污水病毒RNA監(jiān)測有望揭示新冠病毒感染人群的真實規(guī)模
對于新冠病毒是否存在糞-口傳播的爭論，目前仍然沒有結(jié)論。在關(guān)注糞-口傳播風(fēng)險的同時，研究人員稱基于廢水的流行病學(xué)研究，能為新冠病毒在大規(guī)模人群中的感染水平提供數(shù)據(jù)。
在全球檢測試劑有限，無法讓大多數(shù)人接受新冠病毒檢測的情況下，目前國際上十幾個團(tuán)隊的科研人員希望通過分析含有新冠病毒的廢水，對城市總體感染水平做出判斷。
他們還表示，如果病毒卷土重來，污水監(jiān)測也可以作為早期預(yù)警信號。
比檢測試劑更有效地估計無癥狀感染規(guī)模
目前為止，研究人員已經(jīng)在荷蘭、美國和瑞典的污水中檢測到了這種病毒的蹤跡。此前已經(jīng)有數(shù)據(jù)表明，新冠病毒能夠通過人體的尿液或糞便排出。
荷蘭新維生根（Nieuwegein）市的KWR水循環(huán)研究所正在進(jìn)行對污水中病毒的監(jiān)測工作。KWR微生物學(xué)家格特?fù)P·瑪提姆（Gertjan Medema）教授對第一財經(jīng)記者表示，一個污水處理廠可以處理100多萬人的廢水。監(jiān)測這種規(guī)模的疾病感染情況，能比試劑檢測更準(zhǔn)確地估計新冠病毒的傳播范圍。
今年2月27日，荷蘭確診了全國首例新冠患者。僅四天后，研究人員在荷蘭蒂爾堡史基浦機(jī)場（Schiphol Airport in Tilburg）的廢水中檢測到新冠病毒的核酸樣本。現(xiàn)在荷蘭已經(jīng)計劃將污水采樣范圍擴(kuò)大到荷蘭所有12個省的首府以及其他12個沒有確診病例的地區(qū)。
瑪提姆教授所在的阿默斯福特（Amersfoort）市，早在社區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)感染病例前，他的研究小組就已經(jīng)在城市污水中檢測到了新冠病毒，斕崮方淌趯Φ谝回斀(jīng)記者表示，這將能夠為大規(guī)模人群中感染病毒的真實水平提供重要信息。
“我認(rèn)為污水監(jiān)測能夠幫助人們理解病毒是如何‘無聲’地傳播的。”瑪提姆教授對第一財經(jīng)記者表示，“我們已經(jīng)在衛(wèi)生部門宣布首例新冠確診病患的前幾天，在城市污水中檢測出病毒。所以我們認(rèn)為污水當(dāng)中的病毒含量可以反映出那些輕癥或無癥狀感染者的情況。污水監(jiān)測能夠用來對大范圍人群的感染水平提供指引，比如是否存在病毒，是否感染水平有所增加。”
然而，要確定人體通過尿液或者糞便排出的病毒含量是一個復(fù)雜的計算過程，一方面，研究人員需要知道有多少病毒能從糞便中排泄出來，再根據(jù)廢水樣本中病毒的濃度推斷出人群中的感染人數(shù)；另一方面，研究人員還需要確保他們研究的是人群排泄的代表性樣本，而不僅僅是局部樣本。
對此，瑪提姆教授對第一財經(jīng)記者表示：“病毒排出的科學(xué)數(shù)據(jù)雖然較少，但可以確定的是在患者病程的不同階段，病毒的載量會有所不同，而且數(shù)據(jù)也表明大約有一半的有癥狀確診者的糞便里面能夠檢測出病毒。”
此前公布的研究表明，新冠病毒可在患者感染后三天內(nèi)出現(xiàn)在糞便中，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于人們出現(xiàn)重癥所需的時間。在一篇《柳葉刀》子刊The Lancet Gastroenterology & Hepatology 3月19日發(fā)布的論文中，研究人員提供了在2020年1月16日至3月15日期間招募中的中山大學(xué)附屬第五醫(yī)院98例新冠患者整個病程和隔離期所有呼吸道和糞便樣本的新冠病毒實時核酸檢測結(jié)果。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即便是在患者呼吸道樣本新冠病毒檢測轉(zhuǎn)陰性后，其糞便樣本呈病毒陽性的時間仍可長達(dá)近5周。這表明該病毒仍在患者的胃腸道中活躍復(fù)制，并且在呼吸道中病毒清除后，有發(fā)生病毒糞口傳播的風(fēng)險。盡管作者表示，目前對排泄物中新冠病毒的生存能力了解有限。
為病毒卷土重來提供預(yù)警
根據(jù)此前在污水中培養(yǎng)的新冠病毒的分析數(shù)據(jù)，在4攝氏度水溫時，病毒能夠存活長達(dá)14天，但在水溫為20攝氏度時，病毒只能存活2天；而且，病毒不易溶解在水里。
洛桑瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院環(huán)境病毒學(xué)家塔瑪爾·科恩（Tamar Kohn）教授表示：“追蹤廢水中的病毒顆粒將能為公共衛(wèi)生部門決定是否采取禁閉等措施贏得時間。”
目前全球大部分國家都通過采取社交距離、隔離封鎖等措施控制病毒感染。而一旦這些措施被取消，病毒可能會卷土重來。
這時污水監(jiān)測就能夠提供有效的預(yù)警。位于比爾托芬(Bilthoven)的荷蘭國家公共衛(wèi)生與環(huán)境研究所傳染病研究員安娜•瑪麗亞•德羅達(dá)•胡斯曼(Ana Maria de Roda Husman)表示：“常規(guī)廢水監(jiān)測可以作為一種非侵入性的預(yù)警工具，提醒社區(qū)注意新的病毒感染的暴發(fā)。”該研究所曾通過監(jiān)測污水，發(fā)現(xiàn)過諾如病毒、耐抗生素細(xì)菌、脊髓灰質(zhì)炎病毒和麻疹等傳染性疾病的暴發(fā)。
基于廢水的流行病學(xué)（WBE）研究，目前已成為被世界各地廣泛采用的一款頗有價值的工具。廢水監(jiān)測幾十年來也一直被用來評估脊髓灰質(zhì)炎疫苗接種的成功程度。專家認(rèn)為這種方法也可以用來監(jiān)測防止病毒傳染的干預(yù)措施的有效性。
隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，還有一些團(tuán)隊的研究人員正計劃安裝遠(yuǎn)程傳感器來監(jiān)測廢水中的病毒含量。英國克蘭菲爾德大學(xué)水循環(huán)研究所的科學(xué)家稱，他們正將開發(fā)的新型的傳感器部署到污水處理系統(tǒng)，以收集糞便和尿液中的新冠病毒生物標(biāo)記物。這種廉價的傳感器在折疊和展開時，會過濾病原體的核酸，使之與預(yù)裝的試劑發(fā)生反應(yīng)，以提示是否有對應(yīng)的感染狀況存在。
隨著疫情的爆發(fā)，環(huán)境領(lǐng)域研究人員也快速行動起來，目前全球約有十幾家研究團(tuán)隊正在通過對污水中COVID-19病毒的檢測，以期用來預(yù)測某個地區(qū)總的感染人數(shù)，尤其是在人體病毒核酸檢測不能覆蓋到大多數(shù)人的情況下。而且，污水中病毒的檢測也可以作為疫情可能再次爆發(fā)的“吹哨人”。到目前為止，科研人員已經(jīng)在荷蘭、美國和瑞典的污水中檢測到了病毒RNA。
KWR研究中心Gertjan Medema教授說：污水廠通過污水管網(wǎng)承接了城市千家萬戶排放的污水；相比于人體病毒核酸檢測，檢測污水廠來水的病毒能夠覆蓋的人數(shù)更加廣泛，包括不能及時進(jìn)行人體檢測或者未出現(xiàn)癥狀而不進(jìn)行檢測的感染者，因此能夠更好的預(yù)測以感染的總?cè)藬?shù)，也就是說通過人體核酸檢測的數(shù)據(jù)可能只是冰山一角！
當(dāng)然，要想從污水中的病毒RNA數(shù)量推測感染總?cè)藬?shù)，需要先知道一個感染者的排泄物中有多少RNA，然后才能根據(jù)污水中的RNA量反推感染人數(shù)。另外，澳大利亞環(huán)境健康科學(xué)聯(lián)盟重審，為保證污水中RNA數(shù)量能夠很好的映射感染人數(shù)，污水取樣點的選取要有代表性！而且，鑒于目前檢測試劑比較短缺，污水中病毒檢測的研究避免占用人體檢測試劑資源。
控制疫情傳播的物理干預(yù)措施，比如居家隔離、減少外出，能夠很好的降低病毒的傳播，但是一旦這種物理措施放松后或取消的過早，也存在病毒再次大面積傳播的可能。荷蘭傳染病研究學(xué)家Ana說：污水中病毒檢測的方式則可作為一種非干預(yù)預(yù)警工具，提醒人們病毒可能的再次出現(xiàn)和傳播。在用污水病毒檢測預(yù)警傳染病暴發(fā)方面，Ana所在的研究中心曾對諾如病毒、抗藥菌、脊髓灰質(zhì)炎和麻疹進(jìn)行過相關(guān)研究！
在荷蘭報道第一例新冠感染者后的第四天，Ana的研究團(tuán)隊就在史基浦機(jī)場的污水中檢測到了新冠肺炎病毒。接下來，她們將進(jìn)一步擴(kuò)大采樣點，并包括了12個還未有新冠感染報告的地區(qū)。包括這些地方也很重要，因為Gertjan Medema教授曾在Amersfoort地區(qū)為報告新冠肺炎病例前就檢測到了病毒的RNA。
瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的病毒學(xué)家Tamar提到：相關(guān)研究表明，病毒RNA在人體感染后的第三天就在其排泄物中檢測到了病毒核酸，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于新冠肺炎病毒的14天潛伏期。因此，對收集的污水進(jìn)行病毒檢測，能夠及時發(fā)現(xiàn)病毒的出現(xiàn)，并可提前7~10天讓決策部門采取相應(yīng)的防傳播促使，比如減少流動或者封城，而這1周的時間對于防止疫情爆發(fā)是非常寶貴的！
所以，如果能夠及時的獲悉病毒出現(xiàn)的信息，提前采取相應(yīng)措施，可以大大降低疫情對人體健康和社會經(jīng)濟(jì)的不利影響！
實際上，通過污水中的病毒檢測來評價預(yù)防接種的效果早在幾十年前就開始了，來自圖森亞利桑那大學(xué)的Charles教授如是說，這個方法也可以用來評價采取的一些干預(yù)措施的有效性，比如隔離。而他的研究團(tuán)隊在圖森市污水中也檢測到了新冠病毒核酸.
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