Schweres akutes respiratorisches Syndrom, bekannt als COVID-19 – verursacht durch das SARS-CoV-2-Virus –, verbreitet sich bekanntermaßen über Tröpfcheninfektion und engen Kontakt.[1] Die Belastung durch COVID-19 war in der Lombardei und der Po-Ebene (Norditalien) extrem hoch,[2] einer Region mit hoher Feinstaubbelastung, die bekanntermaßen negative Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit hat.[3] Regionale Zahlen für Italien vom 12. April zeigen, dass etwa 30 % der aktuell positiv Getesteten in der Lombardei leben (etwa 40 %, wenn man alle seit Beginn der Epidemie bestätigten Fälle betrachtet), gefolgt von Emilia-Romagna (13,5 %), Piemont (10,5 %) und Venetien (10 %).[2] Diese vier Regionen der Po-Ebene verzeichnen 80 % aller in Italien registrierten Todesfälle und 65 % der Aufnahmen auf Intensivstationen.[2]
Eine Studie der Harvard School of Public Health scheint einen Zusammenhang zwischen erhöhten Feinstaubkonzentrationen und der Sterblichkeitsrate durch COVID-19 in den USA zu bestätigen[4]. In früheren Veröffentlichungen haben wir die Hypothese aufgestellt, dass das SARS-CoV-2-Virus während der Ausbreitung der Infektion auf Feinstaubpartikeln (PM) vorhanden sein könnte[5,6], was mit bereits vorliegenden Erkenntnissen übereinstimmt.
verfügbar für andere Viren.[7-15] Allerdings ist das Thema des mit Feinstaub assoziierten Mikrobioms in der Luft, insbesondere in städtischen Umgebungen, nach wie vor weitgehend unerforscht,[16] und – bis heute – hat noch niemand experimentelle Studien durchgeführt, die speziell darauf abzielen, das Vorhandensein von SARS-CoV-2 auf Feinstaub zu bestätigen oder auszuschließen.
Hier präsentieren wir die ersten Ergebnisse der Analysen, die wir an 34 PM10-Proben von PM10 in der Außenluft von einem Industriestandort in der Provinz Bergamo durchgeführt haben. Die Proben wurden über einen Zeitraum von drei Wochen, vom 21. Februar bis zum 13. März, mit zwei verschiedenen Luftprobenahmegeräten gesammelt.
Gemäß der von Pan et al. im Jahr 2019 beschriebenen Methodik (zur Sammlung, Partikelgrößenbestimmung und zum Nachweis luftgetragener Viren)[17] wurden PM-Proben auf Quarzfaserfiltern mit einem gravimetrischen Niedrigvolumen-Luftprobenehmer (38,3 l/min über 23 h) gesammelt, der der Referenzmethode EN 12341:2014 für die PM10-Überwachung entspricht. Die Partikel wurden mit einer typischen Reinheit von 99,9 % auf den Filtern zurückgehalten.Die Aerosolprobe wurde ordnungsgemäß gelagert und an das Labor für Angewandte und Vergleichende Genomik der Universität Triest geliefert. Aufgrund des „Umwelt“-Charakters der Probe, die vermutlich reich an Inhibitoren der DNA-Polymerasen war, extrahierten wir die RNA mithilfe des Quick RNA-Kits für fäkale Bodenmikroben, das an den Filtertyp angepasst war.[18] Die Filterhälfte wurde so gerollt, dass die Oberseite nach innen zeigte.Die Proben wurden zusammen mit den im Kit enthaltenen Beads in ein 5-ml-Polypropylenröhrchen gegeben. Aus dem anfänglichen 1 ml Lysepuffer konnten wir ca. 400 µl Lösung gewinnen, die anschließend gemäß Standardprotokollen weiterverarbeitet wurde. Das resultierende Eluat betrug 15 µl. Davon wurden 5 µl für den SARS-CoV-2-Test verwendet. Aufgrund der besonderen Herkunft der Probe wurde der qScript XLT 1-Step RT-qPCR ToughMix eingesetzt [19]. Die Amplifikation erfolgte gemäß dem von Corman et al. entwickelten und auf der WHO-Website veröffentlichten Protokoll [20].
Der Test diente explizit dem Nachweis oder Ausschluss von SARS-CoV-2-RNA auf Partikeln. Die erste Analyse nutzte das „E-Gen“ als molekularen Marker und lieferte auf 15 von 16 Filtern ein beeindruckendes positives Ergebnis, obwohl der Ct-Wert erwartungsgemäß zwischen 36 und 38 Zyklen lag.
Anschließend haben wir die Analyse an 6 der positiven Filter (die bereits positiv auf das „E-Gen“ getestet wurden) mit dem „RtDR-Gen“ als molekularem Marker – der hochspezifisch für SARS-CoV-2 ist – wiederholt und dabei 5 signifikante positive Ergebnisse erzielt; Kontrolltests zum Ausschluss falsch positiver Ergebnisse wurden ebenfalls erfolgreich durchgeführt (Abb. 1).
Um den Mangel an Probenmaterial zu vermeiden, wurden die verbleibenden extrahierten RNAs an das örtliche Universitätsklinikum (eines der von der italienischen Regierung für SARS-CoV-2-Diagnostik autorisierten klinischen Zentren) geliefert, um einen zweiten parallelen Blindtest durchzuführen. Dieses zweite klinische Labor testete 34 RNA-Extraktionen auf die Gene E, N und RdRP und berichtete über 7 positive Ergebnisse für mindestens eines der drei Marker-Gene. Die Positivität wurde für alle drei Marker separat bestätigt (Abb. 2). Aufgrund der Art der Probe und der Tatsache, dass die Probenahme nicht zu klinischen Diagnosezwecken, sondern für Umweltverschmutzungsuntersuchungen erfolgte (auch unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Filter mindestens vier Wochen vor den molekulargenetischen Analysen gelagert wurden), …Als Folge des italienischen Lockdowns konnten wir das Vorhandensein von SARS-CoV-2-Virus-RNA durch den Nachweis des hochspezifischen „RtDR-Gens“ auf acht Filtern bestätigen. Aufgrund fehlenden zusätzlichen Materials von den Filtern war es uns jedoch nicht möglich, genügend Tests zu wiederholen, um für alle drei molekularen Marker gleichzeitig ein positives Ergebnis zu erzielen.
Dies ist ein erster vorläufiger Hinweis darauf, dass SARS-CoV-2-RNA auf Feinstaubpartikeln im Freien vorhanden sein kann. Dies deutet darauf hin, dass SARS-CoV-2 unter Bedingungen stabiler Atmosphäre und hoher Feinstaubkonzentrationen Cluster mit Feinstaubpartikeln bilden und – durch die Verringerung ihres Diffusionskoeffizienten – die Persistenz des Virus in der Atmosphäre erhöhen könnte. Weitere Bestätigungen dieser vorläufigen Ergebnisse sind erforderlich.Die Beweisführung läuft noch und sollte eine Echtzeitbewertung der Vitalität und Virulenz von SARS-CoV-2 nach Adsorption an Feinstaub umfassen. Derzeit lassen sich keine Annahmen über einen Zusammenhang zwischen dem Vorhandensein des Virus auf Feinstaub und dem Verlauf des COVID-19-Ausbruchs treffen. Weitere zu untersuchende Aspekte sind die durchschnittlichen Feinstaubkonzentrationen.erforderlich für einen potenziellen „Boost-Effekt“ der Ansteckung (falls sich bestätigt, dass PM als „Träger“ für die viralen Tröpfchenkerne fungieren könnte) oder sogar für die theoretische Möglichkeit einer Immunisierung infolge minimaler Dosisbelastungen bei niedrigeren PM-Schwellenwerten.
Abb. 1 Amplifikationskurven der E- (A) und RdRP-Gene (B): grüne Linien stellen getestete Filter dar; gekreuzte Linienstellt die Extraktionen der Referenzfilter dar; rote Linien stellen die Amplifikation der positiven Proben dar.
Abb. 2. Positive Ergebnisse (mit X gekennzeichnet) für die Gene E, N und RdRP, die für alle 34 PM10-Proben erzielt wurden.Filter, die in den zweiten parallelen Analysen getestet wurden.
Leonardo Setti1, Fabrizio Passarini2, Gianluigi De Gennaro3, Pierluigi Barbieri4, Maria Grazia Perrone5, Massimo Borelli6, Jolanda Palmisani3, Alessia Di Gilio3, Valentina Torboli6, Alberto Pallavicini6, Maurizio Ruscio7, Prisco Piscitelli8, Alessandro Miani8,9
1. Abteilung für Industrielle Chemie, Universität Bologna, Viale del Risorgimento – 4, I-40136, Bologna, Italien
e-mail: leonardo.setti@unibo.it
2. Interdisziplinäres Zentrum für Industrieforschung „Erneuerbare Energien, Umwelt, Blaues Wachstum, Energie“,
University of Bologna, Rimini, Italy e-mail: fabrizio.passarini@unibo.it
3. Fachbereich Biologie, Universität „Aldo Moro“ Bari, Bari, Italien
e-mail: gianluigi.degennaro@uniba.it; alessia.digilio@uniba.it; jolanda.palmisani@uniba.it
4. Institut für Chemische und Pharmazeutische Wissenschaften, Universität Triest, Triest, Italien
e-mail: barbierp@units.it
5. Abteilung für Umweltforschung, TCR TECORA, Mailand, Italien
e-mail: mariagrazia.perrone@tcrtecora.com
6. Fachbereich Lebenswissenschaften – Universität Triest, Triest, Italien
e-mail: borelli@units.it; torboli@units.it; pallavic@units.it
7. Abteilung für Labormedizin, Universitätsklinikum Giuliano Isontina (ASU GI), Triest, Italien
email: maurizio.ruscio@asugi.sanita.fvg.it
8. Italienische Gesellschaft für Umweltmedizin (SIMA), Mailand, Italien
e-mail: priscofreedom@hotmail.com; alessandro.miani@unimi.it
9. Abteilung für Umweltwissenschaften und Politik, Universität Mailand, Mailand, Italien
e-mail: priscofreedom@hotmail.com; alessandro.miani@unimi.it
Korrespondierender Autor:
Leonardo Setti, Department of Industrial Chemistry, University of Bologna Viale del Risorgimento 4, 40136, Bologna, Italy; e-mail: leonardo.setti@unibo.it
Referenzen
1. Weltgesundheitsorganisation, Übertragungswege des COVID-19-Virus: Auswirkungen auf Empfehlungen zu Infektionspräventionsmaßnahmen, Wissenschaftlicher Bericht; verfügbar unter: https://www.who.int/newsroom/commentaries/detail/modes-of-transmission-of-virus-causing-covid-19-implications-for-ipcprecaution-recommendations (29. März 2020)
2. Italienisches Gesundheitsministerium, täglicher Bericht zum Covid-19-Ausbruch in Italien, abrufbar unter http://www.salute.gov.it/imgs/C_17_notizie_4451_0_file.pdf
3. Europäische Umweltagentur (EEA), Bericht zur Luftqualität in Europa 2019; Nr. 10/2019; Europäische Umweltagentur: Kopenhagen, Dänemark, abrufbar unter: https://www.eea.europa.eu/publications/airquality-in-europe-2019
4. Xiao Wu, Rachel C. Nethery, M. Benjamin Sabath, Danielle Braun, Francesca Dominici, Exposition gegenüber Luftverschmutzung und COVID-19-Mortalität in den Vereinigten Staaten, verfügbar unter: https://projects.iq.harvard.edu/files/covid-pm/files/pm_and_covid_mortality.pdf
5. Italienische Gesellschaft für Umweltmedizin (SIMA), Positionspapier Feinstaub und COVID-19,
Verfügbar unter: http://www.simaonlus.it/wpsima/wp-content/uploads/2020/03/COVID_19_positionpaper_ENG.pdf
6. Setti L., Passarini F., De Gennaro G., Barbieri P., Perrone MG, Piazzalunga A., Borelli M., Palmisani J., Di Gilio A, Piscitelli P, Miani A., Is there a Plausible Role for Particulate Matter in the spreading of COVID-19 in Northern Italy?, BMJ Rapid Responses, 8. April 2020, verfügbar unter: https://www.bmj.com/content/368/bmj.m1103/rapid-responses
7. Sedlmaier, N., Hoppenheidt, K., Krist, H., Lehmann, S., Lang, H., Buttner, M. Entstehung von mit aviären Influenzaviren (AIV) kontaminierten fäkalen Feinstaubpartikeln (PM2,5): Genom- und Infektiositätsnachweis und Berechnung der Immission. Veterinary Microbiology. 139, 156-164 (2009)
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18. Zymoresearch Ltd., Produktbeschreibung, verfügbar unter: https://www.zymoresearch.com/products/quick-rnafecal-soil-microbe microprep-kit
19. Quantabio Ltd, Produktbeschreibung, verfügbar unter: https://www.quantabio.com/qscript-xlt-1-steprt-qpcr-toughmix
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Nachweis des neuartigen Coronavirus 2019 (2019-nCoV) mittels Echtzeit-RT-PCR. Eurosurveillance, 25(3), verfügbar unter: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6988269/
Original: https://doi.org/10.1101/2020.04.15.20065995
Veröffentlichungsdatum: 18. April 2020
