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

1 settembre 2026 aggiornato da: 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.

Panoramica dello studio

Stato

Non ancora reclutamento

Condizioni

Tipo di studio

Osservativo

Iscrizione (Stimato)

720

Contatti e Sedi

Questa sezione fornisce i recapiti di coloro che conducono lo studio e informazioni su dove viene condotto lo studio.

Contatto studio

  • Nome: yuda fei, Dr
  • Numero di telefono: +86 18501360830
  • Email: fei_yuda@!63.com

Luoghi di studio

    • Beijing Municipality
      • Beijing, Beijing Municipality, Cina, 100730
        • Peking Union Medical College Hospital
        • Contatto:

Criteri di partecipazione

I ricercatori cercano persone che corrispondano a una certa descrizione, chiamata criteri di ammissibilità. Alcuni esempi di questi criteri sono le condizioni generali di salute di una persona o trattamenti precedenti.

Criteri di ammissibilità

Età idonea allo studio

  • Bambino
  • Adulto
  • Adulto più anziano

Accetta volontari sani

No

Metodo di campionamento

Campione non probabilistico

Popolazione di studio

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.

Descrizione

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).

Piano di studio

Questa sezione fornisce i dettagli del piano di studio, compreso il modo in cui lo studio è progettato e ciò che lo studio sta misurando.

Come è strutturato lo studio?

Dettagli di progettazione

Coorti e interventi

Gruppo / Coorte
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

Cosa sta misurando lo studio?

Misure di risultato primarie

Misura del risultato
Misura Descrizione
Lasso di tempo
Wastewater Antimicrobial Resistance Gene (ARG) Abundance
Lasso di tempo: 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
Lasso di tempo: 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

Collaboratori e investigatori

Qui è dove troverai le persone e le organizzazioni coinvolte in questo studio.

Sponsor

Investigatori

  • Investigatore principale: bin du, Dr, Peking Union Medical College Hospital

Pubblicazioni e link utili

La persona responsabile dell'inserimento delle informazioni sullo studio fornisce volontariamente queste pubblicazioni. Questi possono riguardare qualsiasi cosa relativa allo studio.

Studiare le date dei record

Queste date tengono traccia dell'avanzamento della registrazione dello studio e dell'invio dei risultati di sintesi a ClinicalTrials.gov. I record degli studi e i risultati riportati vengono esaminati dalla National Library of Medicine (NLM) per assicurarsi che soddisfino specifici standard di controllo della qualità prima di essere pubblicati sul sito Web pubblico.

Studia le date principali

Inizio studio (Stimato)

1 settembre 2026

Completamento primario (Stimato)

1 settembre 2028

Completamento dello studio (Stimato)

1 settembre 2028

Date di iscrizione allo studio

Primo inviato

1 settembre 2026

Primo inviato che soddisfa i criteri di controllo qualità

1 settembre 2026

Primo Inserito (Effettivo)

4 settembre 2026

Aggiornamenti dei record di studio

Ultimo aggiornamento pubblicato (Effettivo)

4 settembre 2026

Ultimo aggiornamento inviato che soddisfa i criteri QC

1 settembre 2026

Ultimo verificato

1 settembre 2026

Maggiori informazioni

Termini relativi a questo studio

Altri numeri di identificazione dello studio

  • PUMCH-WW-ARG-2026
  • 01050010 (Altro numero di sovvenzione/finanziamento: Peking Union Medical Foundation)

Piano per i dati dei singoli partecipanti (IPD)

Hai intenzione di condividere i dati dei singoli partecipanti (IPD)?

SÌ

Descrizione del piano 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

Periodo di condivisione IPD

upon study completion

Tipo di informazioni di supporto alla condivisione IPD

  • STUDIO_PROTOCOLLO
  • LINFA
  • RSI

Informazioni su farmaci e dispositivi, documenti di studio

Studia un prodotto farmaceutico regolamentato dalla FDA degli Stati Uniti

No

Studia un dispositivo regolamentato dalla FDA degli Stati Uniti

No

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