Predicting COVID-19 case counts using SARS-CoV-2 genetic diversity from wastewater
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Wastewater monitoring is a promising, cost-effective method for pathogen surveillance, particularly when individual patient testing is limited. A typical approach is to estimate viral concentrations using PCR-based quantification of viral nucleic acids. This approach has been successfully used during the ongoing COVID-19 pandemic to track, and even predict, waves of infection in a community. Although simple in principle, PCR-based quantification can be noisy and susceptible to false-negatives when mutations interrupt primer binding sites. Here we compare PCR-based quantification to whole-genome sequencing of SARS-CoV-2 to predict the number of positive COVID-19 cases in a local region. To do so, we calculate a simple population genetic metric as a proxy for population expansion: the number of polymorphic nucleotide sites in the viral genome, referred to as the number of segregating sites. We show that the number of segregating sites is predictive of COVID-19 case counts from up to 5-8 days prior, in 6 out of 10 wastewater sampling locations across the province of Quebec, Canada tracked over a mean period of ∼280 days. By contrast, PCR-based viral concentrations were not significantly predictive at any sampling location in Quebec. In an independent Swiss wastewater dataset sampled over a similar duration, both segregating sites and PCR-based quantification were predictive of future case counts in 5 out of 6 locations. Together, these results suggest that PCR-based approaches may be more sensitive to region-specific differences in sampling frequency and quality, whereas sequencing-based approaches may be more robust leading indicators of infection counts. Importance Wastewater monitoring of pathogens is an increasingly important part of the epidemiological surveillance toolkit. It typically involves quantifying pathogens in wastewater by PCR, an approach that is relatively simple but can be noisy and prone to false-negatives. Here we explore an alternative approach, based on quantifying viral genetic diversity by whole-genome sequencing SARS-CoV-2 from wastewater. Using wastewater samples from Quebec and Switzerland, we show that a simple metric of genetic diversity (which tracks with population expansion and does not require any pre-defined database of viral variants) is predictive of COVID-19 case counts about a week in advance, in a majority of sampled locations. While sequencing may be more costly and labor-intensive than PCR, it provides a robust and informative tool for wastewater-based epidemiology.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».