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

2026년 9월 1일 업데이트: 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.

연구 개요

상태

아직 모집하지 않음

정황

연구 유형

관찰

등록 (추정된)

720

연락처 및 위치

이 섹션에서는 연구를 수행하는 사람들의 연락처 정보와 이 연구가 수행되는 장소에 대한 정보를 제공합니다.

연구 연락처

  • 이름: yuda fei, Dr
  • 전화번호: +86 18501360830
  • 이메일: fei_yuda@!63.com

연구 장소

    • Beijing Municipality
      • Beijing, Beijing Municipality, 중국, 100730
        • Peking Union Medical College Hospital
        • 연락하다:

참여기준

연구원은 적격성 기준이라는 특정 설명에 맞는 사람을 찾습니다. 이러한 기준의 몇 가지 예는 개인의 일반적인 건강 상태 또는 이전 치료입니다.

자격 기준

공부할 수 있는 나이

  • 어린이
  • 성인
  • 고령자

건강한 자원 봉사자를 받아들입니다

아니

샘플링 방법

비확률 샘플

연구 인구

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.

설명

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).

공부 계획

이 섹션에서는 연구 설계 방법과 연구가 측정하는 내용을 포함하여 연구 계획에 대한 세부 정보를 제공합니다.

연구는 어떻게 설계됩니까?

디자인 세부사항

코호트 및 개입

그룹/코호트
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

연구는 무엇을 측정합니까?

주요 결과 측정

결과 측정
측정값 설명
기간
Wastewater Antimicrobial Resistance Gene (ARG) Abundance
기간: 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
기간: 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

공동 작업자 및 조사자

여기에서 이 연구와 관련된 사람과 조직을 찾을 수 있습니다.

스폰서

수사관

  • 수석 연구원: bin du, Dr, Peking Union Medical College Hospital

간행물 및 유용한 링크

연구에 대한 정보 입력을 담당하는 사람이 자발적으로 이러한 간행물을 제공합니다. 이것은 연구와 관련된 모든 것에 관한 것일 수 있습니다.

연구 기록 날짜

이 날짜는 ClinicalTrials.gov에 대한 연구 기록 및 요약 결과 제출의 진행 상황을 추적합니다. 연구 기록 및 보고된 결과는 공개 웹사이트에 게시되기 전에 특정 품질 관리 기준을 충족하는지 확인하기 위해 국립 의학 도서관(NLM)에서 검토합니다.

연구 주요 날짜

연구 시작 (추정된)

2026년 9월 1일

기본 완료 (추정된)

2028년 9월 1일

연구 완료 (추정된)

2028년 9월 1일

연구 등록 날짜

최초 제출

2026년 9월 1일

QC 기준을 충족하는 최초 제출

2026년 9월 1일

처음 게시됨 (실제)

2026년 9월 4일

연구 기록 업데이트

마지막 업데이트 게시됨 (실제)

2026년 9월 4일

QC 기준을 충족하는 마지막 업데이트 제출

2026년 9월 1일

마지막으로 확인됨

2026년 9월 1일

추가 정보

이 연구와 관련된 용어

기타 연구 ID 번호

  • PUMCH-WW-ARG-2026
  • 01050010 (기타 보조금/기금 번호: Peking Union Medical Foundation)

개별 참가자 데이터(IPD) 계획

개별 참가자 데이터(IPD)를 공유할 계획입니까?

예

IPD 계획 설명

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

IPD 공유 기간

upon study completion

IPD 공유 지원 정보 유형

  • 연구_프로토콜
  • 수액
  • CSR

약물 및 장치 정보, 연구 문서

미국 FDA 규제 의약품 연구

아니

미국 FDA 규제 기기 제품 연구

아니

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