全球化何时重启?污水新(xīn)冠病毒监测成重要一环

作者: vch11602707
发布于: 2022-03-17 16:48
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今年1月21日,美國(guó)疾病控制与预防中心 (CDC)的一份报告引起了医學(xué)界和污水界的同时关注。这份报告指出,新(xīn)冠病毒的变种奥密克戎(Omicron)很(hěn)有(yǒu)可(kě)能(néng)在美國(guó)首例确诊病例官宣的一周前就已经存在于纽约市的污水中了。同时报告表示,污水监测是一个可(kě)行的早期预警系统,可(kě)以帮助跟踪新(xīn)冠病毒变种的传播。

其实早在美國(guó)CDC发布这份报告的10天前,IWA就于1月12日组织了一场关于奥密克戎早期检测的線(xiàn)上國(guó)际研讨会。这次研讨会由2016年斯德哥(gē)尔摩水奖得主、美國(guó)密歇根州立大學(xué)的Joan Rose教授作為(wèi)主持,并请到了来自荷兰、美國(guó)和澳洲的三个团队的代表介绍他(tā)们的相关研究成果。今天我们将带大家一起回顾这场研讨会的关键信息。

 

微滴式数字聚合酶连锁反应(DD-PCR)

 

来自荷兰水循环研究所(KWR)的微生物(wù)學(xué)家Gertjan Medema教授是第一个发言嘉宾。

在污水的病毒监测方面,KWR以Medema教授為(wèi)首的研究小(xiǎo)组一直积极為(wèi)同行分(fēn)享技术经验。早在2020年5月,他(tā)们是当时最早介绍RNA检测流程的机构,当时使用(yòng)的是RT-PCR方法。在这次报告里,他(tā)為(wèi)我们介绍了另一种RNA监测技术,叫DD-PCR(微滴式数字聚合酶连锁反应)。

 

DD-PCR被称為(wèi)第三代PCR技术,相比传统PCR(第一代)及RT-PCR(第二代),它的数据有(yǒu)更高的准确度、精密度及灵敏度。

 

其原理(lǐ)是对样品进行微滴化处理(lǐ),均匀稀释待测核酸片段,将含有(yǒu)核酸分(fēn)子的反应體(tǐ)系分(fēn)成很(hěn)多(duō)个微滴,再分(fēn)散至大量的微反应器或微油滴中,每个微滴可(kě)能(néng)会包含或不包含1个待检的目标核酸。

 

由于污水中PCR抑制剂水平较高,而且病毒浓度水平较低,所以基于传统核酸PCR的污水检测十分(fēn)复杂。DD-PCR检测技术提供了超灵敏且对PCR抑制剂耐受的替代方法,因此快速受到世界各地的污水检测团队的关注。

 

Medema教授表示随着新(xīn)冠病毒变种的不断演变,污水检测也要相应调整检测方法,以便為(wèi)公共卫生部门提供更加具體(tǐ)和及时的信息。

 

荷兰成立了一个叫Wastewater4Covid的项目,他(tā)们使用(yòng)RT-dd-PCR技术来监测新(xīn)冠病毒的N501Y变异(N501Y意指在501这个位置的N变成了Y)。使用(yòng)该检测方法,可(kě)以同时检测含有(yǒu)突变 501Y和野生型501N的变體(tǐ)数量。

 

荷兰阿姆斯特丹和乌德勒支两个城市的污水样品分(fēn)析数据表明,这种方法可(kě)以测定污水样本中含有(yǒu)N501Y变體(tǐ)的浓度和比例,而且污水中出现的N501Y变异和荷兰人群出现的英國(guó)肯特变种株(B.1.1.7)相对应。这些结果表明RR-dd-PCR可(kě)以对现有(yǒu)变體(tǐ)或未来的变體(tǐ)提供灵敏和准确的监测。这对公共卫生部门的决策提供宝贵的信息支持。

 

 

01、污泥中的病毒RNA

 

第二位嘉宾是来自美國(guó)斯坦福大學(xué)土木(mù)及环境工程教授Alexandria Boehm,她也是美國(guó)CDC那份报告的作者之一。Boehm教授主要分(fēn)享了美國(guó)团队对污水厂初沉污泥的新(xīn)冠病毒的监测。

 

他(tā)们的研究结果显示,初沉污泥检出新(xīn)冠病毒的频率要高于进水样品。

 

另外,在分(fēn)析方法方面,相比两步式RT-QPCR和两步 RT-dd-PCR,一步式RT-dd-PCR更容易检出新(xīn)冠病毒。

 

检测初沉污泥的病毒RNA的流程示意图| 图源:acs

 

总的来说,Boehm教授等人的工作再次表明污水厂的病毒变體(tǐ)检测和临床确诊病例有(yǒu)正相关,而且能(néng)遠(yuǎn)早于临床检测获得病毒变异的信息。

 

但她也表示,样品比临床样品更复杂。因為(wèi)它是多(duō)个基因组的组合,而且这些基因组可(kě)能(néng)是受损、不完整的,大部分(fēn)处于“未知”的状态。

 

所以在污水厂检出变异不等于马上可(kě)以确认这个变异真的存在了。尽管如此,他(tā)们的工作也為(wèi)世界各地的污水病毒监测提高了很(hěn)好的借鉴参考。从事相关研究的读者们可(kě)以通过以下链接查看他(tā)们团队分(fēn)享的污泥中的新(xīn)冠病毒变种的量化分(fēn)析流程:

 

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

 

 

 

02、客机的新(xīn)冠病毒检测

 

第三个发言嘉宾来自澳大利亚联邦科(kē)學(xué)与工业研究组织(CSIRO)的Warish Ahmed博士。國(guó)际航空是新(xīn)冠病毒在不同國(guó)家之间传播的重要途经之一。為(wèi)了检测新(xīn)冠病毒,CSIRO的研究人员对在2020年 12 月至2021年 3 月期间返澳的37架航班的样本进行分(fēn)析。

 

结果显示,尽管所有(yǒu)乘客(5岁以下儿童除外)需要在登机前出示48小(xiǎo)时病毒阴性证明,但这37个航班中的 24个的污水样本检出新(xīn)冠病毒RNA,检出率高达65%。感染者在出现症状前大约两到五天会在粪便中排出病毒。而在抵澳后的14 天隔离期间,临床测试在6570 名乘客中仅发现112 例COVID-19 病例(1.7%)。

 

 

Warish Ahmed 博士表示,随着全球旅行的回归,航班的污水测试可(kě)能(néng)是在入境点对入境旅客进行新(xīn)冠病毒筛查的有(yǒu)效方法,因為(wèi)咽喉样本中的病毒检测可(kě)能(néng)存在滞后,航班废水检测可(kě)以提供额外的数据信息。他(tā)说:“在入境点对污水进行快速现场监测可(kě)能(néng)有(yǒu)助于检测和监测在全球范围内流通的其他(tā)传染性病原體(tǐ),并為(wèi)未来的流行病提供警报。”

 

CSIRO的采样工具| 图源:EnvironmentInternational

 

 

03、IWA COVID-19工作组

 

IWA专门為(wèi)COVID-19成立了特别工作组,它向全球各地的水務(wù)部门提供有(yǒu)关新(xīn)冠病毒的最新(xīn)信息,包括介绍病毒属性、病毒在污水中的监测手段、水厂工人和公众健康所需的保护措施等最新(xīn)信息。特别工作组将关注(但不仅限于):

 

  • 供水安全(例如水源中病毒的存在情况/水处理(lǐ)过程中病毒的去向和灭活)

  • 污水监测(评估病毒经由水系统在社區(qū)传播的风险)

  • 公共卫生安全(例如水回用(yòng)、污泥回用(yòng)、环境中悬浮颗粒、气溶胶等造成的传播风险)

  • 水行业从业人员的健康和安全

  • 与保障水務(wù)服務(wù)相关的风险分(fēn)析

  • 积极的用(yòng)户参与交流机制(例如提醒公众勤洗手并保持卫生习惯、解决特殊时期供水、水费支付等方面的困难) 

 

感兴趣的读者可(kě)以通过以下网址关注这个工作小(xiǎo)组的动态。

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

 

 

04、小(xiǎo) 结

 

新(xīn)冠疫情何时能(néng)真正过去仍是未知数,但有(yǒu)一点愈发清晰的是——水務(wù)部门的角色更加关键,特别是针对未来可(kě)能(néng)出现的新(xīn)变种,水務(wù)部门能(néng)给公共卫生部门提供重要的信息支持。

 

IWA已将本次网络研讨会的全程录像发布在官网,大家可(kě)回看:

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

 

另外,感兴趣的读者,也可(kě)以访问以下两个网址了解更多(duō)关于全球污水COVID-19监测的信息:

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

 

 

 COVIDPoops19

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

 

参考资料

  • Variants, Wastewater-based epidemiology and data sharing

    https://iwa-network.org/variants-wastewater-based-epidemiology-and-data-sharing/

  • Early detection of Omicron variant with wastewatersurveillance

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

  • A global repository for SARS-CoV-2 wastewater data

    https://www.thesourcemagazine.org/a-global-repository-for-sars-cov-2-wastewater-data/

  • 微滴式数字聚合酶连锁反应(DDPCR)的技术及应用(yòng) https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=35490

  • Wastewater testing takes flight in the fight against COVID-19

    https://www.uq.edu.au/news/article/2021/10/wastewater-testing-takes-flight-fight-against-covid-19

  • Wastewater surveillance demonstrates high predictive valuefor COVID-19 infection on board repatriation flights to Australiahttps://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412021005638

  • https://www.themandarin.com.au/172347-csiro-study-finds-way-to-detect-covid-19-early-from-flights/

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