快看！檢測汙水就能發現新冠病毒感染者，還能評估疫情規模！

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對於新冠病毒是否存在糞-口傳播的爭論，目前仍然沒有結論。在關注糞-口傳播風險的同時，研究人員稱基於廢水的流行病學研究，能為新冠病毒在大規模人群中的感染水平提供數據。在全球檢測試劑有限，無法讓大多數人接受新冠病毒檢測的情況下，目前國際上十幾個團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。中科院一團隊提出了一種基於汙水的流行病學原理（WBE）的汙水檢測方法。我們有理由相信如果病毒捲土重來，汙水監測也可以作為早期預警信號。

1、通過汙水檢測有效地估計感染規模

鑑於全球大多數人不接受檢測，因此全世界有十幾個研究小組已開始分析廢水中是否存在新的冠狀病毒，以此作為估計社區感染總數的一種方法。目前為止，研究人員已經在荷蘭、美國和瑞典的汙水中檢測到了這種病毒的蹤跡。此前已經有數據表明，新冠病毒能夠通過人體的尿液或糞便排出。荷蘭新維生根市的KWR水循環研究所正在進行對汙水中病毒的監測工作。KWR微生物學家格特揚·瑪提姆教授表示，一個汙水處理廠可以處理100多萬人的廢水。監測這種規模的疾病感染情況，能比試劑檢測更準確地估計新冠病毒的傳播範圍。

今年2月27日，荷蘭確診了全國首例新冠患者。僅四天後，研究人員在荷蘭蒂爾堡史基浦機場的廢水中檢測到新冠病毒的核酸樣本。

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複雜的計算過程，一方面，研究人員需要知道有多少病毒能從糞便中排洩出來，再根據廢水樣本中病毒的濃度推斷出人群中的感染人數；另一方面，研究人員還需要確保他們研究的是人群排洩的代表性樣本，而不僅僅是局部樣本。對此，瑪提姆教授表示，病毒排出的科學數據雖然較少，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，而且數據也表明大約有一半的有症狀確診者的糞便裡面能夠檢測出病毒。

此前公佈的研究表明，新冠病毒可在患者感染後三天內出現在糞便中，這遠遠早於人們出現重症所需的時間。在一篇《柳葉刀》子刊The Lancet Gastroenterology & Hepatology 3月19日發佈的論文表明，即便是在患者呼吸道樣本新冠病毒檢測轉陰性後，其糞便樣本呈病毒陽性的時間仍可長達近5周。這表明該病毒仍在患者的胃腸道中活躍複製，並且在呼吸道中病毒清除後，有發生病毒糞口傳播的風險。儘管作者表示，目前對排洩物中新冠病毒的生存能力瞭解有限。

2、通過汙水檢測快速發現感染者

克蘭菲爾德大學和中國科學院貴陽地球化學研究所的研究人員正在開發一種新的新冠肺炎病毒的檢測方法，這種方法可用來檢測居住有病毒感染者的社區所排放的汙水是否含有新冠肺炎病毒。這種基於汙水的流行病學原理（WBE）的汙水檢測方法，

為了便於追蹤病毒的來源，這種基於試紙的測試設備可以直接在汙水處理廠進行快速地檢測，判斷在汙水處理廠的服務區域內是否存在潛在的新冠病毒感染者。克蘭菲爾德水科學研究所傳感器技術講師Zhugen Yang博士認為，對於可能存在的無症狀感染者，或者當人們並不確定自己是否受到感染時，通過紙質分析設備對社區的汙水進行實時檢測，可以判斷該社區內是否存在新冠病毒感染者，以便社區快速進行篩查，隔離和預防。

基於WBE理論，如果可以在病毒傳播的早期對社區中的病毒傳播情況進行監測，就可以儘早採取有效的干預措施來限制當地居民的活動，從而最大程度地減少病毒的傳播和對公共健康的威脅。Yang博士表示，已經開發了一種可以用於測試廢水中基因物質的試紙檢測設備，這為深入篩查病毒感染者提供了依據，該設備價格便宜（不到1英鎊），在進一步的改進後，非專業人士也可以很便捷地使用。

WBE理論已被公認為是追蹤非法藥物，以及獲得健康，疾病和病原體信息的有效理論。Yang博士已開發了一種相似的試紙檢測設備，併成功應用於印度的動物疾病診斷，以及烏干達農村人口的血液中的瘧疾病毒的檢測。由於試紙檢測設備輕薄，它們可疊放、易於倉儲和運輸。使用後，也可以通過焚燒進行處置，降低了二次汙染的風險。

關於該試紙檢測設備的一篇綜述報道最近發表在《EST》雜誌上，文章標題為《Can a Paper-Based Device Trace COVID-19 Sources with Wastewater-Based Epidemiology?》（試紙檢測設備能否利用基於汙水的流行病學原理來追蹤新冠病毒的來源？），作者是中國科學院貴陽地球化學研究所的Hua Zhang和Kang Mao。

3、汙水檢測為病毒捲土重來提供預警

根據此前在汙水中培養的新冠病毒的分析數據，在4攝氏度水溫時，病毒能夠存活長達14天，但在水溫為20攝氏度時，病毒只能存活2天；而且，病毒不易溶解在水裡。洛桑瑞士聯邦理工學院環境病毒學家塔瑪爾·科恩教授表示：“追蹤廢水中的病毒顆粒將能為公共衛生部門決定是否採取禁閉等措施贏得時間。”目前全球大部分國家都通過採取社交距離、隔離封鎖等措施控制病毒感染。而一旦這些措施被取消，病毒可能會捲土重來。

這時汙水監測就能夠提供有效的預警。位於比爾託芬的荷蘭國家公共衛生與環境研究所傳染病研究員安娜表示：“常規廢水監測可以作為一種非侵入性的預警工具，提醒社區注意新的病毒感染的暴發。”該研究所曾通過監測汙水，發現過諾如病毒、耐抗生素細菌、脊髓灰質炎病毒和麻疹等傳染性疾病的暴發。基於廢水的流行病學（WBE）研究，目前已成為被世界各地廣泛採用的一款頗有價值的工具。廢水監測幾十年來也一直被用來評估脊髓灰質炎疫苗接種的成功程度。專家認為這種方法也可以用來監測防止病毒傳染的干預措施的有效性。

隨著科學技術發展，還有一些團隊的研究人員正計劃安裝遠程傳感器來監測廢水中的病毒含量。英國克蘭菲爾德大學水循環研究所的科學家稱，他們正將開發的新型的傳感器部署到汙水處理系統，以收集糞便和尿液中的新冠病毒生物標記物。這種廉價的傳感器在摺疊和展開時，會過濾病原體的核酸，使之與預裝的試劑發生反應，以提示是否有對應的感染狀況存在。

隨著疫情的爆發，環境領域研究人員也快速行動起來，目前全球約有十幾家研究團隊正在通過對汙水中COVID-19病毒的檢測，以期用來預測某個地區總的感染人數，尤其是在人體病毒核酸檢測不能覆蓋到大多數人的情況下。而且，汙水中病毒的檢測也可以作為疫情可能再次爆發的“吹哨人”。到目前為止，科研人員已經在荷蘭、美國和瑞典的汙水中檢測到了病毒RNA。

汙水廠通過汙水管網承接了城市千家萬戶排放的汙水；相比於人體病毒核酸檢測，檢測汙水廠來水的病毒能夠覆蓋的人數更加廣泛，包括不能及時進行人體檢測或者未出現症狀而不進行檢測的感染者，因此能夠更好的預測以感染的總人數，

當然，要想從汙水中的病毒RNA數量推測感染總人數，需要先知道一個感染者的排洩物中有多少RNA，然後才能根據汙水中的RNA量反推感染人數。另外，澳大利亞環境健康科學聯盟重審，為保證汙水中RNA數量能夠很好的映射感染人數，汙水取樣點的選取要有代表性。而且，鑑於目前檢測試劑比較短缺，汙水中病毒檢測的研究避免佔用人體檢測試劑資源。

控制疫情傳播的物理干預措施，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鬆後或取消的過早，也存在病毒再次大面積傳播的可能。荷蘭傳染病研究學家Ana說：汙水中病毒檢測的方式則可作為一種非干預預警工具，提醒人們病毒可能的再次出現和傳播。

在用汙水病毒檢測預警傳染病暴發方面，Ana所在的研究中心曾對諾如病毒、抗藥菌、脊髓灰質炎和麻疹進行過相關研究，在荷蘭報道第一例新冠感染者後的第四天，Ana的研究團隊就在史基浦機場的汙水中檢測到了新冠肺炎病毒。接下來，她們將進一步擴大采樣點，幷包括了12個還未有新冠感染報告的地區。包括這些地方也很重要，因為Gertjan Medema教授曾在Amersfoort地區為報告新冠肺炎病例前就檢測到了病毒的RNA。瑞士聯邦理工學院的病毒學家Tamar提到：相關研究表明，病毒RNA在人體感染後的第三天就在其排洩物中檢測到了病毒核酸，這遠遠快於新冠肺炎病毒的14天潛伏期。

因此，對收集的汙水進行病毒檢測，能夠及時發現病毒的出現，並可提前7~10天讓決策部門採取相應的防傳播促使，比如減少流動或者封城，而這1周的時間對於防止疫情爆發是非常寶貴的。所以，如果能夠及時的獲悉病毒出現的信息，提前採取相應措施，可以大大降低疫情對人體健康和社會經濟的不利影響！實際上，通過汙水中的病毒檢測來評價預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的Charles教授如是說，這個方法也可以用來評價採取的一些干預措施的有效性，比如隔離。而他的研究團隊在圖森市汙水中也檢測到了新冠病毒核酸。

來源：本文綜合整理自Simran Chattha, WaterCANADA，2020-03-31；Nature 2020年4月3日NEWS 欄目；水進展，僅供分享交流不做商業用途，不代表淨水技術觀點，版權歸原作者與原作者出處。

本文翻譯：阮辰旼、李佳佳

排版：西貝

校對：黎翔

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