Nghiên cứu nước thải có thể phát hiện sớm COVID-19

Các nhà khoa học và bác sĩ ở Đại học UC San Diego và Viện Nghiên cứu Scripps, cùng các cán bộ y tế cộng đồng ở địa phương và liên bang, đã mô tả cách xếp chuỗi nước thải đem lại những góc nhìn hoàn toàn mới về mức độ và chủng loại của virus SARS-CoV-2 tại trường cũng như trong cộng đồng, theo bài đăng trên tạp chí hồi tháng 7/2022.

Nghiên cứu này là một bước tiến quan trọng trong các can thiệp của y tế công cộng so với các đợt bùng phát của COVID-19.

Các tác giả nghiên cứu cho rằng phương pháp này là một cách vừa nhanh, vừa rẻ, vừa dễ mở rộng quy mô để các cộng đồng có thể phát hiện virus corona và đưa ra biện pháp phù hợp.

“Virus corona sẽ tiếp tục lan truyền và tiến hóa, do đó chúng ta phải cần phát hiện sớm các chủng loại biến thể mới để có thể làm giảm nhẹ hậu quả”, tác giả nghiên cứu Rob Knight, giáo sư và giám đốc của Trung tâm Sáng kiến Hệ vi sinh tại trường đại học cho biết.

”Trước kia, cách duy nhất để phát hiện virus là thông qua xét nghiệm lâm sàng, điều không khả thi ở trong một quy mô lớn, đặc biệt là ở những khu vực có nguồn tài nguyên hạn chế, không đủ sự tham gia của cộng đồng hay không đủ khả năng để xét nghiệm và giải trình tự đủ theo yêu cầu. Chúng tôi đã chứng minh được rằng việc xếp chuỗi nước thải có thể theo dõi mức độ tình hình dịch bệnh ở địa phương với ít hạn chế và chênh lệch hơn so với xét nghiệm lâm sàng.”

Người bị nhiễm COVID-19 sẽ để lại virus ở dưới ghế dù có triệu chứng nào hay không. Vào mùa hè năm 2020, Knight và các đồng nghiệp đã lợi dụng điều đó để bắt đầu quá trình lấy mẫu nước thải bằng robot ở khuôn viên trường Đại học UC San Diego.

Chương trình đã mang lại những kết quả rất tích cực. Sinh viên đã bắt đầu trở lại trường từ giữa năm 2020 với tỉ lệ các ca COVID-19 thấp hơn hẳn khu vực xung quanh. Việc giám sát nước thải đã mở rộng quy mô từ tháng 3 năm 2021, với hàng chục mẫu thử được xếp chuỗi mỗi tuần từ nhà máy xử lý chất thải chính của hạt San Diego tại Point Loma, phục vụ cho 2,3 triệu người.

“Chương trình nước thải là một phần các biện pháp quan trọng để giải quyết đại dịch COVID của đại học UC San Diego,” giáo sư và đồng tác giả Robert Schooley từ khoa Y học trường UC San Diego cho biết. “Nó đem lại cho chúng tôi thông tin thời gian thực về các địa điểm trong trường đang xuất hiện virus.”

Viện Nghiên cứu COVID và dịch tễ San Diego (viết tắt SEARCH) đã tập hợp các nhà khoa học từ trường Đại học UC San Diego, Viện Nghiên cứu Scripps và Bệnh viện Nhi Rady để phát triển những phương pháp truy dấu virus, bao gồm làm tăng sự cô đặc virus RNA trong nước thải và một thuật toán mang tên “Freyja” được miêu tả trong nghiên cứu đã công bố.

Các nhà khoa học SEARCH giờ đây đã có thể xác định chính xác bộ gen di truyền của biến thể SARS-CoV-2 có ở trong 2 thìa nhỏ nước thải thô và xác định được những biến thể mới trong vòng 14 ngày trước khi xét nghiệm lâm sàng thwo truyền thống.

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện được biến thể Omicron trong nước thải 11 ngày trước khi sự tồn tại của biến thể được đưa tin ở San Diego.

“Ở rất nhiều nơi biện pháp tiêu chuẩn giám sát các biến thể mới của virus không chỉ chậm mà còn bị chi phí cản trở,” giáo sư và đồng tác giả Kristian Andersen nói. “Nhưng với Freyja, chỉ cần lấy một mẫu nước thải là bạn có thể định hình được cả thành phố.”

Dự án xếp chuỗi nước thải bao gồm nhiều bên và các chuyên gia, từ người làm mô hình dịch bệnh và các bác sĩ dịch tễ học tới các nhà nghiên cứu virus và gen, bác sĩ công, nhà giáo dục và những người đứng đầu chính quyền.

Phòng thí nghiệm của Rob Knight đã triển khai những con robot lấy mẫu tự động để thu lấy những mẫu nước thải mà được phân tích các mức độ SARS-CoV-2 RNA, sau đó được giải trình tự tại phòng thí nghiệm EXCITE ở trường Đại học UC San Diego và được phân tích thêm bằng máy tính tại phòng thí nghiệm của Kristian Andersen ở Viện Nghiên cứu Scripps.

Việc giải trình tự RNA từ nước thải có hai lợi ích: Đầu tiên nó tránh khả năng sai lệch từ việc thử nghiệm lâm sàng như là mẫu thử có hạn hay là không mang tính tượng trưng. Thứ hai là nó có thể theo dõi những thay đổi về sự phổ biến của các chủng SARS-CoV-2 qua thời gian.

Tuy nhiên việc xác định cụ thể dòng virus, bao gồm những chủng loại mới, đòi hỏi phải giải trình tự bộ gen di truyền của virus.

Các nhà nghiên cứu đã thu thập và phân tích được 21.383 mẫu thử nước thả từ khuôn viên trường đại học, từ khu vực San Diego, trong đó có nhà máy Point Loma và 17 trường học.

Những khác nhau về mặt đột biến giữa các biến thể SARS-CoV-2 như là giữa Delta và Omicron thường khá là nhỏ và khó để nhận thấy, mặc dù chúng có những khác biệt đáng chú ý về mặt sinh học như là về độ lây nhiễm hay là mức độ triệu chứng.

Biến thể Omicron có vẻ dễ lây nhiễm hơn và có thể vượt qua hệ miễn dịch của con người và vaccine hơn là biến thể Delta. Tuy nhiên đối với Omicron thì thời gian mắc bệnh lại thấp hơn và các triệu chứng nhẹ hơn biến thể Delta.

Dự án SEARCH và công việc giải trình tự vẫn sẽ tiếp tục, miễn là dịch bệnh còn tồn tại để phát triển những công cụ nghiên cứu hiện có và áp dụng bài học vào các dịch bệnh trong tương lai nếu cần.

“Chúng tôi biết rằng các mầm bệnh như là cúm hay là bệnh đậu mùa đều có thể được phát hiện ở trong nước thải”, Knight nói. “Làm việc với các tổ chức y tế trong nước và địa phương để mở rộng hệ thống này ra ngoài SARS-CoV-2 sẽ làm tăng cường khả năng phản ứng của chúng ta không chỉ với dịch bệnh này mà còn với những dịch bệnh trong tương lai nữa”.

Tác giả: Quang Hưng (dịch & tổng hợp)

Nguồn: Nature