廢水也能追蹤新冠？答案可能就藏在污水處理廠中

2020年，新冠疫情在世界范圍內持續蔓延，至今累計確診人數已超過三千萬人，是近百年來人類遭遇的影響范圍最廣的全球性大流行病。病毒的檢測和篩查成為疫情防控的關鍵一環。核酸和抗體檢測是目前通用的檢測方法，但資源消耗巨大，難以對大規模人群進行監測，且無法對疫情的重新爆發進行預警。

那么，是否還存在更加高效、靈活的監測方法呢？

8月，世界衛生組織WHO發布名為“新冠病毒環境監測的現狀(Status of environmental surveillance for SARS-CoV-2 virus) ”的科學簡報，文中總結了通過市政污水進行新冠病毒監測的背景、方法和用途，為全球抗擊疫情提供了一份指導方案。污水監測，這一方法或在未來新冠疫情的大規模防控上發揮重要作用。

污水流行病學如何發揮新冠病毒監測效能

世界衛生組織WHO在科學簡報中總結出利用污水流行病學的方法對新冠病毒進行監測可發揮的作用。

· 監測的范圍大，覆蓋面廣，可以評估大規模的社區總體感染情況。市政污水廠通過污水管網承接了城市千家萬戶排放的污水，污水集水區域的人口數量少則千人，多則上百萬人，覆蓋的人口非常廣泛，包括不能及時或者未出現癥狀而不進行核酸檢測的感染者，因此能夠更好的對疫情進行評估和預測。

· 可預知病毒社區感染的重新爆發。由于污水新冠病毒的檢測結果比臨床患者出現早，因此會有預警作用。在與疫情的戰斗中，需要爭分奪秒，幾天的預警往往會對疫情的走向起到決定性的作用。對污水進行病毒檢測，能夠及時發現病毒，以便提前讓公共衛生和決策部門采取干預措施，降低疫情對人體健康和社會經濟的不利影響。

· 可作為疾病傳播動態監測的輔助手段。對衛生監督結果進行有效的補充，這一點在中低收入的國家尤為重要。新冠疫情爆發后，相關核酸檢測試劑供應緊張，在很多國家，大規模的監測實施起來也非常困難，而污水監測則不會占用過多的資源，也是一種“非侵入性”的監測方法。

荷蘭率先開始廢水追蹤，監測新冠病毒

在WHO的這份簡報中，荷蘭等國研究人員證實了污水中的新冠病毒RNA濃度與臨床病例之間的相關性，并指出，荷蘭計劃將污水監測納入其國家新冠病毒的總體監測。自今年2月5日，荷蘭即本國首例臨床新冠患者出現的三周前，就開始進行污水新冠病毒的監測，是世界上最早進行這項研究的國家之一。經過幾個月不斷的監測，初步發現該方法是科學、有效、經濟的，更加深入的研究正在進行當中。

污水監測，是以污水流行病(Wastewater Based Epidemiology, WBE)的原理為手段，通過分析市政污水處理廠進水中的污染物或者生物標記物濃度，結合人體代謝機理、進水流量和服務人群數量等信息，反推該物質在污水集水區內的狀況，以此探究與之相關的疾病流行程度和藥物濫用等公眾動態信息，并進一步協助指導決策。

該學科于2001年首次提出，在過去的十幾年里，荷蘭公共衛生與環境研究院(RIVM)與水循環研究所(KWR)利用該方法，通過對污水進行監測，來檢測脊髓灰質炎病毒、抗生素耐藥性細菌和藥物濫用的狀況，為疾病防控和健康決策提供了重要信息。

新冠疫情爆發后，全球已有十余個研究小組，包括中國的鐘南山和李蘭娟院士團隊，都從新冠病毒患者的糞便中分離出了活的新冠病毒或其遺傳物質RNA，還有研究發現病毒可在患者感染3天內出現在糞便中，遠早于患者轉為重癥所需的時間。

新冠患者所攜帶的病毒很有可能會隨糞便排入污水中，排入污水處理廠。一座污水處理廠可能要處理上百萬人的生活廢水，波及城市千家萬戶，其中就包括病毒攜帶者的排泄物。研究者確定排泄物中的病毒RNA含量后，可進而推算出感染者數量。

正是基于以上的實驗結果和理論依據，荷蘭的科學家們自本國疫情出現前，就率先開始對污水中新冠病毒的監測進行準備，建立項目框架，測試實驗方法，跟蹤廢水中的病毒顆粒以期待污水能為疫情的大規模監測提供實用有效的信息。那么荷蘭所采用的具體方法是怎樣的呢？污水中是否能檢測到新冠病毒的遺傳物質？又是否可以關聯污水與臨床報告患者的數量呢？

迅速且高效，荷蘭所采用的方法和研究成果

荷蘭從2月5日起對5個城市的市政污水處理廠和史基浦機場(Schiphol airport)的污水處理廠進行監測，污水樣本為24小時連續采集的未經處理的污水。研究人員使用qRT-PCR的方法，指在PCR反應體系中加入熒光基團，利用熒光信號積累實時監測整個PCR進程，最后通過標準曲線對未知模板進行定量分析的方法，以此對污水中的新冠病毒遺傳物質RNA的基因片段進行分析。

檢測結果顯示，在2月的污水樣本中，未發現新冠病毒的蹤跡。2月27日，蒂爾堡(Tilburg)出現了荷蘭首例確診新冠病人，且在3月5日3個污水處理廠的污水樣品中，檢測出了新冠病毒的RNA，這是荷蘭首次在污水中發現新冠病毒的蹤跡，蒂爾堡當地的污水處理廠也隨即被納入到監測范圍內。

3月15日，在7個污水處理廠的樣品中，全部檢測到新冠病毒的RNA。接下來，疫情在荷蘭境內迅速爆發，污水監測的范圍逐漸擴大到4月29個、7月80個， 截至9月17日，污水新冠監測的范圍擴展到300多個處理廠，來自1700多萬居民，幾乎覆蓋全部荷蘭人口。

更多的檢測結果驗證了污水監測的可行性和實效性。污水中新冠病毒RNA濃度與臨床報告的患者數量顯示出明顯的相關性，并具有極高的敏感度，精確度可達1-10人每十萬人口。此外，在阿默斯福特(Amersfoort)，當地首例病患出現的6天前，相關研究人員就從污水中檢測到了新冠病毒的RNA，對當地疫情的判斷與決策提供及時的警示作用。

污水監測，仍需面臨的挑戰

盡管荷蘭的研究人員已經在污水樣本中檢測到新冠病毒的RNA，更精準地量化出廢水樣本中人群的感染程度還需要一系列前提。如何結合人體代謝機理、進水流量和服務人群數量等信息、更精確的反推病毒在污水集水區內的詳細傳播狀況、估算病毒來源的人數，使決策者能夠采取關鍵措施并提前部署資源，以保護社區免受大流行病的侵襲。在這些命題上，研究人員仍需要更多嘗試和思考。

好消息是，這一目標，正在逐步實現。荷蘭水循環研究所KWR聯合英國、希臘和西班牙的專業人員，正在研發名為“Sewers4COVID”的新冠病毒污水監測模型。它結合了污水流行病學學和人工智能技術，可以快速、經濟、高效地檢測全國范圍內的新冠爆發熱點，并實時預測大流行的爆發。目前，這個模型的雛形樣本已經完成，該研究小組也因此獲得了歐盟嘉獎和皇家英國工程大獎。此外，美國、澳大利亞等多國也已經開展相關研究和監測，加入新冠病毒監測和預警的行列。

也許有人會擔憂新冠病毒是否會通過糞便或污水傳播，目前沒有證據表明人類會通過糞便或污水傳染感染，病毒RNA的存在并不能提供有關其是否具有傳染性的任何信息，荷蘭也對污水處理廠處理后的出水進行了檢測，并未發現任何新冠病毒的活性物質。

數十年來，廢水監測一直是病毒追蹤的利器。正是通過廢水監測，人們確定了脊髓灰質炎疫苗接種的有效性。污水新冠監測可以幫助發現早期病毒蹤跡，是除了臨床測試之外，有科學基礎并且經濟高效的測試方法。我們與疫情的“戰爭”還沒有結束，面對未來可能反彈的疫情，預警新冠病毒，或許可以從廢水中找到答案。

原標題:廢水也能追蹤新冠？答案可能就藏在污水處理廠中