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Wastewater Surveillance for Carbapenem-Resistant Organism Outbreak Prediction in a Chinese Tertiary Hospital (WW-CRO-PREDICT)

1 de septiembre de 2026 actualizado por: Peking Union Medical College Hospital

Longitudinal Wastewater Monitoring of Antimicrobial Resistance Genes Across Functional Hospital Areas and Its Association With Clinical Carbapenem-Resistant Organism Infections: A Prospective Observational Cohort Study

Carbapenem-resistant organisms (CRO) pose a critical threat to global public health, and hospitals serve as major epicenters for their emergence and spread. Traditional clinical infection surveillance often detects CRO outbreaks only after infections have already occurred, missing the window for early intervention. Wastewater-based epidemiology has demonstrated its early warning potential during the COVID-19 pandemic and is increasingly recognized as a promising tool for antimicrobial resistance surveillance.

Our preliminary 22-day pilot study at Peking Union Medical College Hospital revealed two distinct antimicrobial resistance gene (ARG) dynamics patterns across different hospital areas: the Internal Medicine Ward exhibited a "chronic resistance background" with persistently high abundance of carbapenemase genes (IMP/GES types >5,000 ppm), while the Emergency/Fever Clinic showed "acute pulse outbreaks" characterized by transient 50- to 200-fold surges of mcr-3 and QnrVC genes. These findings suggest that hospital functional areas have fundamentally different ARG profiles with unique temporal signatures.

This prospective observational cohort study aims to establish a wastewater-based early warning system for hospital-acquired CRO outbreaks by conducting longitudinal monitoring across four key functional areas: Outpatient Building, Internal Medicine Ward, Surgical Ward, and Emergency/Fever Clinic at Peking Union Medical College Hospital over a 6- to 9-month period. Twenty-four-hour flow-proportional composite wastewater samples will be collected daily using automatic samplers. Laboratory analyses include ARG large-panel testing (300+ subtypes, daily), metagenomic sequencing (weekly, plus pulse-triggered intensified sampling), and viable bacterial culture with whole-genome sequencing of key isolates.

Concurrently, we will collect de-identified clinical CRO isolates and antibiotic consumption data (Defined Daily Doses) from the corresponding hospital buildings. Multidimensional association analyses will be performed using cross-correlation function analysis, Granger causality tests, and cgMLST-based genomic comparisons to determine the lead time of wastewater ARG signals ahead of clinical CRO diagnoses and to provide direct evidence of clonal homology between wastewater and clinical isolates. An early warning model will be constructed using dynamic thresholds (moving average + 2SD/3SD) and machine learning algorithms.

This study integrates environmental, clinical, and pharmaceutical data following the One Health framework. By establishing a replicable building-level wastewater resistome surveillance protocol, this research is expected to provide hospitals with a proactive tool for early CRO outbreak detection, enabling timely infection prevention and control measures. All clinical data will be de-identified, and the study has been designed to pose no greater than minimal risk to patients, with a waiver of informed consent sought in accordance with relevant ethical regulations.

Descripción general del estudio

Estado

Aún no reclutando

Condiciones

Tipo de estudio

De observación

Inscripción (Estimado)

720

Contactos y Ubicaciones

Esta sección proporciona los datos de contacto de quienes realizan el estudio e información sobre dónde se lleva a cabo este estudio.

Estudio Contacto

  • Nombre: yuda fei, Dr
  • Número de teléfono: +86 18501360830
  • Correo electrónico: fei_yuda@!63.com

Ubicaciones de estudio

    • Beijing Municipality
      • Beijing, Beijing Municipality, Porcelana, 100730
        • Peking Union Medical College Hospital
        • Contacto:
          • yuda fei, Dr
          • Número de teléfono: +86 18501360830
          • Correo electrónico: fei_yuda@163.com

Criterios de participación

Los investigadores buscan personas que se ajusten a una determinada descripción, denominada criterio de elegibilidad. Algunos ejemplos de estos criterios son el estado de salud general de una persona o tratamientos previos.

Criterio de elegibilidad

Edades elegibles para estudiar

  • Niño
  • Adulto
  • Adulto Mayor

Acepta Voluntarios Saludables

No

Método de muestreo

Muestra no probabilística

Población de estudio

Environmental samples: 24-hour composite wastewater samples from 4 designated sewer manholes (Outpatient Building, Internal Medicine Ward, Surgical Ward, Emergency/Fever Clinic) at Peking Union Medical College Hospital.

Clinical data: De-identified CRO-positive culture results from patients treated in the above 4 hospital buildings during the study period.

Descripción

Inclusion Criteria:

  • Wastewater samples collected from the four designated sampling sites (Outpatient Building, Internal Medicine Ward, Surgical Ward, and Emergency/Fever Clinic).
  • 24-hour composite samples collected using automatic samplers following the flow-proportional mixing protocol.
  • Clinical data: Patients with laboratory-confirmed CRO infection (carbapenem-resistant Enterobacterales, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii, etc.) from the above 4 hospital buildings during the study period.

Clinical data de-identified at the time of extraction.

Exclusion Criteria:

  • Wastewater samples from sites other than the four designated locations.
  • Samples contaminated or degraded during collection, transport, or storage.
  • Clinical data: CRO-positive results indicating colonization rather than infection.
  • Clinical data with incomplete key information (species, specimen source, date of detection, or department/location).

Plan de estudios

Esta sección proporciona detalles del plan de estudio, incluido cómo está diseñado el estudio y qué mide el estudio.

¿Cómo está diseñado el estudio?

Detalles de diseño

Cohortes e Intervenciones

Grupo / Cohorte
Outpatient Building
Community reference, non-hospitalized medical area
Internal Medicine Ward
Chronic high-resistance background area
Surgical Ward
Surgical prophylactic antibiotic use area
Emergency
Acute pulse outbreak sentinel area

¿Qué mide el estudio?

Medidas de resultado primarias

Medida de resultado
Medida Descripción
Periodo de tiempo
Wastewater Antimicrobial Resistance Gene (ARG) Abundance
Periodo de tiempo: Daily for 6-9 months
Abundance of 300+ ARG subtypes (including carbapenemase genes blaIMP, blaGES, blaKPC, blaNDM, blaOXA; colistin resistance gene mcr-3; quinolone resistance gene QnrVC) measured in copies per million 16S rRNA reads (ppm) from 24-hour composite wastewater samples collected at 4 hospital sites
Daily for 6-9 months
Whole-Genome Sequences of Clinical CRO Isolates
Periodo de tiempo: Clinical CRO isolates (50-80 selected strains) from each building during the study period
Clinical CRO isolates (50-80 selected strains) from each building during the study period are subjected to whole-genome sequencing (≥50× coverage). cgMLST typing, ARG annotation (AMRFinderPlus), and phylogenetic analysis are performed for clonal homology comparison with wastewater isolates.
Clinical CRO isolates (50-80 selected strains) from each building during the study period

Colaboradores e Investigadores

Aquí es donde encontrará personas y organizaciones involucradas en este estudio.

Patrocinador

Investigadores

  • Investigador principal: bin du, Dr, Peking Union Medical College Hospital

Publicaciones y enlaces útiles

La persona responsable de ingresar información sobre el estudio proporciona voluntariamente estas publicaciones. Estos pueden ser sobre cualquier cosa relacionada con el estudio.

Fechas de registro del estudio

Estas fechas rastrean el progreso del registro del estudio y los envíos de resultados resumidos a ClinicalTrials.gov. Los registros del estudio y los resultados informados son revisados ​​por la Biblioteca Nacional de Medicina (NLM) para asegurarse de que cumplan con los estándares de control de calidad específicos antes de publicarlos en el sitio web público.

Fechas importantes del estudio

Inicio del estudio (Estimado)

1 de septiembre de 2026

Finalización primaria (Estimado)

1 de septiembre de 2028

Finalización del estudio (Estimado)

1 de septiembre de 2028

Fechas de registro del estudio

Enviado por primera vez

1 de septiembre de 2026

Primero enviado que cumplió con los criterios de control de calidad

1 de septiembre de 2026

Publicado por primera vez (Actual)

4 de septiembre de 2026

Actualizaciones de registros de estudio

Última actualización publicada (Actual)

4 de septiembre de 2026

Última actualización enviada que cumplió con los criterios de control de calidad

1 de septiembre de 2026

Última verificación

1 de septiembre de 2026

Más información

Términos relacionados con este estudio

Otros números de identificación del estudio

  • PUMCH-WW-ARG-2026
  • 01050010 (Otro número de subvención/financiamiento: Peking Union Medical Foundation)

Plan de datos de participantes individuales (IPD)

¿Planea compartir datos de participantes individuales (IPD)?

SÍ

Descripción del plan IPD

De-identified metagenomic and whole-genome sequencing data will be submitted to NCBI Sequence Read Archive upon study completion, in accordance with journal requirements and data sharing policies

Marco de tiempo para compartir IPD

upon study completion

Tipo de información de apoyo para compartir IPD

  • PROTOCOLO DE ESTUDIO
  • SAVIA
  • RSC

Información sobre medicamentos y dispositivos, documentos del estudio

Estudia un producto farmacéutico regulado por la FDA de EE. UU.

No

Estudia un producto de dispositivo regulado por la FDA de EE. UU.

No

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