今年1月21日，美國疾病控制與預(yù)防中心 (CDC)的一份報(bào)告引起了醫(yī)學(xué)界和污水界的同時(shí)關(guān)注。這份報(bào)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(shí)報(bào)告表示，污水監(jiān)測(cè)是一個(gè)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(bào)告的10天前，IWA就于1月12日組織了一場(chǎng)關(guān)于奧密克戎早期檢測(cè)的線上國際研討會(huì)。這次研討會(huì)由2016年斯德哥爾摩水獎(jiǎng)得主、美國密歇根州立大學(xué)的Joan Rose教授作為主持，并請(qǐng)到了來自荷蘭、美國和澳洲的三個(gè)團(tuán)隊(duì)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(chǎng)研討會(huì)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(gè)發(fā)言嘉賓。

在污水的病毒監(jiān)測(cè)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(yàn)。早在2020年5月，他們是當(dāng)時(shí)最早介紹RNA檢測(cè)流程的機(jī)構(gòu)，當(dāng)時(shí)使用的是RT-PCR方法。在這次報(bào)告里，他為我們介紹了另一種RNA監(jiān)測(cè)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(duì)樣品進(jìn)行微滴化處理，均勻稀釋待測(cè)核酸片段，將含有核酸分子的反應(yīng)體系分成很多個(gè)微滴，再分散至大量的微反應(yīng)器或微油滴中，每個(gè)微滴可能會(huì)包含或不包含1個(gè)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(cè)十分復(fù)雜。DD-PCR檢測(cè)技術(shù)提供了超靈敏且對(duì)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(cè)團(tuán)隊(duì)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(cè)也要相應(yīng)調(diào)整檢測(cè)方法，以便為公共衛(wèi)生部門提供更加具體和及時(shí)的信息。

荷蘭成立了一個(gè)叫Wastewater4Covid的項(xiàng)目，他們使用RT-dd-PCR技術(shù)來監(jiān)測(cè)新冠病毒的N501Y變異(N501Y意指在501這個(gè)位置的N變成了Y)。使用該檢測(cè)方法，可以同時(shí)檢測(cè)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(gè)城市的污水樣品分析數(shù)據(jù)表明，這種方法可以測(cè)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(duì)應(yīng)。這些結(jié)果表明RR-dd-PCR可以對(duì)現(xiàn)有變體或未來的變體提供靈敏和準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)。這對(duì)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(bào)告的作者之一。Boehm教授主要分享了美國團(tuán)隊(duì)對(duì)污水廠初沉污泥的新冠病毒的監(jiān)測(cè)。

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(cè)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(cè)和臨床確診病例有正相關(guān)，而且能遠(yuǎn)早于臨床檢測(cè)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?yàn)樗嵌鄠€(gè)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(gè)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(cè)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(duì)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(cè)

第三個(gè)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(cè)新冠病毒，CSIRO的研究人員對(duì)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(shí)病毒陰性證明，但這37個(gè)航班中的 24個(gè)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(huì)在糞便中排出病毒。而在抵澳后的14 天隔離期間，臨床測(cè)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(cè)試可能是在入境點(diǎn)對(duì)入境旅客進(jìn)行新冠病毒篩查的有效方法，因?yàn)檠屎順颖局械牟《緳z測(cè)可能存在滯后，航班廢水檢測(cè)可以提供額外的數(shù)據(jù)信息。他說：“在入境點(diǎn)對(duì)污水進(jìn)行快速現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)可能有助于檢測(cè)和監(jiān)測(cè)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(bào)。”

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(cè)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(cè)（評(píng)估病毒經(jīng)由水系統(tǒng)在社區(qū)傳播的風(fēng)險(xiǎn)）

• 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(xiǎn)）

• 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(xiǎn)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(shí)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(gè)工作小組的動(dòng)態(tài)。

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

04、小 結(jié)

新冠疫情何時(shí)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(duì)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(huì)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(gè)網(wǎng)址了解更多關(guān)于全球污水COVID-19監(jiān)測(cè)的信息：

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

 COVIDPoops19

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

參考資料