Frühe Hinweise auf aktuelle Coronavarianten im Abwasser

Die Coronapandemie ist keineswegs vorbei, obwohl viele dies glauben und gebotene Vorsichtsmaßnahmen vernachlässigen. Zu diesen Maßnahmen gehört auch eine sorgfältige Surveillance, die aber momentan dadurch erschwert wird, dass immer weniger getestet wird. Daher müssen andere Verfahren diese Lücke schließen. Hier scheint sich die Bestimmung von SARS-CoV-2-RNA im Abwasser zu bewähren, die aktuell dahingehend verbessert wurde, dass sich nun auch Virusvarianten bestimmen lassen. Das berichtet eine Gruppe um Dr. Smruthi Karthikeyan von der University of California San Diego (UCSD) in La Jolla aktuell im Fachjournal »Nature«.

Bisher schränkten zwei Faktoren die abwasserbasierte genomische Überwachung ein:

1.  die eher geringe Qualität der Sequenzdaten und
2.  die Unfähigkeit, die relative Häufigkeit verschiedener Varianten in gemischten Proben abschätzen zu können.

In ihrer Arbeit zeigen die Autoren nun Lösungen für diese Probleme auf. Dazu entwickelten sie mehrere technische Optimierungen, darunter Viruskonzentrationsprotokolle unter Verwendung von Nanoperlen, um so qualitativ bessere Sequenzdaten zu erhalten. Zudem nutzen sie eine computergestützte Technik, um in den Sequenzdaten einer gemischten Probe einzelne SARS-CoV-2-Stämme auslesen zu können.

Um ihre Methoden zu testen, sammelten die Wissenschaftler fast ein Jahr lang Proben aus einer Kläranlage in San Diego, in der das Abwasser von rund 2,3 Millionen Menschen aufbereitet wird. Die Datenerhebung begann im Februar 2021. Auch untersuchten sie über einen Zeitraum von zehn Monaten Abwasser aus Abwasserrohren an mehr als 130 Standorten auf dem UCSD-Campus.

Ihre Methode arbeitet so effizient, dass die Wissenschaftler eine Genomabdeckung von nahezu 95 Prozent erreichten, selbst bei Proben, die nur eine vergleichsweise geringe Viruslast enthielten. Bisher waren Genomabdeckungen von maximal 40 Prozent erreichbar.

Es gelang den Forschenden, die Alpha- und Delta-Varianten des Coronavirus im Abwasser bis zu zwei Wochen vor dem Zeitpunkt nachzuweisen, an dem Varianten in klinisch-diagnostischen Tests auffielen. Auch entdeckten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Omikron ungefähr zehn Tage bevor erstmals eine Person in San Diego positiv auf Omikron getestet wurde. Zudem zeigte sich der Anstieg der BA.1-Variante in der Bevölkerung in den Abwasserproben deutlich früher als in konventionellen Tests.

In einem begleitenden Nachrichtenbeitrag in »Nature« sagt Professor Dr. Rob Knight, Mikrobiologe an der UCSD und Mitautor der Studie, die neue Technik lasse sich verwenden, um aufkommende Varianten zu entdecken und sinnvolle Maßnahmen auf Infektionswellen zu beschleunigen. »Wenn die nächste Welle ankommt, werden wir darauf vorbereitet sein«, so Knight.

Professor Dr. Ana Maria de Roda Husman vom National Institute for Public Health and the Environment in Utrecht, Niederlande, merkt allerdings an, dass im Moment noch offen bleibe, ob die Technik auch funktionieren werde, um die sich schnell ausbreitenden Omikron-Varianten BA.4- und BA.5 zu überwachen beziehungsweise ob eine Diskriminierung zwischen den beiden Varianten möglich sei. Und auch Dr. Phong Thai von der Queensland Alliance for Environmental Health Sciences der University of Queensland, Australien, gibt zu bedenken, dass es noch dauern werde, bis ein Frühwarnsystem für Virusvarianten brauchbar etabliert sei.

Optimistischer sieht das Knight, der noch einmal betont, dass es dem Team gelungen sei, die Zeit für die Sequenzieren und Charakterisierung von Proben aus Abwässern von Wochen auf Tage zu verkürzen. Das sei in seinen Augen ein »Game Changer«.