per il rilevamento di virus patogeni nei campioni di acqua trattata.

Gli agenti patogeni associati alla gastroenterite vengono trasmessi per via fecale-orale attraverso acqua contaminata o fonti di acqua non trattata come le acque reflue1. Gli enterovirus appartengono alla famiglia Picornaviridae e rappresentano i virus più piccoli e privi di involucro noti per infettare l'uomo e gli animali. Gli enterovirus possono essere isolati dal suolo, dal mare, dalle acque reflue e dagli ambienti di acqua dolce e hanno causato diverse epidemie di gastroenterite in tutto il mondo2. Gli esempi degli ultimi 30 anni includono una serie di epidemie di malattia delle mani, dell’afta epizootica con complicanze neurologiche associate nella regione dell’Asia-Pacifico e casi sporadici in Europa. Le attuali normative dell'Unione Europea includono il rilevamento degli enterovirus umani come parametro di qualità dell'acqua3. Molti comuni processi di trattamento delle acque reflue non riescono a inattivare completamente questi virus, rendendo le acque ricreative vulnerabili alla contaminazione virale. I parametri tipici analizzati nell'acqua includono l'infezione microbiologica tramite Legionella pneumophila, Klebsiella pneumoniae e coliformi totali. Vengono spesso analizzati anche parametri di efficacia della disinfezione, tra cui il cloro residuo, il pH e la temperatura dell'alimentazione degli effluenti liquami trattati (TSE).

Per rilevare gli enterovirus nei campioni di acqua sono stati utilizzati diversi metodi di rilevamento ad alta produttività, tra cui ELISA e l'amplificazione basata su qRT-PCR.4 Bassi livelli di enterovirus presenti in grandi specchi d'acqua possono stabilire infezioni nell'uomo a basse dosi infettive, ovvero rapide e sensibili sono necessarie tecnologie di rilevamento. La qRT-PCR seguita dal sequenziamento è considerata il metodo più specifico e sensibile attualmente disponibile5 e può essere utilizzata per documentare l'emergenza di nuovi ceppi virali, monitorare l'evoluzione del virus e confermare l'origine di un'epidemia6,7. Ciò può tuttavia essere limitato dalla presenza di componenti inibitori nei campioni raccolti che possono portare a risultati falsi negativi. Ciò costituisce una barriera e la preparazione dei campioni per questi test rimane dispendiosa in termini di tempo e laboriosa.

Recentemente sono emerse diverse tecnologie per il rilevamento ad alta produttività di agenti patogeni trasportati dall'acqua. Un esempio è l'analizzatore QIAstat-Dx che utilizza un sistema PCR multiplex in tempo reale per rilevare simultaneamente gli acidi nucleici dei patogeni nei campioni biologici e rappresenta un sistema chiuso che contiene tutti i reagenti necessari, consentendo la preparazione dei campioni senza interventi manuali. Utilizzando questo sistema, i segnali di amplificazione rilevati in tempo reale possono essere automatizzati utilizzando una piattaforma software integrata e segnalati tramite un'interfaccia utente intuitiva per massimizzare la produttività. La tecnologia Luminex xMAP (x = analita, MAP = profilazione multi-analita) consente inoltre l'analisi rapida, economica e simultanea di più agenti patogeni in un singolo campione. Questo metodo prevede il pre-rivestimento di microsfere fluorescenti con antigeni diagnostici specifici che catturano i corrispondenti agenti patogeni che vengono combinati con reporter fluorescenti riconosciuti dal lettore Luminex. Questo sistema può identificare fino a 500 target in un singolo campione ed è stato utilizzato in numerosi studi diagnostici.