污水病毒RNA監(jiān)測(cè)有望揭示新冠病毒感染人群的真實(shí)規(guī)模
對(duì)于新冠病毒是否存在糞-口傳播的爭(zhēng)論，目前仍然沒有結(jié)論。在關(guān)注糞-口傳播風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，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(cè)試劑有限，無(wú)法讓大多數(shù)人接受新冠病毒檢測(cè)的情況下，目前國(guó)際上十幾個(gè)團(tuán)隊(duì)的科研人員希望通過分析含有新冠病毒的廢水，對(duì)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(lái)，污水監(jiān)測(cè)也可以作為早期預(yù)警信號(hào)。
比檢測(cè)試劑更有效地估計(jì)無(wú)癥狀感染規(guī)模
目前為止，研究人員已經(jīng)在荷蘭、美國(guó)和瑞典的污水中檢測(cè)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(duì)污水中病毒的監(jiān)測(cè)工作。KWR微生物學(xué)家格特?fù)P·瑪提姆（Gertjan Medema）教授對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示，一個(gè)污水處理廠可以處理100多萬(wàn)人的廢水。監(jiān)測(cè)這種規(guī)模的疾病感染情況，能比試劑檢測(cè)更準(zhǔn)確地估計(jì)新冠病毒的傳播范圍。
今年2月27日，荷蘭確診了全國(guó)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(chǎng)（Schiphol Airport in Tilburg）的廢水中檢測(cè)到新冠病毒的核酸樣本。現(xiàn)在荷蘭已經(jīng)計(jì)劃將污水采樣范圍擴(kuò)大到荷蘭所有12個(gè)省的首府以及其他12個(gè)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(cè)到了新冠病毒，斕崮方淌趯(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示，這將能夠?yàn)榇笠?guī)模人群中感染病毒的真實(shí)水平提供重要信息。
“我認(rèn)為污水監(jiān)測(cè)能夠幫助人們理解病毒是如何‘無(wú)聲’地傳播的。”瑪提姆教授對(duì)第一財(cái)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(cè)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(wú)癥狀感染者的情況。污水監(jiān)測(cè)能夠用來(lái)對(duì)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(gè)復(fù)雜的計(jì)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(lái)，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(duì)此，瑪提姆教授對(duì)第一財(cái)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(huì)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(cè)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(shí)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(gè)病程和隔離期所有呼吸道和糞便樣本的新冠病毒實(shí)時(shí)核酸檢測(cè)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(cè)轉(zhuǎn)陰性后，其糞便樣本呈病毒陽(yáng)性的時(shí)間仍可長(zhǎng)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(xiǎn)。盡管作者表示，目前對(duì)排泄物中新冠病毒的生存能力了解有限。
為病毒卷土重來(lái)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(shí)，病毒能夠存活長(zhǎng)達(dá)14天，但在水溫為20攝氏度時(shí)，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(shí)間。”
目前全球大部分國(guó)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(huì)卷土重來(lái)。
這時(shí)污水監(jiān)測(cè)就能夠提供有效的預(yù)警。位于比爾托芬(Bilthoven)的荷蘭國(guó)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(cè)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(cè)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(jià)值的工具。廢水監(jiān)測(cè)幾十年來(lái)也一直被用來(lái)評(píng)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(lái)監(jiān)測(cè)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(duì)的研究人員正計(jì)劃安裝遠(yuǎn)程傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)廢水中的病毒含量。英國(guó)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(jià)的傳感器在折疊和展開時(shí)，會(huì)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(duì)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(dòng)起來(lái)，目前全球約有十幾家研究團(tuán)隊(duì)正在通過對(duì)污水中COVID-19病毒的檢測(cè)，以期用來(lái)預(yù)測(cè)某個(gè)地區(qū)總的感染人數(shù)，尤其是在人體病毒核酸檢測(cè)不能覆蓋到大多數(shù)人的情況下。而且，污水中病毒的檢測(cè)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(guó)和瑞典的污水中檢測(cè)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(wàn)戶排放的污水；相比于人體病毒核酸檢測(cè)，檢測(cè)污水廠來(lái)水的病毒能夠覆蓋的人數(shù)更加廣泛，包括不能及時(shí)進(jìn)行人體檢測(cè)或者未出現(xiàn)癥狀而不進(jìn)行檢測(cè)的感染者，因此能夠更好的預(yù)測(cè)以感染的總?cè)藬?shù)，也就是說通過人體核酸檢測(cè)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(cè)感染總?cè)藬?shù)，需要先知道一個(gè)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(diǎn)的選取要有代表性！而且，鑒于目前檢測(cè)試劑比較短缺，污水中病毒檢測(cè)的研究避免占用人體檢測(cè)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(cè)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(cè)預(yù)警傳染病暴發(fā)方面，Ana所在的研究中心曾對(duì)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(bào)道第一例新冠感染者后的第四天，Ana的研究團(tuán)隊(duì)就在史基浦機(jī)場(chǎng)的污水中檢測(cè)到了新冠肺炎病毒。接下來(lái)，她們將進(jìn)一步擴(kuò)大采樣點(diǎn)，并包括了12個(gè)還未有新冠感染報(bào)告的地區(qū)。包括這些地方也很重要，因?yàn)镚ertjan Medema教授曾在Amersfoort地區(qū)為報(bào)告新冠肺炎病例前就檢測(cè)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(cè)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(duì)收集的污水進(jìn)行病毒檢測(cè)，能夠及時(shí)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(dòng)或者封城，而這1周的時(shí)間對(duì)于防止疫情爆發(fā)是非常寶貴的！
所以，如果能夠及時(shí)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(duì)人體健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不利影響！
實(shí)際上，通過污水中的病毒檢測(cè)來(lái)評(píng)價(jià)預(yù)防接種的效果早在幾十年前就開始了，來(lái)自圖森亞利桑那大學(xué)的Charles教授如是說，這個(gè)方法也可以用來(lái)評(píng)價(jià)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(duì)在圖森市污水中也檢測(cè)到了新冠病毒核酸.
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