Evaluierung von zwei molekularen Nachweisplattformen für Gastroenteritis-Erreger in aufbereitetem Abwasser in der östlichen Provinz Saudi-Arabiens

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 21744 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Die Fähigkeit, Umweltwasserproben auf Gastroenteritis-Erreger, insbesondere Viren, zu untersuchen, bleibt eine Herausforderung. Hier untersuchten wir das Vorhandensein von Darmviren in behandelten Abwasserproben, die von 2018 bis 2019 aus einem Kühlturm im Königreich Saudi-Arabien (SA) entnommen wurden. Unser oberstes Ziel war es, die optimalen Handhabungs- und Verarbeitungsbedingungen für die Wasserproben zu ermitteln und die empfindlichste Nachweismethode zur Beurteilung viraler Kontaminationen. Das Abwasser wurde vor und nach der Behandlung in drei definierten Zonen gesammelt. Die Proben wurden durch Ultrazentrifugation konzentriert und mit einem Multiplex-Bead-basierten Assaysystem (Luminex-Technologie) oder Multiplex-PCR (QIAstat-Dx) analysiert. Anschließend wurde die Effizienz dieser Modalitäten zur genauen Erkennung einer Viruskontamination verglichen. Insgesamt wurden 64 Proben (16 Kontrollen und vier behandelte Proben pro Kontrolle) auf 26 enterische Krankheitserreger analysiert. 98,7 % der Proben waren nach der Behandlung negativ auf Viren. Die Nachweisraten waren beim Multiplex-PCR-System (QIAstat-Dx) höher als bei der Hybridisierungsmethode, was die höhere Empfindlichkeit unterstreicht. Die aktuellen Abwasserbehandlungsprotokolle in KSA könnten virale Krankheitserreger effizient ausrotten und ihr Potenzial für eine Übertragung über das Wasser minimieren. Wir bieten die erste systematische Analyse von zwei molekularen Nachweismethoden zur Beurteilung von Gastroenteritis-assoziierten Krankheitserregern aus Umweltproben in KSA. Wir kommen zu dem Schluss, dass das Multiplex-PCR-System (QIAstat-Dx) die Luminex-Technologie zum Nachweis von Viruspathogenen in aufbereiteten Wasserproben übertrifft.

Gastroenteritis-assoziierte Krankheitserreger werden über den fäkal-oralen Weg durch kontaminiertes Wasser oder unbehandelte Wasserquellen wie Abwasser übertragen1. Enteroviren gehören zur Familie der Picornaviridae und stellen die kleinsten, unbehüllten Viren dar, von denen bekannt ist, dass sie Menschen und Tiere infizieren. Enteroviren können aus Boden-, Meeres-, Abwasser- und Süßwasserumgebungen isoliert werden und haben weltweit mehrere Ausbrüche von Gastroenteritis verursacht2. Beispiele in den letzten 30 Jahren sind eine Reihe von Ausbrüchen der Hand-Fuß-Mund-Krankheit mit damit verbundenen neurologischen Komplikationen im asiatisch-pazifischen Raum und sporadische Fälle in Europa. Aktuelle Vorschriften der Europäischen Union sehen den Nachweis humaner Enteroviren als Parameter der Wasserqualität vor3. Viele gängige Abwasseraufbereitungsprozesse können diese Viren nicht vollständig inaktivieren, wodurch Freizeitgewässer anfällig für eine Viruskontamination werden. Zu den typischen im Wasser untersuchten Parametern gehören mikrobiologische Infektionen durch Legionella pneumophila, Klebsiella pneumoniae und Gesamtcoliforme Keime. Auch wirksame Desinfektionsleistungsparameter werden häufig untersucht, darunter Restchlor, pH-Wert und Temperatur des behandelten Abwassers (TSE).

Mehrere Hochdurchsatz-Nachweismethoden, einschließlich ELISA und qRT-PCR-basierte Amplifikation, wurden zum Nachweis von Enteroviren in Wasserproben eingesetzt.4 Geringe Mengen an Enteroviren in großen Gewässern können bei Menschen bereits bei niedrigen infektiösen Dosen, also schnell und empfindlich, Infektionen hervorrufen Erkennungstechnologien sind erforderlich. qRT-PCR mit anschließender Sequenzierung gilt als die derzeit spezifischste und empfindlichste Methode5 und kann verwendet werden, um das Auftreten neu auftretender Virusstämme zu dokumentieren, die Virusentwicklung zu überwachen und die Quelle eines Ausbruchs zu bestätigen6,7. Dies kann jedoch durch das Vorhandensein hemmender Komponenten in den entnommenen Proben eingeschränkt werden, die zu falsch-negativen Ergebnissen führen können. Dies stellt eine Hürde dar und die Probenvorbereitung für diese Tests bleibt zeitaufwändig und mühsam.

In jüngerer Zeit wurden mehrere Technologien für die Hochdurchsatzerkennung von durch Wasser übertragenen Krankheitserregern entwickelt. Ein Beispiel ist der QIAstat-Dx-Analysator, der ein Multiplex-Echtzeit-PCR-System zum gleichzeitigen Nachweis pathogener Nukleinsäuren in biologischen Proben verwendet und ein geschlossenes System darstellt, das alle erforderlichen Reagenzien enthält und eine Probenvorbereitung ohne Handgriff ermöglicht. Mit diesem System können erkannte Echtzeit-Verstärkungssignale mithilfe einer integrierten Softwareplattform automatisiert und über eine intuitive Benutzeroberfläche gemeldet werden, um den Durchsatz zu maximieren. Die Luminex xMAP-Technologie (x = Analyt, MAP = Multi-Analyt-Profiling) ermöglicht zudem die schnelle, kostengünstige und gleichzeitige Analyse mehrerer Krankheitserreger in einer einzigen Probe. Bei dieser Methode werden fluoreszierende Mikrokügelchen vorab mit spezifischen diagnostischen Antigenen beschichtet, die die entsprechenden Krankheitserreger einfangen, die mit fluoreszierenden Reportern kombiniert werden, die vom Luminex-Lesegerät erkannt werden. Dieses System kann bis zu 500 Ziele in einer einzigen Probe identifizieren und wurde in mehreren diagnostischen Studien eingesetzt.

Hier haben wir die erste systematische Analyse dieser beiden molekularen Methoden durchgeführt, um das Vorhandensein von Gastroenteritis-assoziierten Krankheitserregern in behandelten Wasserproben aus einem Kühlturm in KSA nachzuweisen. Wir zeigen, dass aktuelle Abwasseraufbereitungsprotokolle virale Krankheitserreger effizient beseitigen und empfehlen Multiplex-PCR (QIAstat-Dx) als empfindlichste Nachweistechnologie.

Die Vor-, Sekundär- (Belüftung und Klärkläranlage) und Tertiärbehandlung (Sandfiltration und Desinfektion) wurden wie zuvor beschrieben8 durchgeführt. Abwasser aus Wohngebieten wurde vor dem Eintritt in die Kläranlage in einem Anschlusskasten gesammelt. WW wurde mit Transporttankern angeliefert und in der Septage Receiving Facility (SRF) entsorgt, die die Zulaufleitung mit dem Hauptwerk verbindet. Das Kopfwerk war mit einer Vorbehandlungsstation zur Entfernung von Schutt wie Steinen und Holzmaterialien ausgestattet. Zum Entfernen schwererer Materialien wurde eine Sandkammer verwendet. Die Auslasskammer des Hauptwerks leitet den WW-Fluss in Notteiche um, die über den Recycling-Nassbrunnen zur Aufbereitung (Splitterbox Nr. 1) zurückgeführt werden können. Der gesamte Zufluss wurde mit einem Parshall-Rinne gemessen, das sich im Kanal vor dem Auslassbauwerk befand. Die Qualität des Zuflusswassers wurde täglich durch die Sammlung von Proben und die Bewertung von gelöstem Sauerstoff (DO), pH-Wert, Temperatur, Gesamtschwebstoffen (TSS) sowie Öl und Fett validiert.

Sekundäre Behandlungsprozesse sind in der ergänzenden Abbildung 1 dargestellt. WW fließt vom Kopfwerk zum Verteilerkasten Nr. 1 und wurde zur Belüftung in die Tanks 1–2 aufgeteilt. Splitterbox Nr. 1 erhielt ebenfalls einen Rücklaufschlamm. Der Recycling-Nassbrunnen floss aus dem Sandfilter mit kontinuierlicher Rückspülung. Der Notteich floss wie in der ergänzenden Abbildung 1 dargestellt. Oberflächenbelüfter hielten den erforderlichen DO-Gehalt (2,0 mg/l) aufrecht, um den mikrobiologischen Abbau organischer Stoffe sicherzustellen. Der Sauerstoffgehalt wurde in jeder Schicht validiert und die Geschwindigkeit des Oberflächenbelüfters wurde manuell angepasst. Täglich wurden Schichtproben entnommen, um die Leistung des Belebungsbeckens zu validieren. Gemessen wurden DO, pH-Wert, Temperatur, TSS, suspendierte Feststoffe in gemischten Flüssigkeiten (MLSS), flüchtige suspendierte Feststoffe in gemischten Flüssigkeiten (MLVSS), Schlammretentionszeiten (SRT), Absetzbarkeit und Farbe des Schlamms, Schaumbildung oder Blähungen. Der Auslass aus den Belebungstanks wurde an die Verteilerbox Nr. 2 zu den Klärbecken 1 und 2 geleitet. Die Wasserqualität des Klärbeckenauslasses wurde durch die Bewertung von Trübung, TSS, gelöstem Sauerstoff, pH-Wert und Temperatur validiert. Betriebsfaktoren wie Schlammdecke, Drehmomentindikatoren und Wasseroberfläche wurden in jeder Schicht notiert. Der aus dem Klärbecken gesammelte Schlamm wurde je nach Betriebsparametern regelmäßig entsorgt oder in die Verteilerbox Nr. 1 zurückgeführt. Schlammabfälle aus dem Klärbecken wurden zur weiteren Zersetzung und Entsorgung in den Schlammtrocknungsbetten in den aeroben Fermenter eingeleitet. Der Rücklaufschlamm wurde zum Verteilerkasten Nr. 1 gepumpt, um die biologische Aktivität im Belebungsbecken aufrechtzuerhalten.

Der Tertiärbehandlungsprozess ist in der ergänzenden Abbildung 3 dargestellt. Dem Abwasser des Klärbeckens wurde kontinuierlich ein Koagulans (Alaun) injiziert, um den Filtrationsprozess zu verbessern. Der Abwasserleitung des Klärbeckens wurde Chlor zugesetzt, um mikrobiologisches Wachstum auf dem Sandfilter zu verhindern. Der Sandfilter arbeitete kontinuierlich mit dem WW und floss in den Nassbrunnen, wo Chlor hinzugefügt wurde, um mikrobiologische Verunreinigungen zu inaktivieren. Die Chlorkontaktzeit betrug vor TSE 5 km. EST-Pumpen förderten das gefilterte Wasser aus dem Nassbrunnen in die Abwasserspeichertanks.

Tertiär behandeltes Abwasser (TTSE) wurde von einem Drittlabor auf Einhaltung analysiert. Es wurde eine wöchentliche Analyse für BSB, CSB, TSS, Gesamtcoliforme Bakterien, Darmeier, pH-Wert, Trübung und Temperatur durchgeführt. Es wurde eine monatliche Probenanalyse auf Nitrat durchgeführt. Der Abfluss aus den Abwasserspeichertanks wurde über eine 30-Zoll-Sammelleitung zur Ansaugung an kommunale Bewässerungspumpen geleitet.

Vom 14. April 2019 bis zum 3. Dezember 2019 wurden alle zwei Wochen Wasserproben aus dem Kühlturm in Dharan entnommen. Die Zonen wurden wie folgt klassifiziert: Standort A: Kontrollstandort mit unbehandeltem Abwasser. Abqaiq STP-Nachbehandlung (Abflussleitung der Bewässerungspumpe); Standort B: TSE-Wasserversorgung zum Kühlturm der AC-Anlage Nr. 2 (CT-Zuleitung); Standort C: AC-Anlage Nr. 2 Kühlturm-Zirkulationsleitung. Die Proben wurden aseptisch in 1 l sterilem Wasser in Glasflaschen gesammelt und während des Transports zum King Faisal Specialist Hospital Research Center, Riad (KFSHRC) in dunklen Behältern bei 4 °C aufbewahrt. Die Proben wurden vor der Analyse ≤ 6 Stunden lang transportiert.

Über einen Zeitraum von 9 Monaten wurden insgesamt 64 Proben gesammelt. Dazu gehörten 16 Proben aus der Vorbehandlungsquelle/Rohabwasser (Kontrolle) und 48 wasserbehandelte Proben von jedem Standort. Die Proben wurden unter kontrollierten Bedingungen innerhalb von 12 Stunden nach Ankunft verarbeitet.

Zur Beurteilung enterischer Viren wurde eine zweistufige Zentrifugationsmethode verwendet, wie zuvor beschrieben12. Die Proben wurden zunächst durch Ultrazentrifugation bei 20.450 g für 24 Stunden bei 4 °C auf 10 ml konzentriert. Eine zweite Ultrazentrifugationsrunde wurde bei 182.000 g für 2 Stunden bei 4 °C SORVALL RC 6 PLUS (Adapter: SORVALL SLA-1500 SUPER_LITE) durchgeführt. Die Proben wurden parallel mittels Multiplex-PCR oder Hybridisierung zum vergleichenden Screening und Nachweis analysiert. Die restlichen Proben wurden bei 4 °C gelagert.

In Dharan wurden Proben gesammelt und auf Folgendes untersucht: (1) mikrobiologische Parameter: Legionella pneumophila, Klebsiella pneumoniae und Gesamtcoliforme Keime; (2) Zu den Desinfektionsparametern gehörten Restchlor, pH-Wert, Temperatur sowie physikalische und chemische Analyse des TSE-Zulaufs und des Umlaufwassers.

Konzentrierte Wasserproben wurden mit dem QIAstat-Dx Gastrointestinal Panel (Qiagen, USA) analysiert, einem qualitativen Test zum Nachweis viraler, parasitärer oder bakterieller Nukleinsäuren in Stuhlproben. Dazu gehörten: Vibrio vulnificus, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio cholerae, Entamoeba histolytica, Cryptosporidium spp., Giardia lamblia, Cyclospora cayetanensis, Campylobacter spp., Enterotoxigene E. coli (ETEC), Enteropathogene E. coli (EPEC), Enteroaggregative E. coli ( EAEC), Shiga-ähnliches Toxin produzierendes E. coli (STEC [enterohemorrhagisches E. coli]), Salmonella spp., Clostridium difficile (tcdA/tcdB), Yersinia enterocolitica, Shiga-Toxin produzierendes E. coli (STEC) Serotyp O157: H7, Enteroinvasive E. coli (EIEC)/Shigella, Plesiomonas shigelloides, Humanes Adenovirus F40/F41, Norovirus GI, Norovirus GII, Rotavirus A, Astrovirus und Sapovirus GI, GII, GIV und GV. Konzentrierte Wasserproben wurden auf die Magen-Darm-Panel-Kartusche geladen und die Nukleinsäureextraktion, -amplifikation und -detektion wurde automatisch auf dem QIAstat-Dx-Analysegerät durchgeführt. Anschließend wurden RT-PCR-Amplifikationskurven erstellt.

Die zweite molekulare Nachweismethode nutzte die Luminex-Plattform, ein auf Multiplex-Amplifikationsperlen basierendes Hybridisierungssystem, das auf dem xTAG Gastrointestinal Pathogen Panel (GPP) basiert. Mit einem kleinen Probenvolumen kann das System 100 Analyten gleichzeitig messen. Die Nukleinsäureextraktion und -reinigung wurde mit dem EZ1 Nucleic Acid Mini Kit v2.0 (Qiagen, USA) gemäß dem Herstellerprotokoll durchgeführt. Gereinigte Nukleinsäuren wurden in 60 μl Puffer eluiert. Das xTAG Gastrointestinal Pathogen Panel erkannte eine identische Liste von Bakterien, Viren und Parasiten wie das QIAstat-Dx Panel.

Insgesamt wurden 64 Wasserproben, bestehend aus 16 Kontroll- und 48 Testproben aus den drei Filterzonen, analysiert. Alle zwei Wochen wurden am Standort Dhahran Proben entnommen. Physikalische und chemische Parameter jeder Wasserprobe wurden aufgezeichnet. Die Durchschnittswerte sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Nach zwei Ultrazentrifugationsrunden wurde eine maximale Viruswiederherstellung beobachtet. Als Positivkontrollen wurden Abwasserproben (n = 16) einbezogen. Die Konzentration der Wasserproben führte zu Wiederfindungsraten von 59,34 % auf der QIAstat-Dx-Plattform im Vergleich zu 6,2 % auf der Luminex 200-Plattform, was ihre überlegene Leistung bei der Analyse unterstreicht (Tabelle 2).

Wir haben die Leistung der Plattformen QIAstat-Dx und Luminex 200 zum Nachweis von Bakterien, Viren und Parasiten sowohl in Test- als auch in Kontrollproben bewertet (Abb. 1). Im Kontrollabwasser konnten beide Plattformen Viren, Bakterien und Parasiten mit einer Sensitivität von ≥ 95 % erkennen (Abb. 1). Bei der Analyse der Testproben konnte QIAstat-Dx in den aus den drei Zonen entnommenen Proben mindestens einen mit Gastroenteritis in Zusammenhang stehenden Krankheitserreger identifizieren, mit Erkennungsraten von 4,69 % für Bakterien, 14,32 % für Viren und 5,31 % für Parasiten. In den übrigen 48 Proben wurden keine enterischen Krankheitserreger nachgewiesen. Im Vergleich dazu entdeckte die Luminex 200-Plattform Gastroenteritis-assoziierte Krankheitserreger in 11 Wasserproben aus den drei Zonen, mit Erkennungsraten von 0,85 % für Viren, 1,55 % für Bakterien und 0,31 % für Parasiten. In den übrigen 53 Proben wurden keine enterischen Krankheitserreger nachgewiesen (Abb. 1). Der Virennachweis mit der QIAstat-Dx-Plattform (14,32 % vs. 0,85 %) war daher empfindlicher als die Luminex 200-Analyse.

Nachweis von durch Wasser übertragenen Krankheitserregern mit den Plattformen QIAstat-Dx vs. Luminex 200. Konzentrierte Wasserproben wurden auf die Magen-Darm-Panel-Kartusche jeder Plattform geladen. Nukleinsäureextraktion, -amplifikation und -detektion wurden automatisch auf der QIA-stat-Dx-Plattform oder mit einem EZ1 Nukleinsäure-Minikit v2.0 für das xTAG Gastrointestinal Pathogen Panel durchgeführt. Von den 64 Proben erkannte die QIA-stat-Dx-Plattform positive Raten von 4,69 %, 14,32 %, 5,31 % und negative Raten von 95,31 %, 85,67 % bzw. 94,68 % für Bakterien (blaue Balken) und Viren (orange Balken). und Parasiten (graue Balken). Die Luminex-Plattform erkannte positive Raten von 0,85 %, 1,55 %, 0,31 % und negative Raten von 99,15 %, 98,42 % bzw. 99,68 % für Bakterien, Viren und Parasiten. POS: Gesamtzahl der positiven Proben vs. NEG: Gesamtzahl der negativen Proben. Prozentangaben geben die Anzahl der Proben an, die für einen bestimmten Krankheitserreger positiv sind.

Die Leistung und Übereinstimmung jeder Plattform sind in Tabelle 3 zusammengefasst. Eine Übereinstimmung von 27 % wurde für E-Coli (st/it) (3/13), 50 % für Norovirus GI (4/8) und 20 % für beobachtet Adenovirus F40/F41 (2/10). Clostridium difficile-Toxin A/B wurde nur auf der Luminex 200-Plattform nachgewiesen (1 Probe von 64). In 2 behandelten Proben wurde ein positiver Nachweis beobachtet, es wurden jedoch keine gastroenterischen Krankheitserreger nachgewiesen. Zur Bestätigung wurden die Tests auf der Luminex 200-Plattform wiederholt. Für 19 Ziele wurden widersprüchliche Ergebnisse beobachtet (QIAstat-/Luminex+, QIAstat+/Luminex−). Die QIAstat-Dx-Plattform erkannte 12 Gastroenteritis-Krankheitserreger, die auf der Luminex 200-Plattform nicht erkannt wurden, darunter Yersinia Enterocolitica, enteropathogene E-coli, enteroaggregative E. coli, Vibro Cholera, entroinvasive E. coli/Shigella, Sapovirus, Rotavirus A, Astrovirus, Norovirus GII, Giardia Lambia, Entamoeba Histolytica und Campylobacter spp. Fünf Ziele (Vibrio Parahaemolyticus, Vibrio Vulnificus, Plesiomonas Shigelloides, Cyclospora cayetanensis, STEC O157) zeigten auf beiden Plattformen niedrige Erkennungsraten.

Kühlsysteme, insbesondere offene Wassersysteme, unterstützen das Wachstum vieler Mikroorganismen und Biofilme. Wenn diese nicht kontrolliert werden, führen sie zu schwerwiegenden Nebenwirkungen. Die Kontamination kann durch optimierte Wasseraufbereitungsprogramme kontrolliert werden, die aus wirksamen mikrobiologischen Überwachungs-, Test- und Kontrollstrategien bestehen. Hier führten wir eine umfassende Analyse zweier fortschrittlicher Plattformen zum Nachweis von Mikroorganismen einschließlich Enteroviren durch. Unsere Analysen zeigten, dass die QIAstat-Dx-Plattform beim Nachweis von durch Wasser übertragenen Krankheitserregern dreifach wirksamer ist als die Luminex 200 und dass die aktuellen Desinfektionsverfahren in KSA bei der Entfernung dieser Mikroorganismen wirksam zu sein scheinen. Wir bieten daher die erste systematische Analyse dieser beiden molekularen Nachweismethoden in behandelten Wasserproben in KSA an.

Krankheitsausbrüche in Kühltürmen haben zu Todesfällen geführt, vor allem aufgrund unzureichender Wasser- und Chemikalienaufbereitung. Klebsiella sp. sind natürliche Bewohner sanitärer Wassersysteme, die sich unter nährstoffreichen Bedingungen vermehren können. Ihre Aufnahme oder Übertragung durch kontaminierte Aerosole kann insbesondere bei immungeschwächten Personen zu einer Lungenentzündung führen. Abwasserbehandlungspläne für pathogene menschliche Viren können entwickelt werden, diese hängen jedoch vom geografischen Gebiet und der Art des in der Bevölkerung zirkulierenden Virus ab. Obwohl primäre und sekundäre Behandlungsverfahren die Virustiter reduzieren können, sind sie nicht speziell für diesen Zweck konzipiert. Tertiäre Behandlungen, einschließlich Filtration, Membrantechnologie und UV-Lichtsysteme, werden häufig als Ansatz mit mehreren Barrieren eingesetzt. Das Risiko für die Bevölkerung durch virustragende Aerosole ist derzeit theoretisch, es wurde kein veröffentlichter Ausbruch gemeldet. Darüber hinaus vermehren sich Viren nicht außerhalb ihres Wirts und ihr Schicksal hängt von einer Reihe von Umweltfaktoren ab, darunter Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Sonnenlicht. Es ist jedoch anerkannt, dass Darmviren, einschließlich Rotaviren und Adenoviren, bei der Bewässerung von Landschaften in nicht gesperrten Gebieten ein Risiko für die menschliche Gesundheit darstellen. Ein Schlüssel zu einer wirksamen Überwachung ist das Vertrauen in die Isolierungsverfahren, die zur Untersuchung von durch Wasser übertragenen Krankheitserregern eingesetzt werden. Nach zwei Ultrazentrifugationsrunden beobachteten wir in allen untersuchten Wasserproben eine maximale Viruswiederherstellung. Die Konzentration der Wasserproben führte zu Wiederfindungsraten von 59,34 % auf der QIAstat-Dx-Plattform im Vergleich zu 6,2 % auf der Luminex 200-Plattform, was erneut die überlegene Leistung des Systems unterstreicht. Wir heben daher sowohl die optimalen Isolierungs- als auch Analyseverfahren hervor, um die Viruswiederherstellung zu maximieren und eine genaue Probenanalyse sicherzustellen.

Durch den Einsatz primärer Biozide wie Natriumhypochlorit, einer beliebten Desinfektionsmethode, gelingt es nicht, Viren isoliert aus behandelten Abwässern wirksam zu entfernen, wobei häufig mehrere Barrierenansätze erforderlich sind, um das Risiko wirksam zu kontrollieren. Kühlsysteme bieten eine Umgebung, in der sich Mikroorganismen wie Protozoen, Algen, Pilze und Bakterien, einschließlich Legionellen und Klebsiellen, vermehren können. Die Exposition des Menschen durch Bioaerosole hängt mit der „Abdrift“ durch die integrierten Tropfenabscheider, der „Luftströmung“ direkt vom Kühlturmbecken und der diffusen Exposition aufgrund struktureller Undichtigkeiten zusammen. Wenn die Wassertemperaturen zwischen 20 und 50 °C (68–122 °F) liegen, besteht in Kühltürmen das Potenzial für mikrobiologisches Wachstum. Daher sind Wasseraufbereitung, Betriebskontrolle und Wartungspraktiken erforderlich. Auch bei geeigneter Konstruktion können Wassertröpfchen, die klein genug sind, um eingeatmet zu werden (d. h. < 5 μm im Durchmesser), den Tropfenabscheider verlassen9,10,11. Das Ergebnis einer Pilotstudie zeigte, dass TSE eine praktikable Alternative zu Grundwasser für industrielle Kühlsysteme mit potenziell weltweitem Einsatz darstellt. Das mikrobiologische Wachstum im Kühlturm kann durch die kontinuierliche Desinfektion des Umlaufwassers unter Verwendung von 12,5 % Natriumhypochlorit als primärem Biozid kontrolliert werden. Umfassende Wasseraufbereitungssysteme, einschließlich robuster Betriebsabläufe, fortschrittlicher Virentesttechnologien und fortlaufender Steuerung und Überwachung durch einen qualifizierten Spezialisten, sind für die Bewältigung und Kontrolle schädlicher Risiken für die menschliche Gesundheit von entscheidender Bedeutung. Um den breiten Einsatz von TSEs in Kühlturmsystemen zu ermöglichen, ist die Bestimmung der Wirksamkeit von Desinfektions- und nichtoxidierenden Biozidbehandlungen erforderlich. Unsere Analyse schafft Vertrauen in die aktuellen Desinfektionsverfahren in KSA zur Entfernung solcher Krankheitserreger.

Diese Pilotstudie bietet die erste systematische Analyse von zwei molekularen Nachweismethoden zur Beurteilung des Vorhandenseins von Gastroenteritis-assoziierten Krankheitserregern in behandelten Wasserproben aus Kühltürmen. Wir zeigen, dass aktuelle Abwasseraufbereitungsprotokolle virale Krankheitserreger effizient beseitigen können und empfehlen Multiplex-PCR (QIAstat-Dx) als empfindlichste Nachweistechnologie.

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel [und seinen ergänzenden Informationsdateien] enthalten.

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Wir danken dem Forschungszentrum des King Faisal Specialist Hospital & Research Center für die wissenschaftliche Unterstützung und Zusammenarbeit. Wir möchten den Ingenieuren vor Ort für ihre Hilfe bei der Probenentnahme für diese Studie danken.

Dieses Projekt wurde von der Saudi Arabian Oil Company finanziert.

Environmental Health Unit, Workplace Environment Division, Environmental Protection, Saudi Aramco, Al-Midra Tower, 9. Stock, Dhahran, Saudi-Arabien

Fawaz A. Al-Wohaib & Hassan Al-Zain

Forschungsabteilung für immungeschwächte Wirte, Abteilung für Infektion und Immunität, King Faisal Specialist Hospital and Research Centre, Riad, Saudi-Arabien

Ibtihaj Al-Sharif, Donna Murad, Layla Al-Harbi und Maha Al-Mozaini

Abteilung für klinische Laborwissenschaften, Hochschule für angewandte medizinische Wissenschaften, King Saud University, Riad, Saudi-Arabien

Maha Al-Mozaini

College of Medicine, Alfaisal University, Riad, Saudi-Arabien

Maha Al-Mozaini

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Konzeptualisierung, FW und MM; Methodik, IA und MM; formale Analyse, LA, DM und HZ; Untersuchung, MM; Datenkuration, FW und HZ; Schreiben – Originalentwurfsvorbereitung, MM; Schreiben – Rezension und Bearbeitung, FW, HZ und MM; Aufsicht, MM; Projektadministration, FW; Finanzierungseinwerbung, MM Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und sind damit einverstanden.

Korrespondenz mit Maha Al-Mozaini.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Al-Wohaib, FA, Al-Sharif, I., Al-Zain, H. et al. Evaluierung von zwei molekularen Nachweisplattformen für Gastroenteritis-Erreger in aufbereitetem Abwasser in der östlichen Provinz Saudi-Arabiens. Sci Rep 12, 21744 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-25702-4

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Eingegangen: 18. Mai 2022

Angenommen: 02. Dezember 2022

Veröffentlicht: 16. Dezember 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-25702-4

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