廃水サーベイランス
廃水サーベイランストとは？
廃水サーベイランスは、廃水に含まれる病原体を検出・同定し、特性評価を行う方法です。
この方法では、地域レベルでの感染拡大やその他の脅威を監視するためのデータが得られます。脅威がどこにあるかを知ることで、コミュニティーは公衆衛生対応中にリソースをより適切に割り当てることができます。廃水からのゲノム情報を使用すると、コミュニティーに存在する病原体を特定するだけでなく、コミュニティーに存在する可能性のある株やバリアントの数を特定できるようになります。
廃水サーベイランスの仕組み
廃水サーベイランスは、下水処理場から病原体を検出するプロセスです。サンプルは廃棄物処理前に収集され、ラボで解析されて、コミュニティーにおける病原体の種類とそのレベルを特定します。1 次世代シーケンサー（NGS）は、サンプルの解析に利用できるため、公衆衛生当局に大規模な感染症を追跡するためのより迅速で包括的な方法を提供します。次世代シーケンサーは、疾患の地理的広がり、コミュニティーレベルの対応の有効性などに関する情報も提供します。
アプリケーションノート：廃水サーベイランスによる新たな感染症の追跡
このアプリケーションノートでは、下水サーベイランスにおける広範なウイルス検出のためのNGSワークフローの概要を説明し、公衆衛生の取り組みをサポートします。
迅速な同定と病原体の特性評価のための精密メタゲノミクス
このeBookをダウンロードして、プレシジョンメタゲノムが、次世代シーケンサーのパワーを利用して病原体を迅速に検出し、特性を評価するために、いかに革新的なソリューションを提供しているかをご覧ください。
eBookをダウンロードPCRとNGSベースの廃水サーベイランスの比較
廃水サーベイランスは、製薬、化学、産業廃棄物の検出に使用されていますが、地域コミュニティーに大きな影響を与える抗生物質耐性マーカー、バクテリア、ウイルスが存在しないか、廃水をモニタリングすることがこれまで以上に重要になっています。公衆衛生にとってリスクの高い病原体を検出するため、RT-PCRとNGSはサーベイランステクノロジーの最前線に立っています。2,3 下の比較を参照して、廃水シーケンスの各アプローチの詳細を学んでください。
| RT-PCR | NGS | |
| ターゲット | ゲノムの小さな領域のみをターゲットにする | 全ゲノムをターゲットにし、特徴づける |
| コスト | コストの減少 | コストの上昇 |
| スループット能力 | ロースループット | ハイスループット |
| バリアント検出 | バリアントを検出できない | バリアントを検出して同定できる |
| Data | データが解釈しやすい | データがより複雑で包括的 |
廃水サーベイランスにはどのような手法がありますか？
通常、廃水サンプルには複数の病原体や微生物が含まれていますが4、臨床サンプルは通常1つの病原体しか含みません。目的の病原体を解析するには、アンプリコンまたはエンリッチメントベースのNGSライブラリー調製法を使用することを推奨します。アンプリコンベースのアプローチでは、プライマーを使用して微生物の領域や単一ウイルスの全ゲノムを特異的にターゲットにし、エンリッチメントアプローチではプローブハイブリダイゼーションを使用して目的のゲノムをキャプチャーします。さらに、ショットガンメタゲノムシーケンスは、サンプル内のすべての遺伝子と微生物を解析する包括的な手法です。5
アンプリコン
アンプリコンベースのアプローチでは、プライマーを使用して、微生物の領域や単一ウイルスのゲノム全体を特異的にターゲットにします。サイエンティストが下水サーベイランスにアンプリコンベースの手法をどのように使用しているかをご覧ください。
廃水サーベイランスによる早期検出
廃水ゲノム疫学が、どのようにコミュニティー全体の感染動態とサーベイランスについて偏りなく表し、公衆衛生活動と政策決定を導くことができるかをご覧ください。
廃水中のSARS-CoV-2バリアントの同定
サイエンティストは、廃水サンプルのターゲット化アンプリコンシーケンスが強力なモニタリングツールとなり、新たなSARS-CoV-2バリアントの早期発見に貢献する可能性があると説明しています。
ハイブリッドキャプチャーエンリッチメント
ハイブリダイゼーションを利用したエンリッチメントは、特定の遺伝変異を解析するための有効な戦略であり、さまざまな種類や量のサンプルにおいて信頼性の高い結果を提供します。研究者が下水サーベイランスにハイブリッドキャプチャーエンリッチメントの手法をどのように使用しているかを詳しくご覧ください。
抗菌薬耐性のモニタリング
廃水ベースの疫学が、現在および今後の抗菌薬耐性の脅威を特定するために、コミュニティーレベルのデータを提供することで、従来のサーベイランスの取り組みをどのように補完できるかをご覧ください。
領域特異的なSARS-CoV-2バリアントの検出
研究者が、廃水シーケンスによる疫学的サーベイランスが、流行状況下での正確なウイルス株の追跡にどのように役立つかを詳しく説明しています。
ショットガンメタゲノミクス
ショットガンメタゲノミクスシーケンスでは、特定の複雑なサンプルに存在するすべての生物のすべての遺伝子を包括的にサンプリングできます。また、ショットガンメタゲノミクスは、他の方法では解析が困難または不可能な培養不可能な微生物を研究する手段を提供します。ショットガンメタゲノミクスが廃水サーベイランスにどのように使用されているかについては、以下の論文を参照してください。
廃水RNA-Seqを使用した新興ウイルスや風土病ウイルスの検出
サイエンティストは、RNA-Seqを使用して複数の感染症を同時に検出し、インドにおける医療介入の方向性に役立つ地理的および疫学的データを提供しています。
メタゲノム解析とレジストーム解析
サイエンティストが、どのようにメタゲノムショットガンシーケンスとリアルタイムPCRを使用して、廃水処理施設内の細菌の構成とファージの多様性、および主要な処理プロセスのレジストームを特定したかをご覧ください。
NGS Workflow Finder
次回のワークフローから手探りをなくしましょう。NGSワークフローファインダーは、パーソナライズされたソリューションの提案とリソースを提供し、自信を持ってシーケンスが進められるようサポートします。
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注釈
- Wastewater Monitoring—How Does It Work?（廃水モニタリング — 仕組みは？）cdc.gov/nwss/pdf/Wastewater-COVID-infographic-h.pdf アクセス日：2023年12月7日。
- 科学&技術スポットライト：廃水サーベイランス。gao.gov/products/gao-22-105841. アクセス日：2023年12月7日。
- Diamond MB、Keshaviah A、Bento AI et al. Wastewater surveillance of pathogens can inform public health responses（病原体の廃水サーベイランスは、公衆衛生の対応に役立つ可能性がある）. Nature Medicine 2022; 28(10):1992-1995.
- Levy JI, Andersen KG, Knight R, et al. Wastewater surveillance for public health（公衆衛生のための廃水サーベイランス）. Science 2023 Jan 6;379(6627):26-27.
- Wensel CR, Pluznick JL, Salzberg SL, et al. 次世代シーケンサー：マイクロバイオームの臨床研究を前進させる洞察。J Clin Invest 2022 Apr 1; 132(7): e154944.