今年1月21日，美国疾病控制与预防中心 (CDC)的一份报告引起了医学界和污水界的同时关注。这份报告指出，新冠病毒的变种奥密克戎(Omicron)很有可能在美国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，污水监测是一个可行的早期预警系统，可以帮助跟踪新冠病毒变种的传播。
其实早在美国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线上国际研讨会。这次研讨会由2016年斯德哥尔摩水奖得主、美国密歇根州立大学的Joan Rose教授作为主持，并请到了来自荷兰、美国和澳洲的三个团队的代表介绍他们的相关研究成果。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）的微生物学家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教授为首的研究小组一直积极为同行分享技术经验。早在2020年5月，他们是当时最早介绍RNA检测流程的机构，当时使用的是RT-PCR方法。在这次报告里，他为我们介绍了另一种RNA监测技术，叫DD-PCR(微滴式数字聚合酶连锁反应)。
DD-PCR被称为第三代PCR技术，相比传统PCR（第一代）及RT-PCR（第二代），它的数据有更高的准确度、精密度及灵敏度。
其原理是对样品进行微滴化处理，均匀稀释待测核酸片段，将含有核酸分子的反应体系分成很多个微滴，再分散至大量的微反应器或微油滴中，每个微滴可能会包含或不包含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，以便为公共卫生部门提供更加具体和及时的信息。
荷兰成立了一个叫Wastewater4Covid的项目，他们使用RT-dd-PCR技术来监测新冠病毒的N501Y变异(N501Y意指在501这个位置的N变成了Y)。使用该检测方法，可以同时检测含有突变 501Y和野生型501N的变体数量。
荷兰阿姆斯特丹和乌德勒支两个城市的污水样品分析数据表明，这种方法可以测定污水样本中含有N501Y变体的浓度和比例，而且污水中出现的N501Y变异和荷兰人群出现的英国肯特变种株(B.1.1.7)相对应。这些结果表明RR-dd-PCR可以对现有变体或未来的变体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。
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污泥中的病毒RNA
第二位嘉宾是来自美国斯坦福大学土木及环境工程教授Alexandria Boehm，她也是美国CDC那份报告的作者之一。Boehm教授主要分享了美国团队对污水厂初沉污泥的新冠病毒的监测。
他们的研究结果显示，初沉污泥检出新冠病毒的频率要高于进水样品。
另外，在分析方法方面，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体检测和临床确诊病例有正相关，而且能远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。因为它是多个基因组的组合，而且这些基因组可能是受损、不完整的，大部分处于“未知”的状态。
所以在污水厂检出变异不等于马上可以确认这个变异真的存在了。尽管如此，他们的工作也为世界各地的污水病毒监测提高了很好的借鉴参考。从事相关研究的读者们可以通过以下链接查看他们团队分享的污泥中的新冠病毒变种的量化分析流程：
https://www.protocols.io/view/quantification-of-sars-cov-2-variant-mutations-hv6-b2qmqdu6
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客机的新冠病毒检测
第三个发言嘉宾来自澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的Warish Ahmed博士。国际航空是新冠病毒在不同国家之间传播的重要途经之一。为了检测新冠病毒，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析。
结果显示，尽管所有乘客（5岁以下儿童除外）需要在登机前出示48小时病毒阴性证明，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，航班的污水测试可能是在入境点对入境旅客进行新冠病毒筛查的有效方法，因为咽喉样本中的病毒检测可能存在滞后，航班废水检测可以提供额外的数据信息。他说：“在入境点对污水进行快速现场监测可能有助于检测和监测在全球范围内流通的其他传染性病原体，并为未来的流行病提供警报。”
CSIRO的采样工具| 图源：EnvironmentInternational
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IWA COVID-19工作组
IWA专门为COVID-19成立了特别工作组，它向全球各地的水务部门提供有关新冠病毒的最新信息，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区传播的风险）
公共卫生安全（例如水回用、污泥回用、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
与保障水务服务相关的风险分析
积极的用户参与交流机制（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）
感兴趣的读者可以通过以下网址关注这个工作小组的动态。
https://iwa-network.org/groups/covid-19-task-force/
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小 结
新冠疫情何时能真正过去仍是未知数，但有一点愈发清晰的是——水务部门的角色更加关键，特别是针对未来可能出现的新变种，水务部门能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，也可以访问以下两个网址了解更多关于全球污水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 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/
