Da sich Forscher zunehmend auf Abwassertests verlassen, um die Ausbreitung der Vogelgrippe zu überwachen, stellen einige die Zuverlässigkeit der verwendeten Tests in Frage. Oben: die Hyperion-Wasseraufbereitungsanlage in Playa Del Rey.
(Jason Armond / Los Angeles Times)
Da Gesundheitsbehörden sich zunehmend Abwassertests zuwenden, um die Ausbreitung der H5N1-Vogelgrippe unter US-Milchviehherden zu verfolgen, werfen einige Forscher Fragen zur Wirksamkeit der Abwassertests auf.
Obwohl die US-amerikanischen Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten sagen, dass die aktuellen Tests standardisiert sind und die Vogelgrippe erkennen können, äußerten einige Forscher Skepsis.
„Im Moment verwenden wir solche umfassenden Tests“, um das Abwasser auf Influenza-A-Viren zu testen, sagte der Epidemiologe Denis Nash und bezog sich dabei auf eine Kategorie von Viren, zu der die normale menschliche Grippe und die Vogelgrippe gehören, die bei Milchvieh und Wildvögeln zirkuliert und Hausgeflügel.
„Es ist möglich, dass es einige Orte im ganzen Land gibt, an denen die in diesen Tests verwendeten Primer … möglicherweise nicht für H5N1 funktionieren“, sagte Nash, angesehener Professor für Epidemiologie und geschäftsführender Direktor des Institute for Implementation Science in Population der City University of New York Gesundheit.
Der Grund dafür ist, dass die am häufigsten verwendeten Tests – Polymerase-Kettenreaktions- oder PCR-Tests – darauf ausgelegt sind, genetisches Material eines bestimmten Organismus, beispielsweise eines Grippevirus, nachzuweisen.
Doch damit sie den Virus identifizieren können, müssen sie darauf vorbereitet sein, zu wissen, wonach sie suchen. Je nachdem, nach welchem Teil des Virus die Forscher suchen, können sie den Vogelgrippe-Subtyp möglicherweise nicht identifizieren.
Es gibt zwei häufige menschliche Influenza-A-Viren: H1N1 und H3N2. Das „H“ steht für Hämagglutinin, ein identifizierbares Protein im Virus. Das „N“ steht für Neuraminidase.
Bei der Vogelgrippe hingegen handelt es sich ebenfalls um ein Influenza-A-Virus. Aber es hat den Subtyp H5N1.
Das bedeutet, dass das menschliche und das Vogelgrippevirus zwar das N1-Signal, aber kein H teilen.
Wenn ein Test darauf ausgelegt ist, nur nach H1 und H3 als Indikatoren für das Influenza-A-Virus zu suchen, wird die Vogelgrippe übersehen.
Marc Johnson, Professor für molekulare Mikrobiologie und Immunologie an der University of Missouri, sagte, er halte das nicht für allzu wahrscheinlich. Er sagte, dass die generischen Panels, die die meisten Labore verwenden, H1, H3 und H5 erfassen würden.
Während sein Labor speziell nach H1 und H3 sucht, sagte er: „Ich denke, wir sind möglicherweise die Einzigen, die das tun.“
Erst in den letzten Jahren haben Gesundheitsbehörden damit begonnen, Abwasser als Wächter für die Gesundheit der Bevölkerung zu nutzen.
Alexandria Boehm, Professorin für Bau- und Umweltingenieurwesen an der Stanford University und Hauptforscherin und Programmdirektorin von WastewaterSCAN, sagte, dass die Abwasserüberwachung während der Pandemie richtig in Gang gekommen sei. Es ist zu einer routinemäßigen Methode geworden, im kommunalen Abwasser nach Hunderten, wenn nicht Tausenden von Viren und anderen Krankheitserregern zu suchen.
„Vor drei oder vier Jahren hat das noch niemand gemacht“, sagt Boehm, der mit einem Netzwerk von Forschern in Laboren von Stanford, der Emory University und der Forschungsorganisation für Biowissenschaften von Alphabet Inc. zusammenarbeitet. „Es hat sich gewissermaßen als Reaktion auf die Pandemie entwickelt und hat sich weiterentwickelt.“
Seit Ende März, als die Vogelgrippe zum ersten Mal bei texanischen Milchkühen gemeldet wurde, durchforsten Forscher und Beamte des öffentlichen Gesundheitswesens Abwasserproben. Die meisten verwenden die Influenza-A-Tests, die sie bereits in ihre Systeme integriert hatten – die meisten davon waren darauf ausgelegt, menschliche Grippeviren und nicht die Vogelgrippe zu erkennen.
Am Dienstag veröffentlichte das CDC ein eigenes Dashboard, das Abwasserstandorte zeigt, an denen es in den letzten zwei Wochen Influenza A entdeckt hat.
Bei einem Netzwerk von mehr als 650 Standorten im ganzen Land gab es nur drei Standorte – in Florida, Illinois und Kansas –, an denen die Influenza-A-Konzentration als hoch genug angesehen wurde, um weitere behördliche Untersuchungen zu rechtfertigen. Es gab mehr als 400 Fälle, bei denen die Daten nicht ausreichten, um eine Bestimmung zu ermöglichen.
Jonathan Yoder, stellvertretender Direktor der CDC-Abteilung für Bereitschaft und Innovation bei Infektionskrankheiten, sagte, dass diese Standorte als unzureichende Daten angesehen wurden, weil die Tests nicht lange genug durchgeführt wurden oder möglicherweise nicht genügend positive Influenza-A-Proben vorhanden waren, um sie einzubeziehen.
Auf die Frage, ob einige der verwendeten Tests aufgrund ihrer Konzeption die Vogelgrippe übersehen könnten, sagte er: „Dafür haben wir keine Beweise. Es sieht so aus, als ob wir uns auf einem ausreichend breiten Niveau befinden, sodass wir keine Beweise dafür haben, dass wir H5 nicht in Angriff nehmen würden.“
Er sagte auch, dass die Tests im gesamten Netzwerk standardisiert seien.
„Ich bin mir ziemlich sicher, dass an allen Standorten derselbe Test verwendet wird“, sagte er. „Sie basieren alle auf … dem, was das CDC als klinischen Test für Influenza A veröffentlicht hat, also auf klinischen Tests.“
Es gibt jedoch Diskrepanzen zwischen den Ergebnissen der CDC und denen anderer.
Anfang dieser Woche veröffentlichte ein Team von Wissenschaftlern des Baylor College of Medicine, des University of Texas Health Science Center in Houston, des Texas Epidemic Health Institute und des El Paso Water Utility einen Bericht, der in neun Bundesstaaten Texas hohe Mengen an Vogelgrippe aus dem Abwasser aufzeigte Städte. Ihre Daten zeigen, dass H5N1 die dominierende Form von Influenza A ist, die im Abwasser dieser texanischen Städte herumschwirrt.
Aber im Gegensatz zu anderen Forschungsteams, einschließlich der CDC, verwendeten sie einen „agnostischen“ Ansatz, der als Hybrid-Capture-Sequenzierung bekannt ist.
„Es zielt also nicht nur auf einen Virus oder einen von mehreren Viren ab“, wie man es bei PCR-Tests macht, sagte Eric Boerwinkle, Dekan der UTHealth Houston School of Public Health und Mitglied des Texas-Teams. „Wir befinden uns tatsächlich in einer sehr komplexen Mischung, die aus Abwasser, dem Entfernen von Viren und ihrer Sequenzierung besteht.“
„Entscheidend ist hier, dass es sehr spezifisch für H5N1 ist“, sagte er und wies darauf hin, dass sie diese Art von Tests seit etwa zwei Jahren durchgeführt hätten und H5N1 noch nie vor Mitte März gesehen hätten.
Blake Hanson, Assistenzprofessor am University of Texas Health Science Center der Houston School of Public Health und Mitglied des texanischen Abwasserteams, stimmte zu und sagte, dass PCR-basierte Methoden „exquisit“ und „hochgenau“ seien.
„Aber wir haben die Möglichkeit, die Darstellung des gesamten Genoms zu betrachten, nicht nur eine Markerkomponente davon. Und das hat es uns ermöglicht, H5N1 zu untersuchen und es von einigen unserer saisonalen Flüssigkeiten wie H1N1 und H3N2 zu unterscheiden“, sagte er. „Das hat uns große Sicherheit gegeben, dass es sich ausschließlich um H5N1 handelt, während die anderen Arbeiten einen Teil des H5-Gens als Marker für H5 verwenden.“
Boerwinkle und Hanson betonten, dass sie H5N1 zwar im Abwasser identifizieren konnten, aber nicht sagen konnten, woher es kam.
„Texas ist eigentlich ein Zusammenfluss verschiedener Flugrouten für Zugvögel, und Texas ist auch ein Agrarstaat, obwohl es ziemlich große Städte gibt“, sagte Boerwinkle. „Es ist wahrscheinlich richtig, dass, wenn man alles darauf setzen müsste, was passiert ist, es wahrscheinlich nicht nur aus einer Quelle, sondern aus mehreren Quellen kommt. Wir haben keinen Grund zu der Annahme, dass eine dieser Quellen mit größerer Wahrscheinlichkeit auf eines dieser Dinge zurückzuführen ist.“
Aber sie sind sich ziemlich sicher, dass es nicht von Menschen kommt.
„Weil wir das gesamte Genom betrachten, wenn wir uns den einzelnen menschlichen H5N1-Fall ansehen, weist die Genomsequenz … eine charakteristische Aminosäureveränderung auf … im Vergleich zu allen Rindern aus demselben Zeitpunkt.“ sagte Hanson. „Wir sehen diese charakteristische Aminosäure in keinem unserer Sequenzierungsdaten. Und wir haben sehr sorgfältig danach gesucht, was uns eine gewisse Gewissheit gibt, dass wir keine Übertragung von Mensch zu Mensch erleben.“
Der Ansatz des texanischen Teams sei wirklich aufregend, sagte Devabhaktuni Srikrishna, CEO und Gründer von PatientKnowHow.com, und stellte fest, dass es einen „Beweis des Prinzips“ für den Einsatz dieser Art von metagenomischem Testprotokoll für Abwasser und Luft darstelle.
Er sagte, Regierungsbehörden, private Unternehmen und Wissenschaftler hätten nach einer zuverlässigen Möglichkeit gesucht, schnell, zuverlässig und kostengünstig auf Tausende mikroskopisch kleine Organismen – wie etwa Krankheitserreger – zu testen.
„Sie haben gezeigt, dass es möglich ist“, sagte er.