2020年，新冠疫情在世界范圍內(nèi)持續(xù)蔓延，至今累計確診人數(shù)已超過三千萬人，是近百年來人類遭遇的影響范圍最廣的全球性大流行病。病毒的檢測和篩查成為疫情防控的關(guān)鍵一環(huán)。核酸和抗體檢測是目前通用的檢測方法，但資源消耗巨大，難以對大規(guī)模人群進行監(jiān)測，且無法對疫情的重新爆發(fā)進行預(yù)警。  

那么，是否還存在更加高效、靈活的監(jiān)測方法呢？  

8月，世界衛(wèi)生組織WHO發(fā)布名為“新冠病毒環(huán)境監(jiān)測的現(xiàn)狀(StatusofenvironmentalsurveillanceforSARS-CoV-2virus)”的科學(xué)簡報，文中總結(jié)了通過市政污水進行新冠病毒監(jiān)測的背景、方法和用途，為全球抗擊疫情提供了一份指導(dǎo)方案。污水監(jiān)測，這一方法或在未來新冠疫情的大規(guī)模防控上發(fā)揮重要作用。  

污水流行病學(xué)如何發(fā)揮新冠病毒監(jiān)測效能  

世界衛(wèi)生組織WHO在科學(xué)簡報中總結(jié)出利用污水流行病學(xué)的方法對新冠病毒進行監(jiān)測可發(fā)揮的作用。  

·監(jiān)測的范圍大，覆蓋面廣，可以評估大規(guī)模的社區(qū)總體感染情況。市政污水廠通過污水管網(wǎng)承接了城市千家萬戶排放的污水，污水集水區(qū)域的人口數(shù)量少則千人，多則上百萬人，覆蓋的人口非常廣泛，包括不能及時或者未出現(xiàn)癥狀而不進行核酸檢測的感染者，因此能夠更好的對疫情進行評估和預(yù)測。  

·可預(yù)知病毒社區(qū)感染的重新爆發(fā)。由于污水新冠病毒的檢測結(jié)果比臨床患者出現(xiàn)早，因此會有預(yù)警作用。在與疫情的戰(zhàn)斗中，需要爭分奪秒，幾天的預(yù)警往往會對疫情的走向起到?jīng)Q定性的作用。對污水進行病毒檢測，能夠及時發(fā)現(xiàn)病毒，以便提前讓公共衛(wèi)生和決策部門采取干預(yù)措施，降低疫情對人體健康和社會經(jīng)濟的不利影響。  

·可作為疾病傳播動態(tài)監(jiān)測的輔助手段。對衛(wèi)生監(jiān)督結(jié)果進行有效的補充，這一點在中低收入的國家尤為重要。新冠疫情爆發(fā)后，相關(guān)核酸檢測試劑供應(yīng)緊張，在很多國家，大規(guī)模的監(jiān)測實施起來也非常困難，而污水監(jiān)測則不會占用過多的資源，也是一種“非侵入性”的監(jiān)測方法。  

荷蘭率先開始廢水追蹤，監(jiān)測新冠病毒  

在WHO的這份簡報中，荷蘭等國研究人員證實了污水中的新冠病毒RNA濃度與臨床病例之間的相關(guān)性，并指出，荷蘭計劃將污水監(jiān)測納入其國家新冠病毒的總體監(jiān)測。自今年2月5日，荷蘭即本國首例臨床新冠患者出現(xiàn)的三周前，就開始進行污水新冠病毒的監(jiān)測，是世界上最早進行這項研究的國家之一。經(jīng)過幾個月不斷的監(jiān)測，初步發(fā)現(xiàn)該方法是科學(xué)、有效、經(jīng)濟的，更加深入的研究正在進行當(dāng)中。  

污水監(jiān)測，是以污水流行病(WastewaterBasedEpidemiology,WBE)的原理為手段，通過分析市政污水處理廠進水中的污染物或者生物標(biāo)記物濃度，結(jié)合人體代謝機理、進水流量和服務(wù)人群數(shù)量等信息，反推該物質(zhì)在污水集水區(qū)內(nèi)的狀況，以此探究與之相關(guān)的疾病流行程度和藥物濫用等公眾動態(tài)信息，并進一步協(xié)助指導(dǎo)決策。  

該學(xué)科于2001年首次提出，在過去的十幾年里，荷蘭公共衛(wèi)生與環(huán)境研究院(RIVM)與水循環(huán)研究所(KWR)利用該方法，通過對污水進行監(jiān)測，來檢測脊髓灰質(zhì)炎病毒、抗生素耐藥性細(xì)菌和藥物濫用的狀況，為疾病防控和健康決策提供了重要信息。  

新冠疫情爆發(fā)后，全球已有十余個研究小組，包括中國的鐘南山和李蘭娟院士團隊，都從新冠病毒患者的糞便中分離出了活的新冠病毒或其遺傳物質(zhì)RNA，還有研究發(fā)現(xiàn)病毒可在患者感染3天內(nèi)出現(xiàn)在糞便中，遠(yuǎn)早于患者轉(zhuǎn)為重癥所需的時間。  

新冠患者所攜帶的病毒很有可能會隨糞便排入污水中，排入污水處理廠。一座污水處理廠可能要處理上百萬人的生活廢水，波及城市千家萬戶，其中就包括病毒攜帶者的排泄物。研究者確定排泄物中的病毒RNA含量后，可進而推算出感染者數(shù)量。  

正是基于以上的實驗結(jié)果和理論依據(jù)，荷蘭的科學(xué)家們自本國疫情出現(xiàn)前，就率先開始對污水中新冠病毒的監(jiān)測進行準(zhǔn)備，建立項目框架，測試實驗方法，跟蹤廢水中的病毒顆粒以期待污水能為疫情的大規(guī)模監(jiān)測提供實用有效的信息。那么荷蘭所采用的具體方法是怎樣的呢？污水中是否能檢測到新冠病毒的遺傳物質(zhì)？又是否可以關(guān)聯(lián)污水與臨床報告患者的數(shù)量呢？  

迅速且高效，荷蘭所采用的方法和研究成果  

荷蘭從2月5日起對5個城市的市政污水處理廠和史基浦機場(Schipholairport)的污水處理廠進行監(jiān)測，污水樣本為24小時連續(xù)采集的未經(jīng)處理的污水。研究人員使用qRT-PCR的方法，指在PCR反應(yīng)體系中加入熒光基團，利用熒光信號積累實時監(jiān)測整個PCR進程，最后通過標(biāo)準(zhǔn)曲線對未知模板進行定量分析的方法，以此對污水中的新冠病毒遺傳物質(zhì)RNA的基因片段進行分析。  

檢測結(jié)果顯示，在2月的污水樣本中，未發(fā)現(xiàn)新冠病毒的蹤跡。2月27日，蒂爾堡(Tilburg)出現(xiàn)了荷蘭首例確診新冠病人，且在3月5日3個污水處理廠的污水樣品中，檢測出了新冠病毒的RNA，這是荷蘭首次在污水中發(fā)現(xiàn)新冠病毒的蹤跡，蒂爾堡當(dāng)?shù)氐奈鬯幚韽S也隨即被納入到監(jiān)測范圍內(nèi)。  

3月15日，在7個污水處理廠的樣品中，全部檢測到新冠病毒的RNA。接下來，疫情在荷蘭境內(nèi)迅速爆發(fā)，污水監(jiān)測的范圍逐漸擴大到4月29個、7月80個，截至9月17日，污水新冠監(jiān)測的范圍擴展到300多個處理廠，來自1700多萬居民，幾乎覆蓋全部荷蘭人口。  

更多的檢測結(jié)果驗證了污水監(jiān)測的可行性和實效性。污水中新冠病毒RNA濃度與臨床報告的患者數(shù)量顯示出明顯的相關(guān)性，并具有極高的敏感度，精確度可達1-10人每十萬人口。此外，在阿默斯福特(Amersfoort)，當(dāng)?shù)厥桌』汲霈F(xiàn)的6天前，相關(guān)研究人員就從污水中檢測到了新冠病毒的RNA，對當(dāng)?shù)匾咔榈呐袛嗯c決策提供及時的警示作用。  

污水監(jiān)測，仍需面臨的挑戰(zhàn)  

盡管荷蘭的研究人員已經(jīng)在污水樣本中檢測到新冠病毒的RNA，更精準(zhǔn)地量化出廢水樣本中人群的感染程度還需要一系列前提。如何結(jié)合人體代謝機理、進水流量和服務(wù)人群數(shù)量等信息、更精確的反推病毒在污水集水區(qū)內(nèi)的詳細(xì)傳播狀況、估算病毒來源的人數(shù)，使決策者能夠采取關(guān)鍵措施并提前部署資源，以保護社區(qū)免受大流行病的侵襲。在這些命題上，研究人員仍需要更多嘗試和思考。  

好消息是，這一目標(biāo)，正在逐步實現(xiàn)。荷蘭水循環(huán)研究所KWR聯(lián)合英國、希臘和西班牙的專業(yè)人員，正在研發(fā)名為“Sewers4COVID”的新冠病毒污水監(jiān)測模型。它結(jié)合了污水流行病學(xué)學(xué)和人工智能技術(shù)，可以快速、經(jīng)濟、高效地檢測全國范圍內(nèi)的新冠爆發(fā)熱點，并實時預(yù)測大流行的爆發(fā)。目前，這個模型的雛形樣本已經(jīng)完成，該研究小組也因此獲得了歐盟嘉獎和皇家英國工程大獎。此外，美國、澳大利亞等多國也已經(jīng)開展相關(guān)研究和監(jiān)測，加入新冠病毒監(jiān)測和預(yù)警的行列。  

也許有人會擔(dān)憂新冠病毒是否會通過糞便或污水傳播，目前沒有證據(jù)表明人類會通過糞便或污水傳染感染，病毒RNA的存在并不能提供有關(guān)其是否具有傳染性的任何信息，荷蘭也對污水處理廠處理后的出水進行了檢測，并未發(fā)現(xiàn)任何新冠病毒的活性物質(zhì)。  

數(shù)十年來，廢水監(jiān)測一直是病毒追蹤的利器。正是通過廢水監(jiān)測，人們確定了脊髓灰質(zhì)炎疫苗接種的有效性。污水新冠監(jiān)測可以幫助發(fā)現(xiàn)早期病毒蹤跡，是除了臨床測試之外，有科學(xué)基礎(chǔ)并且經(jīng)濟高效的測試方法。我們與疫情的“戰(zhàn)爭”還沒有結(jié)束，面對未來可能反彈的疫情，預(yù)警新冠病毒，或許可以從廢水中找到答案。

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