Nye test identificerer forurenet drikkevand på få minutter, ikke uger

Hurtig, overkommelige vandtest, der kan bruges på stedet og endda køre kontinuerligt, vil hjælpe forskerne med at identificere sygdomsfremkaldende bakterier på under en time og potentielt reducere spredningen af ​​almindelige sygdomme som diarré, som dræber anslået 842, 000 mennesker hvert år.

Hundreder af millioner af prøver testes hvert år for at påvise skadelige bakterier i drikkevand og miljøvand, mad og drikkevarer, men test kan tage dage eller, i nogle tilfælde, endda uger for at give endelige resultater. Inden da mange mennesker kan være blevet syge af sygdomme forårsaget af bakterier som E. coli eller legionella.

At krympe laboratoriet til størrelsen af ​​en hjemmeprinter - og reducere testtider til en time eller mindre - kan hjælpe med at stoppe udbrud i deres spor og holde folk sikre.

Det er målet med et nyt system, som bruger en teknik kaldet immunomagnetisk separation til at lokalisere legionellaceller i en prøve af koncentreret drikkevand. Den store fordel er hastighed, fordi det ikke er afhængigt af at dyrke generationer af bakterier for at nå de nødvendige koncentrationer til at identificere og tælle dem, hvilket kan tage op til to uger for pålidelige resultater.

"Vi kan koncentrere og rense prøven magnetisk, uden nogen dyrknings- eller berigelsesteknikker, " sagde Dr. Daniel Schaffhauser, Chief Technology Officer hos det schweiziske rqmicro, virksomheden, der udviklede platformen som en del af et projekt kaldet CellCount.

"Det er her, vi kan spare tid, " han tilføjede.

Fokuseret test

Prøven blandes med en cocktail af specifikke antistoffer udviklet af rqmicro, der er koblet med små magnetiske perler, samt fluorescerende etiketter. Når først et målpatogen binder til antistoffet, et magnetfelt trækker perlecellen væk fra resten af ​​prøven. Og, bundet med det fluorescerende tag, det kan tælles i et højfølsomt flowcytometer – et system til scanning og påvisning af målbakterien.

Platformen bruger et engangspatron-arrangement på linje med en hjemmeprinter, som indeholder antistofcocktails og systemet til at cirkulere prøven. Da ingen væsker forlader patronen, prøven og de andre væsker er hele tiden indeholdt, eliminerer risikoen for kontaminering eller behovet for desinfektion mellem testene.

Detektionssystemet er udviklet til at bevare dets nøjagtighed i marken, snarere end de stabile forhold i et forskningslaboratorium.

Den fokuserede test og mere effektive dekontamineringsprocedurer kræver mindre energi og kemikalier. Systemet kan bruges til næsten kontinuerlig overvågning af drikkevandsforsyninger og er allerede i brug af vandlaboratorier i Europa til at påvise legionella, med hurtige resultater, der hjælper med at lokalisere smittekilder.

Legionella kan forekomme i klimaanlæg og husholdningsvandforsyninger og kan forårsage alvorlige lungebetændelseslignende lungeinfektioner. Tyskland har nu miljølovgivning, der kræver rutinemæssig test af varmtvandssystemer.

Dr. Schaffhauser sagde, at rqmicro har set stor interesse for at analysere og overvåge vand, der bruges i industrielle processer og køletårne, som dem, der er almindelige på kraftværker, kemiske fabrikker, eller raffinaderier.

Systemet kan skræddersyes til et hvilket som helst antal andre patogener. "Teknologien er meget generel, så vi ser ikke kun anvendelser i drikkevand, men også i bredere mikrobiel diagnostik, " sagde Dr. Schaffhauser.

"Hvor end du vil have mikrobiel analyse, du skal bare finde de rigtige antistoffer, og resten er allerede på plads, " han tilføjede.

Omkostningerne til test er mellem €17-25, gør det konkurrencedygtigt med de fleste nuværende testmetoder, men med fordel af hurtighed. Og selvom testudstyr ville være relativt dyrt, dette kan falde, efterhånden som stordriftsfordele kommer i spil.

I stedet for at udføre engangstest, når et patogen allerede er blevet opdaget, imidlertid, en anden tilgang er løbende at overvåge vand for at give et tidligt advarselssystem om, at en bestemt bakterie kan være til stede.

Dette er målet for et andet schweizisk-baseret biotekfirma, bNovate Technologies AG, som har udviklet teknologi til automatisk og kontinuerligt at overvåge vandstrømme for problematiske bakterier, reducerer den aktuelle måletid dramatisk fra flere dage til kun minutter.

Dets første kommercialiserede system, BactoSense, tæller hurtigt det samlede antal bakterier i en vandprøve, en af ​​de afgørende test, der bruges af forsyningsselskaber til at vurdere vandkvaliteten. Gennem et projekt kaldet ColiSense Online, et andengenerationsinstrument vil være i stand til specifikt at målrette mod E. coli, gør det muligt at udføre en anden vigtig test og erstatte langsomme, kulturbaserede metoder, som er standarden.

"E. coli er anerkendt over hele verden som en indikator for fækal forurening og er en rutinetest for kommunale vandforsyningssystemer, " sagde Dr. Luigino Grasso, bNovates teknologichef.

"Så ved at bringe denne form for test til en automatiseret og kompakt maskine, der kan give hurtige resultater, vi er i stand til i høj grad at reducere omkostningerne ved hver test, " han tilføjede.

Alarm

bNovates ColiSense-system fungerer ved hjælp af en genanvendelig patron, koncentrere vandprøven, farvning af E. coli-cellerne og analysering af dem for at tælle de tilstedeværende bakterier. Systemet har til formål at give automatisk, fjernovervågning, der kan slå alarm, hvis patogenerne når problematiske niveauer.

"Hver patron kan efterlades på plads til hundredvis af tests, Dr. Grasso sagde. "Så systemet har ikke brug for nogen menneskelig indgriben i op til et par måneder, selvom den tester vand flere gange om dagen."

Gennem automatisering og overvågning på afstand, bNovate har reduceret mængden af ​​menneskelig indgriben og elimineret behovet for laboratorietid, hjælper med at reducere prisen på BactoSense-vandtests til omkring 1 € hver – en brøkdel af omkostningerne forbundet med ældre testmetoder. Virksomheden sigter mod at opnå samme prisklasse for ColiSense.

Mens BactoSense-systemet allerede er i brug af vandværker, og ColiSense-systemet forventes også at blive rullet ud til disse brugere, Dr. Grasso ser potentiale for systemet ikke kun i starten af ​​vandrensnings- og distributionssystemet, men også i faciliteter som hospitaler, hvor risikoen for vandforurening kan være høj. Det kunne endda være velegnet til industrielle applikationer, såsom i drikkevareindustrien, fremstilling af kosmetik og lægemidler.

"Men vi er især glade for dens effektivitet i at hjælpe med at forhindre folk i at blive syge, tilvejebringelse af et tidligt varslingssystem for ()forurening af drikkevandssystemer, " sagde Dr. Grasso.