在4月份的IWA国际水协会微信公众号中，我们报道了世界各地的污水厂相继检出了新冠病毒的RNA遗传物质。当时科学家们就表示，之所以要研究污水中是否存在新冠病毒，并不是因为其认为该病毒可能通过水传播，而是想要通过监测污水中的病毒水平来估算城市人口中的感染数量。随着研究的深入，科学家们更加意识到，当时的发现可能会使未来的污水处理厂担当更重要的角色。欧美地区仍然深陷新冠病毒疫情的困扰，咽拭子测试依然面临数量不足、准确性不高等问题。更重要的，如何防止未来疫情的卷土重来？越来越多的欧美科学家将关注目光投到了之前鲜有人问津的污水厂里。随着隔离措施的解封，如果有第二波疫情回流，那么“污水厂是有可能成为一个灵敏的预警站的”，美国水研究基金会(WRF)首席执行官Peter Grevatt在接受采访时表示，“若干个实验室都已经证实污水厂能检出新冠病毒的RNA遗传物质”。Grevatt先生在5月份下旬还向美国国会的相关人员简要介绍了污水检测对疫情的预警潜能，然后美国科学院的水科学和技术委员会也召开了专家会议，就如何基于污水厂设立监控系统展开讨论。目前，从东南部的弗吉尼亚到西北部的波特兰的多个水务公司已经开始各自的分析，基金会将水样送给相关实验室进行分析比对，“希望我们能在夏季结束前得到比较结果，”Grevatt先生说。大家是否好奇污水厂是怎么判断新冠病毒的遗传物质的呢？5月初，荷兰的KWR水循环研究所率先在其官网介绍了RNA的检测流程，他们使用的是RT-PCR方法。因为污水中有其他高浓度的病毒和微生物，SARS-CoV2的浓度相对很低，所以要用RT-PCR对目标基因进行扩增。主要步骤如下：1. 首先研究人员会将24小时内采集的市政污水厂水样安全送到KWR的实验室。3. 对遗传物质RNA进行固相萃取等分离和纯化操作。4. 利用RT-PCR方法（反转录和cDNA的聚合酶链式扩增）对SARS-CoV2的特定片段进行扩增。5. 如果污水存在SARS-CoV2病毒的话，相应片段的浓度会以扩增曲线的形式在电脑里显示出来。没有SARS-CoV2的RNA的样品显示的是条平的直线，例如下面4个样品的扩增曲线图显示有三个样品携带SARS-CoV2的RNA，有一个没有。
6. 此外，曲线出现的越早，样品中的SARS-CoV2含量越高，可以预期该地区的人群的感染程度也越严重。
除了美国和荷兰，芬兰、德国等国的科学家也在和时间赛跑，相继启动各自的全国性污水监测行动计划。为什么这些国家这么想得到结果呢？因为这些国家的确诊人数都已经度过了峰值，例如美国很多州都已经解除隔离，但没有人知道解封是否太早。如果还是像之前那样，等到病人挤爆急诊室才知道病例激增，那么就为时已晚了——毕竟现在像纽约等很多城市的医院已经不堪重负。大家都在思考如何应对秋季可能会来临的第二波疫情——全球都承担不起又一次公共卫生危机和经济瘫痪。尽管科学家们还需要更多的实验来确定粪便和污水中的病毒数量和疫情的严重程度是否存在相关性，但Grevatt先生认为用污水厂来预警疫情是在这次疫情里就可以尝试实施的，他同时表示，“我们会确保这种方法的准确性，因为这是关乎生死的问题。”用污水来预测新冠疫情的爆发，从污水流行病学(Wastewater epidemiology-WBE)来说，不是什么新鲜事情，因为在过去几十年里，一些国家已经实践这种理念和方法，例如用于脊髓骨质炎病的检测，最近的一个例子是美国多地用污水来评估阿片类药物滥用的情况。除了能够提前发现病例外，污水的病毒检测还可以弥补目前最常用的咽拭子检测的不足。就像约翰·霍普金斯大学研究员在《Annals of Internal Medicine》报道的那样，如果针对100位受感染者，在其感染后四天进行检测时，可能出现误诊以为67人没有感染，而如果是在他们当中有人出现症状后的当天进行检测，还是可能会漏掉38人。如果科学家们能从找到污水检测中找到和感染人数的相关性，可以更好对一个地区的感染情况进行判断。“城市污水给决策者提供了获得实时趋势数据的机会，”波士顿Biobot Analytics公司的首席执行官兼联合创始人Mariana Matus说。这对评估何时开放经济很有参考意义，也可以为可能的疫情回流提供预警，相当于对多达75％的美国人口进行大规模测试，污水检测的成本远低于临床测试。Biobot公司正在和美国42个州的400个水务公司合作，以验证污水流行病学的可行性。例如他们需要确认污水检测的响应精准度有多高。“尽管初步结果显示它能告诉我们有人感染了，但我们还不确定它能否帮助我们区分10和100个人感染的情况，”Matus女士说。这正是研究的当务之急。Grevatt先生说：“我们的工作目标是要能算出一个社区的感染人数，但我们尚未做到。”要做到这样，科学家需要弄清感染人群的排泄物中的病毒数量是否和病情轻重存在相关性。另一方面，也需要了解一个地区的水质，例如矿物质含量、工业废水和其他成分会否干扰病毒基因的检测。此外，他们也想知道污水厂哪个部分才是最理想的采样点。西班牙的科学家近日发表文章表示，病毒的残留物，包括其中的基因，往往沉积在泥水分离后的污泥中。即使污水检测无法对感染人数做定量分析，它还是能够用来跟踪流行病感染率的变化情况。法国的科学家就曾报道说在3月5日至4月23日间，污水中的病毒数和确诊人数的升降趋势有相关性(法国在3月17日宣布疫情管制措施)。科学家说在疫情指数增长前就能检出病毒基因组，而随着病例的减少，检出的遗传物质也有所减少。“这些研究说明我们起码可以跟踪许多社区的疫情变化。例如在一些尚无案例的农村地区，污水检测能够在有感染者出现症状之前就告诉当地居民此处出现了病例，”Grevatt先生说。对于各地的水务公司而言，没有时间等到所有科学问题都得到解决才去采取行动。例如俄勒冈州的水务公司，它为当地60多万居民提供服务，其已经开始给Biobot每周送样进行分析。“我们需要做自己的研究，来尝试找到关键问题的答案，”该公司的法务主管Ken Williamson说。弗吉尼亚州南部的HRSD卫生局自3月11日就开始对SARS-CoV2进行抽样检测，以了解和评估疫情趋势。该局的水质主管Jim Pletl说：“我们算了一下成本，一个全自动的RNA提取设备要70000美元，一个数字PCR机要70000美元，每个样品的成本约100美元。”WRF会对美国各地实验室的研究结果进行汇总，然后评估其分析方法和结果的一致性，预计在秋季前会有一个全国性指南。Grevatt先生最后表示WRF要确保检测方法的科学可信度和严谨性。如果想了解更多关于污水流行病学的知识，我们向读者推荐两篇新出的综述文章，一篇是Environment International的《Future perspectives of wastewater-based epidemiology: Monitoring infectious disease spread and resistance to the community level》，另一篇是IWA国际水协会期刊Water Research的《Viral indicators for tracking domestic wastewater contamination in the aquatic environment》。前者探讨了污水流行病学对传染病和抗生素耐药性的作用，后者则对除了新冠病毒以外其他的水中病毒展开讨论，强调了病毒指标对淡水和海洋环境污染的长期作用。随着生物技术的日益普及，相信污水厂的微生物及病毒监测会愈发普及。最后在附上荷兰KWR水循环研究所的Gertjan Medema教授接受Water Scientist播客节目的采访音频，他就当前的研究如何帮助人们为未来的流行病做好准备表达了自己的看法。
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