Pathogene micro-organismen, antibiotica-resistentiegenen (ARG's) en exogene pathogene nucleïnezuren liggen op de loer in stedelijk afvalwater, afvalwater van ziekenhuizen, industrieel afvalwater en watergebieden.Deze "onzichtbare risico's" vormen de kernvraagstukken van de veiligheid van het watermilieu en de preventie en bestrijding van de gezondheidszorg.

Figuur 1: Het lot en de mogelijke blootstellingsroutes van infectieuze virussen in de stedelijke waterkringloop Bron: Wigginton K.R., et al. Emerging Investigators Series: De bron en het lot van pandemische virussen in de stedelijke watercyclus. 2015.

Hoe kunnen we deze onzichtbare risico's van complexe afvalwatermatrixen nauwkeurig "vissen"?

Het testen van afvalwater is inherent complex.

Ten eerste zijn de doelgroepnucleïnezuren meestal in extreem lage concentraties aanwezig.Vooral in de vroege stadia van ziekteuitbraken of aanvankelijke besmettingDe concentraties van de doelmoleculen liggen vaak ver onder de stabiele detectiegrens van de traditionele methoden.

Ten tweede zijn de monstermatrices van afvalwater zeer complex: afvalwater uit verschillende bronnen kan huminezuren, polysacchariden, eiwitten,en andere PCR-remmers die de amplificatie-efficiëntie verminderen, wat leidt tot vertekende testresultaten.

Terwijl kwantitatieve realtime PCR (qPCR) voor absolute kwantificatie op standaardcurven berust, verdeelt digitale PCR (dPCR) het reactiemengsel in tienduizenden onafhankelijke micro-reacties..Door de verhouding van positieve tot negatieve reacties te berekenen met behulp van Poisson-statistieken, bereikt dPCR absolute kwantificatie van doelnucleïnezuurmoleculen zonder standaardcurven.

Typische toepassingen van digitale PCR bij afvalwateronderzoek

• Monitoring van pathogenen en epidemiologische vroege waarschuwing:De menselijke virale nucleïnezuren in het afvalwater weerspiegelen de infectie status van de gemeenschap.dPCR controleert virale nucleïnezuren om gegevens te ondersteunen voor waarschuwingen voor risico's voor de volksgezondheidBijvoorbeeld tijdens virale epidemieën helpt het detecteren van virus-specifieke nucleïnezuurfragmenten in afvalwater bij het beoordelen van de gemeenschapsoverdrachtstrends.De strategie van passief testen naar proactief waarschuwen. "

• Het detecteren van een antibioticaresistentiegene (ARG):Als een belangrijk milieu voor microbiële overdracht en genuitwisseling bevat het afvalwater verschillende resistentiegenen.Digitale PCR maakt nauwkeurige kwantificatie van ARG's met een lage hoeveelheid mogelijk, die een betrouwbare gegevensondersteuning biedt voor de evaluatie van de afvalwaterzuivering en de risicoanalyse op milieubeheersing.

• Microbiële besmetting en beoordeling van de waterkwaliteit:Traditionele kweekmethoden zijn tijdrovend en kunnen niet betrekking hebben op niet-kweekbare micro-organismen.het goed geschikt maakt voor het monitoren van afvalwaterzuiveringsinstallaties, industrieel afvalwater en ecologische waterlichamen.

Om uitdagingen aan te gaan zoals doelwitten met een lage concentratie, complexe matrices en hoge nauwkeurigheidsvereisten, biedt JLM-Lifetech hoge gevoeligheid, hoge stabiliteit,en dPCR-oplossingen met een hoog rendement voor moleculaire testen in het milieu met behulp van een all-in-one geïntegreerde microfluïde chiptechnologie.

Kerntechnologie: All-in-one geïntegreerde microfluïde chip

Figuur 2: All-in-one geïntegreerde microfluïdische chip

Het digitale PCR-systeem van JLM-Lifetech maakt gebruik van een innovatief geïntegreerd microfluïdisch chipontwerp, dat de voordelen van druppel- en chipgebaseerde dPCR combineert.PCR-amplificatie, en fluorescentie detectie op één platform, het bereikt een "sample-in, resultaat-out" ingesloten workflow.

Eenmaal geladen worden de monsters door het microfluïdische systeem aangedreven om een dichte, uniforme enkele laag matrix microdruppels te genereren.PCR-amplificatie vindt rechtstreeks op de chip plaats zonder druppeloverdrachtEen nauwkeurige temperatuurregeling maakt een snelle thermische cyclus mogelijk en verkort de versterkingstijd aanzienlijk.

Bij complexe afvalwateronderzoeken garandeert deze technologie een betrouwbare detectie van doelwitten met een lage hoeveelheid via druppeluniformiteit, nauwkeurige temperatuurcontrole en verontreinigingspreventie.

Bijkomende voordelen van het digitale PCR-systeem van JLM-Lifetech:

• Gevoeligheid voor één kopie:Bereikt een detectiegrens tot het niveau van één exemplaar, waardoor de lage doelovervloed en complexe achtergrondinterferentie in afvalwatermonsters effectief worden overwonnen.

• Geavanceerde multiplexcapaciteit:Uitbreidt zich buiten de hardware-kanaallimieten om meer doelen in een enkele reactie te kwantificeren, waardoor monsters en reagentia worden bespaard en de omlooptijden worden verkort.

Figuur 3: Met behulp van de TaqMan-sonde methode met FAM-, HEX-, ROX- en Cy5-kanalen (configureerd met respectievelijk 2, 2, 3 en 2 sondes) wordt een 9-plex dPCR-systeem vastgesteld.2D-grafieken over zes kanaalcombinaties tonen een duidelijke resolutie van positieve druppels voor elk doel.

• Intelligente beeldanalyse:Ondersteunt visuele terugsporing van positieve druppels om mogelijke valse positives te identificeren en te corrigeren, waardoor de specificiteit en nauwkeurigheid worden verbeterd.

• Open platform:Compatibel met reagentia van derden, waardoor de operationele kosten dalen.

DiOne: Volledig geautomatiseerd alles-in-één systeem

• Doorvoer:4 32 monsters/batch

• Optische kanalen:4/5/6/7 kanalen

• Druppelgeneratie:20,000 ¢ 25.000 druppeltjes

Digitale matrix: Microdroplet Matrix Generator & Thermal Cycler + Microdroplet Matrix Reader

• Generator en thermische cycler:1 ¢32 monsters/partij, 20.000 ¢30.000 druppels

• Lezer:3/4/5 kanalen, 1 ¢16 monsters/batch

Van milieurisicobewaking tot vroegtijdige waarschuwingen voor de volksgezondheid, en van pathogeenopsporing tot resistentiegenprofielvorming, het toezicht op afvalwater treedt in een nauwkeuriger en efficiënter moleculair tijdperk..Het digitale PCR-systeem van JLM-Lifetech biedt hooggevoeligheid, hoge precisie en geautomatiseerde moleculaire testmogelijkheden voor milieubewaking.milieubeschermingsorganisaties, onderzoeksinstituten, testlaboratoria en milieusectoren.