Los microorganismos patógenos, los genes de resistencia a los antibióticos (ARG) y los ácidos nucleicos patógenos exógenos se esconden en las aguas residuales domésticas urbanas, las aguas residuales de los hospitales, los efluentes industriales y las redes de cuencas hidrográficas.Estos "riesgos invisibles" constituyen las cuestiones centrales de la seguridad del medio ambiente acuático y de la prevención y el control de la salud pública.

Figura 1: El destino y las vías de exposición potenciales de los virus infecciosos en el ciclo del agua urbana Fuente: Wigginton K.R., et al. Emerging Investigators Series: La fuente y el destino de los virus pandémicos en el ciclo del agua urbana. 2015.

¿Cómo podemos "pescar" con precisión estos riesgos invisibles de matrices complejas de aguas residuales?

La prueba de aguas residuales es intrínsecamente compleja.

En primer lugar, los ácidos nucleicos diana suelen estar presentes en concentraciones extremadamente bajas. En muestras ambientales, los virus, bacterias patógenas o genes funcionales específicos pueden existir en cantidades minúsculas.Especialmente en las primeras etapas de los brotes de enfermedad o de la contaminación inicial., las concentraciones de moléculas diana suelen caer muy por debajo del límite de detección estable de los métodos tradicionales.

En segundo lugar, las matrices de muestras de aguas residuales son muy complejas: las aguas residuales de diferentes fuentes pueden contener ácidos húmicos, polisacáridos, proteínas,y otros inhibidores de la PCR que reducen la eficiencia de la amplificación, lo que conduce a resultados de ensayo sesgados.

Mientras que la PCR cuantitativa en tiempo real (qPCR) se basa en curvas estándar para la cuantificación absoluta, la PCR digital (dPCR) divide la mezcla de reacción en decenas de miles de micro reacciones independientes.Mediante el cálculo de la relación entre las reacciones positivas y negativas utilizando las estadísticas de Poisson, la dPCR logra la cuantificación absoluta de las moléculas de ácido nucleico objetivo sin curvas estándar.

Aplicaciones típicas de la PCR digital en el ensayo de aguas residuales

• Monitoreo de patógenos y alerta temprana epidemiológica:Los ácidos nucleicos virales humanos transportados en las aguas residuales reflejan el estado de infección de la comunidad.dPCR monitorea los ácidos nucleicos virales para proporcionar soporte de datos para advertencias de riesgos para la salud públicaPor ejemplo, durante las epidemias virales, la detección de fragmentos de ácido nucleico específicos del virus en las aguas residuales ayuda a evaluar las tendencias de transmisión en la comunidad.Cambiar la estrategia de "prueba pasiva" a "alerta proactiva"."

• Detección del gen de resistencia a los antibióticos (ARG):La resistencia a los antibióticos es un problema crítico de salud pública a nivel mundial.La PCR digital permite la cuantificación precisa de ARG de baja abundancia, proporcionando un soporte fiable de datos para la evaluación del tratamiento de aguas residuales y el análisis del riesgo de resistencia ambiental.

• Contaminación microbiana y evaluación de la calidad del agua:Los métodos de cultivo tradicionales consumen mucho tiempo y no pueden cubrir microorganismos no cultivables.lo que lo hace adecuado para el monitoreo de las plantas de tratamiento de aguas residuales, aguas residuales industriales y cuerpos de agua ecológicos.

Para hacer frente a desafíos como objetivos de baja concentración, matrices complejas y requisitos de alta precisión, JLM-Lifetech proporciona alta sensibilidad, alta estabilidad,y soluciones de dPCR de alta eficiencia para ensayos moleculares ambientales utilizando una tecnología de chip microfluídico integrado todo en uno.

Tecnología central: chip microfluídico integrado todo en uno

Figura 2: Chip microfluídico integrado todo en uno

El sistema de PCR digital de JLM-Lifetech utiliza un diseño innovador de chip microfluídico integrado, que combina las ventajas de la dPCR a base de gotas y de chip.Amplificación de la PCR, y la detección de fluorescencia en una sola plataforma, logra un flujo de trabajo cerrado de "muestreo, resultado".

Una vez cargadas, las muestras son impulsadas por el sistema microfluídico para generar una capa única densa y uniforme de microdrupletas de matriz.La amplificación de PCR se produce directamente en el chip sin operaciones de transferencia de gotasEl control preciso de la temperatura permite un rápido ciclo térmico, acortando significativamente el tiempo de amplificación.

En pruebas complejas de aguas residuales, esta tecnología garantiza la detección confiable de objetivos de baja abundancia a través de la uniformidad de las gotas, el control preciso de la temperatura y la prevención de la contaminación.

Ventajas adicionales del sistema de PCR digital de JLM-Lifetech:

• Sensibilidad de una sola copia:Alcanza un límite de detección hasta el nivel de una sola copia, superando efectivamente la baja abundancia de objetivos y las interferencias de fondo complejas en las muestras de aguas residuales.

• Capacidad de multiplexación avanzada:Se expande más allá de los límites del canal de hardware para cuantificar más objetivos en una sola reacción, ahorrando muestras y reactivos al tiempo que reduce los tiempos de respuesta.

Figura 3: Se utiliza el método de la sonda TaqMan con canales FAM, HEX, ROX y Cy5 (configurados con 2, 2, 3 y 2 sondas respectivamente), se establece un sistema de dPCR de 9 plex.Los gráficos 2D a través de seis combinaciones de canales demuestran una resolución clara de gotas positivas para cada objetivo.

• Análisis de imagen inteligente:Apoya el retroceso visual de gotas positivas para identificar y corregir posibles falsos positivos, mejorando la especificidad y la precisión.

• Plataforma abierta:Compatible con reactivos de terceros, reduciendo los costes operativos.

DiOne: Sistema totalmente automatizado todo en uno

• El rendimiento:4 32 muestras/partido

• Canales ópticos:4/5/6/7 canales

• Generación de gotas:20,000 ¥25.000 gotas

Matriz digital: generador de matriz de microdópulos y ciclador térmico + lector de matriz de microdópulos

• Generador y ciclo térmico:32 muestras por lote, 20 000 30 000 gotas

• Lector:3/4/5 canales, 1 ¢16 muestras por lote

Desde la vigilancia de riesgos ambientales hasta las alertas tempranas para la salud pública y la detección de patógenos hasta el perfil de genes de resistencia, la vigilancia de las aguas residuales está entrando en una era molecular más precisa y eficiente.El sistema de PCR digital de JLM-Lifetech aporta una alta sensibilidad, alta precisión y capacidades de pruebas moleculares automatizadas para el monitoreo ambiental, lo que permite a los CDC,agencias de protección del medio ambiente, institutos de investigación, laboratorios de ensayos y sectores medioambientales.