废水监测为SARS-CoV-2的传播提供了重要线索

在登上世界舞台的几周内，SARS-CoV-2就成功地包围了全球，随之而来的是疾病、死亡和经济破坏。卫生当局和医学界面临的主要挑战之一是对这种难以捉摸的病毒进行足够全面的检测。

正在开发和完善一种监测新型冠状病毒(以及其他危险病原体和化学制剂)的新方法。这种方法被称为基于废水的流行病学(WBE)，它从污水样本中寻找有关人类健康的重要线索。它可以潜在地确定本地和全球范围内的冠状病毒感染水平。

最终，WBE有望对疾病爆发、耐药微生物、药物使用水平或糖尿病、肥胖和其他疾病的健康指标进行近乎实时的监测。

在一项新的研究中，亚利桑那州立大学的研究人员Rolf Halden和Olga Hart分析了在跟踪废水中的SARS-CoV-2时可以测量和不能测量的东西，他们强调了新方法比传统疾病检测和流行病学监测的经济优势。

哈尔登说:“我们的研究结果表明，考虑到我们目前的检测能力，完全依赖对个人的检测速度太慢，成本过高，而且在大多数地方是不切实际的。”“然而，在进行全民废水筛查之前，这项任务变得不那么艰巨，更容易管理。”

哈特是这项新研究的主要作者，也是健康工程生物设计中心的一名研究员。哈尔登是该中心的主任，也是可持续工程和建筑环境学院的工程学教授，也是2020年出版的《环境》一书的作者。

他们的研究发表在最新一期的《全环境科学》杂志上。

一升水，就是信息的海洋

基于废水的流行病学有可能打破美国等许多发达国家的冠状病毒检测僵局，但它也可能成为在可能遭受大流行冲击的贫困地区收集健康数据的宝贵工具。

目前，美国拥有最大的国家和国际WBE网络和样本库，即亚利桑那州立大学的人类健康观测站(HHO)。最近，自2008年5月以来，SARS-CoV-2被添加到由世界卫生组织持续跟踪的一系列卫生指标中。

追踪致命威胁

Halden的技术具有很高的灵敏度，有可能从1亿到200万人中检测出单个感染者的特征。为了实现这一目标，废水样本被筛选以寻找SARS-CoV-2病毒的核酸片段。RNA基因组通过一种称为逆转录酶定量PCR (RT qPCR)的过程进行扩增。

WBE策略包括首先通过逆转录酶将冠状病毒RNA转录为互补DNA (cDNA)，然后放大生成的DNA以提高信号检测。测序技术被用于确认废水样本中病毒的存在。

哈特说:“我们可以一次性监测整个社区是否存在新型冠状病毒。”“然而，权衡是存在的。为了获得最佳结果并避免信息丢失，我们希望在接近病毒热点的地方进行测量，并在估计感染病例数量时考虑废水温度和稀释度。”

在目前的研究中，研究人员对亚利桑那州坦佩市的废水样本进行了模拟，以确定是否存在SARS-CoV-2病毒。他们的工作利用了计算分析和建模，以及对过去、现在和未来流行热点的预测。

研究表明，必须进行仔细的校准，以确保数据的准确性，这些数据对关键变量非常敏感，包括季节温度、下水道内的平均旅行时间、生物标记物的降解率、社区人口统计数据和人均用水量。(Halden和Hart合著的一篇论文详细研究了这些变量对WBE结果的影响。)

基于欧洲和北美数据的估计表明，每个感染SARS-CoV-2的人每天将数百万甚至数十亿的病毒基因组排泄到废水中。这意味着每升废水产生0.15到1.415亿个病毒基因组。

在RT qPCR的帮助下，研究人员应该能够以高灵敏度检测新型冠状病毒，在最坏的情况下，大约每114个人中就需要监测1例，在最佳条件下，200万非感染者中只需监测1例阳性病例。

除了减少SARS-CoV-2感染造成的传播和死亡外，改善全人群数据还带来了其他社会效益。通过确定病毒热点，研究人员将能够更好地利用资源，通过保持社会距离措施保护弱势群体，同时放宽无病毒地区的限制，最大限度地减少经济和社会破坏。

为了实现这一目标，哈尔登和他的团队创建了OneWaterOneHealth，这是亚利桑那州立大学基金会的一个非营利项目，旨在为那些目前无法负担COVID-19检测的人提供检测。

哈尔登说，如果这种方法在美国应用，大约70%的人口可以通过监测该国的15014家废水处理厂进行SARS-CoV-2筛查，化学试剂的成本估计为22.5万美元。

通过使用WBE来确定区域或全球病毒热点，然后使用临床方法对个人进行有针对性的检测，可以实现更精细的监测。

参考
基于废水流行病学的本地和全球SARS-CoV-2/COVID-19监测的计算分析:可行性、经济、机遇和挑战奥尔加·哈特，罗尔夫·哈尔登。《总环境科学》，2020年4月22日在线，138875,https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138875。

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