Auf dem Weg in eine Zukunft, in der Pandemien verhindert werden können
Ein von Unternehmen gefördertes Forschungsprogramm wurde in Zusammenarbeit mit der Universität Tokio und Shionogi eingerichtet.

Die Shimadzu-Gruppe entwickelt innovative Lösungen für verschiedene Infektionskrankheiten. Shimadzu arbeitet zudem in diversen Kooperationsprojekten mit Regierungsstellen, Hochschulen und Unternehmen zusammen, um diese Lösungen schneller und breiter in der Gesellschaft zu etablieren. Im Folgenden wird ein solches Projekt beschrieben.

Epidemiologische Untersuchungen von Abwasser zur Früherkennung von Infektionskrankheitsepidemien

Seit dem Ausbruch des SARS-CoV-2-Coronavirus beschäftigen sich Forscher weltweit mit einer Vielzahl von Forschungsarbeiten zu Infektionskrankheiten. Ein Projekt, das besonderes Interesse weckt, ist die epidemiologische Untersuchung von Abwasser (Abwasserüberwachung).

Die epidemiologische Untersuchung von Abwasser ist eine Technologie zur Bestimmung des Status von Infektionsepidemien durch die Analyse der im Abwasser bestimmter Städte oder Einrichtungen vorhandenen Krankheitserreger. Sie weist Krankheitserreger im Stuhl von mit einem Coronavirus infizierten Personen nach, bevor diese Symptome entwickeln. Durch die Untersuchung des Abwassers kann somit der Infektionsstatus einzelner Einrichtungen überwacht werden, um den Verlauf von Epidemien zu beurteilen oder festzustellen, ob Epidemien abklingen.

Da die Untersuchung von Abwasser keine Proben von Personen wie bei PCR-Tests erfordert, was die Belastung für Einzelpersonen verringert und es ermöglicht, eine ganze Gruppe auf einmal zu testen, wird sie als Methode der nächsten Generation zur Erfassung des Infektionsstatus und zur Umsetzung von Gegenmaßnahmen angesehen.

Installation einer Abwassersammelvorrichtung in einem Schacht (Quelle: Shimadzu Techno-Research)

In Europa und den Vereinigten Staaten werden die Ergebnisse epidemiologischer Abwasseruntersuchungen bereits zur Früherkennung von Epidemien und zur Beurteilung ihres Abklingens genutzt. Japan und andere asiatische Länder befinden sich hingegen noch in der Studien- und Forschungsphase, um eine breite gesellschaftliche Anwendung vorzubereiten. In Japan werden derzeit Systeme und Richtlinien für die Abwasseruntersuchung entwickelt, um eine möglichst rasche und flächendeckende Einführung zu erreichen.

Ziel ist die Schaffung einer Grundlage für internationale Zusammenarbeit durch Kooperation zwischen Industrie und Wissenschaft

Zu den Referenten der Präsentation gehörten (von links) Projektprofessor Kitajima, Professor Katayama, Innovationsstipendiat Kobayashi, Professor Kato (Dekan der Fakultät für Ingenieurwissenschaften), Shimadzu Managing Executive Officer Matoba und Direktor Takizawa.

Im April 2024 gründeten die Graduiertenschule für Ingenieurwissenschaften der Universität Tokio (im Folgenden „Universität Tokio“), Shionogi & Co., Ltd. und die Shimadzu Corporation ein unternehmensfinanziertes Forschungsprogramm mit dem Titel „Internationale Abwasser-Epidemiologie“. Die Zusammenarbeit zwischen Unternehmen der Privatwirtschaft und der Universität zielt darauf ab, die Forschung und die Machbarkeitsprüfung zu beschleunigen, um eine möglichst schnelle breite Anwendung der Technologie in der Gesellschaft zu gewährleisten.

Die von Projektprofessor Kitajima entwickelte EPISENS-S-Methode beinhaltet die Entnahme von Feststoffsedimenten aus zentrifugierten Abwasserproben, die Extraktion von RNA, eine Reverse-Transkriptions-Präamplifikationsreaktion und die anschließende Messung der Virus-RNA-Konzentration mittels quantitativer PCR. Die verbesserte EPISENS-M-Methode bietet im Vergleich zur EPISENS-S-Methode eine höhere Zuverlässigkeit und Sensitivität beim Nachweis von Virus-RNA in Abwasser. Dies wird durch den Wechsel von der zentrifugalen Trennung des Abwassers zu einer Filtration mit negativ geladenen Membranen erreicht.

Im neuen Programm werden diese und weitere Technologien eingesetzt, um die Machbarkeit des Systems zu validieren. Neben der Untersuchung von Abwässern einzelner Einrichtungen wie Kläranlagen, Krankenhäusern und Pflegeheimen wird das System auch zur Analyse von Abwässern von Flughäfen und Passagierflugzeugen verwendet. Die Fähigkeit, Viren bei asymptomatischen Personen nachzuweisen, ermöglicht die Bestimmung des Infektionsstatus einige Tage bis sieben Tage vor dem Auftreten von Symptomen. Das System trägt außerdem zu einer schnelleren Umsetzung von Grenzkontrollmaßnahmen bei, beispielsweise durch die Ausgabe von Warnungen und Notfallanordnungen, bevor eingeschleppte Krankheitserreger in Japan eine Epidemie auslösen können. Um für die prognostizierten, unvermeidlichen zukünftigen Pandemien gerüstet zu sein, beabsichtigen wir zudem, ein internationales Kooperationssystem zum Informationsaustausch zwischen allen Ländern aufzubauen. Darüber hinaus engagieren wir uns für die Entwicklung einer japanischen Normung für epidemiologische Abwasseruntersuchungen und die damit verbundene Etablierung eines internationalen Standards für epidemiologische Abwasseruntersuchungen.

Kommentar des Projektleiters bei Shimadzu