今年1月21日，美國疾病控制與預(yù)防中心 (CDC)的一份報告引起了醫(yī)學(xué)界和污水界的同時關(guān)注。這份報告指出，新冠病毒的變種奧密克戎(Omicron)很有可能在美國首例確診病例官宣的一周前就已經(jīng)存在于紐約市的污水中了。同時報告表示，污水監(jiān)測是一個可行的早期預(yù)警系統(tǒng)，可以幫助跟蹤新冠病毒變種的傳播。

其實(shí)早在美國CDC發(fā)布這份報告的10天前，IWA就于1月12日組織了一場關(guān)于奧密克戎早期檢測的線上國際研討會。這次研討會由2016年斯德哥爾摩水獎得主、美國密歇根州立大學(xué)的Joan Rose教授作為主持，并請到了來自荷蘭、美國和澳洲的三個團(tuán)隊的代表介紹他們的相關(guān)研究成果。今天我們將帶大家一起回顧這場研討會的關(guān)鍵信息。

微滴式數(shù)字聚合酶連鎖反應(yīng)(DD-PCR)

來自荷蘭水循環(huán)研究所（KWR）的微生物學(xué)家Gertjan Medema教授是第一個發(fā)言嘉賓。

在污水的病毒監(jiān)測方面，KWR以Medema教授為首的研究小組一直積極為同行分享技術(shù)經(jīng)驗。早在2020年5月，他們是當(dāng)時最早介紹RNA檢測流程的機(jī)構(gòu)，當(dāng)時使用的是RT-PCR方法。在這次報告里，他為我們介紹了另一種RNA監(jiān)測技術(shù)，叫DD-PCR(微滴式數(shù)字聚合酶連鎖反應(yīng))。

DD-PCR被稱為第三代PCR技術(shù)，相比傳統(tǒng)PCR（第一代）及RT-PCR（第二代），它的數(shù)據(jù)有更高的準(zhǔn)確度、精密度及靈敏度。

其原理是對樣品進(jìn)行微滴化處理，均勻稀釋待測核酸片段，將含有核酸分子的反應(yīng)體系分成很多個微滴，再分散至大量的微反應(yīng)器或微油滴中，每個微滴可能會包含或不包含1個待檢的目標(biāo)核酸。

由于污水中PCR抑制劑水平較高，而且病毒濃度水平較低，所以基于傳統(tǒng)核酸PCR的污水檢測十分復(fù)雜。DD-PCR檢測技術(shù)提供了超靈敏且對PCR抑制劑耐受的替代方法，因此快速受到世界各地的污水檢測團(tuán)隊的關(guān)注。

Medema教授表示隨著新冠病毒變種的不斷演變，污水檢測也要相應(yīng)調(diào)整檢測方法，以便為公共衛(wèi)生部門提供更加具體和及時的信息。

荷蘭成立了一個叫Wastewater4Covid的項目，他們使用RT-dd-PCR技術(shù)來監(jiān)測新冠病毒的N501Y變異(N501Y意指在501這個位置的N變成了Y)。使用該檢測方法，可以同時檢測含有突變 501Y和野生型501N的變體數(shù)量。

荷蘭阿姆斯特丹和烏德勒支兩個城市的污水樣品分析數(shù)據(jù)表明，這種方法可以測定污水樣本中含有N501Y變體的濃度和比例，而且污水中出現(xiàn)的N501Y變異和荷蘭人群出現(xiàn)的英國肯特變種株(B.1.1.7)相對應(yīng)。這些結(jié)果表明RR-dd-PCR可以對現(xiàn)有變體或未來的變體提供靈敏和準(zhǔn)確的監(jiān)測。這對公共衛(wèi)生部門的決策提供寶貴的信息支持。

01、污泥中的病毒RNA

第二位嘉賓是來自美國斯坦福大學(xué)土木及環(huán)境工程教授Alexandria Boehm，她也是美國CDC那份報告的作者之一。Boehm教授主要分享了美國團(tuán)隊對污水廠初沉污泥的新冠病毒的監(jiān)測。

他們的研究結(jié)果顯示，初沉污泥檢出新冠病毒的頻率要高于進(jìn)水樣品。

另外，在分析方法方面，相比兩步式RT-QPCR和兩步 RT-dd-PCR，一步式RT-dd-PCR更容易檢出新冠病毒。

檢測初沉污泥的病毒RNA的流程示意圖| 圖源：acs

總的來說，Boehm教授等人的工作再次表明污水廠的病毒變體檢測和臨床確診病例有正相關(guān)，而且能遠(yuǎn)早于臨床檢測獲得病毒變異的信息。

但她也表示，樣品比臨床樣品更復(fù)雜。因為它是多個基因組的組合，而且這些基因組可能是受損、不完整的，大部分處于“未知”的狀態(tài)。

所以在污水廠檢出變異不等于馬上可以確認(rèn)這個變異真的存在了。盡管如此，他們的工作也為世界各地的污水病毒監(jiān)測提高了很好的借鑒參考。從事相關(guān)研究的讀者們可以通過以下鏈接查看他們團(tuán)隊分享的污泥中的新冠病毒變種的量化分析流程：

https://www.protocols.io/view/quantification-of-sars-cov-2-variant-mutations-hv6-b2qmqdu6

02、客機(jī)的新冠病毒檢測

第三個發(fā)言嘉賓來自澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織(CSIRO)的Warish Ahmed博士。國際航空是新冠病毒在不同國家之間傳播的重要途經(jīng)之一。為了檢測新冠病毒，CSIRO的研究人員對在2020年 12 月至2021年 3 月期間返澳的37架航班的樣本進(jìn)行分析。

結(jié)果顯示，盡管所有乘客（5歲以下兒童除外）需要在登機(jī)前出示48小時病毒陰性證明，但這37個航班中的 24個的污水樣本檢出新冠病毒RNA，檢出率高達(dá)65%。感染者在出現(xiàn)癥狀前大約兩到五天會在糞便中排出病毒。而在抵澳后的14 天隔離期間，臨床測試在6570 名乘客中僅發(fā)現(xiàn)112 例COVID-19 病例（1.7%）。

Warish Ahmed 博士表示，隨著全球旅行的回歸，航班的污水測試可能是在入境點(diǎn)對入境旅客進(jìn)行新冠病毒篩查的有效方法，因為咽喉樣本中的病毒檢測可能存在滯后，航班廢水檢測可以提供額外的數(shù)據(jù)信息。他說：“在入境點(diǎn)對污水進(jìn)行快速現(xiàn)場監(jiān)測可能有助于檢測和監(jiān)測在全球范圍內(nèi)流通的其他傳染性病原體，并為未來的流行病提供警報。”

CSIRO的采樣工具| 圖源：EnvironmentInternational

03、IWA COVID-19工作組

IWA專門為COVID-19成立了特別工作組，它向全球各地的水務(wù)部門提供有關(guān)新冠病毒的最新信息，包括介紹病毒屬性、病毒在污水中的監(jiān)測手段、水廠工人和公眾健康所需的保護(hù)措施等最新信息。特別工作組將關(guān)注（但不僅限于）：

• 供水安全（例如水源中病毒的存在情況/水處理過程中病毒的去向和滅活）

• 污水監(jiān)測（評估病毒經(jīng)由水系統(tǒng)在社區(qū)傳播的風(fēng)險）

• 公共衛(wèi)生安全（例如水回用、污泥回用、環(huán)境中懸浮顆粒、氣溶膠等造成的傳播風(fēng)險）

• 水行業(yè)從業(yè)人員的健康和安全

• 與保障水務(wù)服務(wù)相關(guān)的風(fēng)險分析

• 積極的用戶參與交流機(jī)制（例如提醒公眾勤洗手并保持衛(wèi)生習(xí)慣、解決特殊時期供水、水費(fèi)支付等方面的困難） 

感興趣的讀者可以通過以下網(wǎng)址關(guān)注這個工作小組的動態(tài)。

https://iwa-network.org/groups/covid-19-task-force/

04、小 結(jié)

新冠疫情何時能真正過去仍是未知數(shù)，但有一點(diǎn)愈發(fā)清晰的是——水務(wù)部門的角色更加關(guān)鍵，特別是針對未來可能出現(xiàn)的新變種，水務(wù)部門能給公共衛(wèi)生部門提供重要的信息支持。

IWA已將本次網(wǎng)絡(luò)研討會的全程錄像發(fā)布在官網(wǎng)，大家可回看：

https://iwa-network.org/learn/early-detection-of-omicron-variant-with-wastewater-surveillance/

另外，感興趣的讀者，也可以訪問以下兩個網(wǎng)址了解更多關(guān)于全球污水COVID-19監(jiān)測的信息：

W-SPHERE （https://sphere.waterpathogens.org/）

 COVIDPoops19

（https://ucmerced.maps.arcgis.com/apps/dashboards/c778145ea5bb4daeb58d31afee389082）

參考資料